Las energías renovables son fuentes de energía continua e inagotable, como alternativa a las energías convencionales son indudablemente más ecológicas pues generan un impacto medioambiental mínimo. Además, permiten su aprovechamiento en el mismo lugar donde se generan. En la actualidad las más utilizadas mundialmente son: la geotérmica, la solar (fotovoltaica y térmica), eólica, hidráulica y biomasa.

Dadas las características de Cuba la que más posibilidades tiene de desarrollarse es la solar, y en especial la fotovoltaica. Es por ello que el gobierno cubano ha venido desarrollando esfuerzos con el fin de incrementar su aporte a la matriz energética nacional. Sin embargo, la inversión inicial para la adquisición de la tecnología necesaria es más elevada que la requerida para otros tipos de energía, por lo que es necesario lograr la mayor eficiencia posible en su explotación.

Con este objetivo se han estado desarrollando trabajos investigativos por el colectivo de estudiantes y profesores del Departamento de Automática y Sistemas computacionales de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la UCLV. La actividad investigativa ha estado conducida por el Profesor Emérito y Titular Dr.C José Rafael Abreu García, el Profesor Titular Dr.C Alain Martínez Laguardia y el Ing. Julio Javier Avalos García.

En el país se están instalando dos tipos de sistemas fotovoltaicos, los independientes y los conectados al sistema electroenergético nacional. Ambas variantes han sido objeto de estudio en el referido Departamento.

Sistema Aislado de generación de energía fotovoltaica

Los sistemas aislados están siendo utilizados en cumplimiento de la política de electrificación de zonas apartadas sin servicio eléctrico, ejemplo de la proyección social de la Revolución y en aplicaciones agrícolas como garantía del suministro de agua para el ganado y/o el riego. También se han aplicado en algunas instalaciones fabriles como la Ronera Central (Manacas) con el fin de ahorrar y asegurar energía limpia para la producción.

Las investigaciones con los paneles aislados han permitido diseñar un sistema de control que permite mantener los paneles siempre de frente al sol, de manera que capte la mayor cantidad de energía posible. Se ha comprobado que se incrementa en 30% como promedio la energía obtenida, esto permite cubrir los gastos energéticos del sistema que rondan el 10% del incremento.

El sistema de control se ideó primeramente sobre la base del uso de sensores luminosos que tomaban la radiación solar como elemento de control, pero presentaron dificultades en el posicionamiento en momentos de sombra. La última variante, más exitosa, parte de la programación de las ecuaciones (en una plataforma Arduino), que determina la posición del sol a partir de datos de posición y tiempo. A partir de ello los mecanismos se activan cada cuatro minutos haciendo coincidir el panel con los ángulos de elevación y azimutal del sol en el momento específico.

Se ha experimentado con sistemas para el bombeo de acuerdo a las necesidades de una masa ganadera o del riego por goteo, que no necesitan almacenamiento. En el caso de sistemas para viviendas se realizan ajustes que permitan el almacenamiento de la energía para su uso nocturno.

En el caso de los paneles conectados a la red eléctrica nacional, las investigaciones realizadas han estado centradas en el análisis de los Algoritmos de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT por sus siglas en ingles). Debido a las variaciones en la irradiación solar y a la temperatura, se presentan cambios en la generación de voltaje y de corriente en los paneles. Como el campo se halla conectado a un sistema de voltaje constante se requiere poder operar en el punto donde más potencia pueda entregar. Para el seguimiento se han reportado en la literatura más de 60 algoritmos que se adecuan en diferentes medidas a las características de cada sistema. En el caso bajo estudio se ha logrado establecer índices de comparación que permiten determinar el algoritmo que ofrece mejores respuestas en lo referente a eficiencia, velocidad de respuesta y facilidades de implementación para cada instalación específica.

Campo fotovoltaico conectado en red

No obstante, las bondades de esta tecnología, la misma es vulnerable al desgaste y otros desperfectos. En aras de que estos sistemas tengan un alto rendimiento, se hace necesario contar con medios que permitan determinar la calidad de operación de forma rápida. Entre los mismos destaca la termografía infrarroja, técnica basada en una cámara infrarroja IR, capaz de detectar de forma remota los tipos más comunes de averías.

Los dos principales defectos visibles con una cámara IR son los problemas de conexión y el daño físico de los paneles. Los problemas de conexión se producen cuando un panel o una serie de estos se desconectan del sistema, la energía producida por el panel no puede fluir a través del sistema y de ahí a la red, por lo que la energía se convierte en calor y el área desconectada aumenta su temperatura ligeramente con respecto a su entorno. En contraste, los daños físicos al panel subyacente (ruptura del cristal protector, grietas), causa áreas pequeñas de calentamiento más extremo a medida que la energía fluye alrededor y retrocede detrás del área dañada.

Ambos tipos de defectos generalmente son claramente visibles en las imágenes en el espectro IR, lo que hace que la localización de defectos sea relativamente fácil con el uso de una imagen termográfica de las instalaciones.
En la actualidad las inspecciones termográficas se realizan por especialistas desde tierra, lo cual conlleva revisiones que pueden extenderse por hectáreas y se ven además dificultadas por el tamaño de los paneles que pueden superar los dos metros de altura. Una opción para corregir esta situación, es instalar la cámara térmica en un vehículo autónomo aéreo. De esta forma se facilita la obtención de imágenes tomadas perpendicularmente a todos los componentes del sistema.Los especialistas del Departamento de Automática de la UCLV han trabajado en esta solución, logrando integrar la cámara térmica NEC AVIO F30 al vehículo autónomo aéreo tipo Quadcopter 3DR X8+. Las primeras experiencias en el empleo del sistema termográfico aéreo han sido satisfactorias, abriéndose un camino para la generalización de esta tecnología en las inspecciones de las centrales fotovoltaicas cubanas.

Enviado por: Profesor Emérito y Titular Dr.C Jose Rafael Abreu García y Profesor Titular Dr.C Alain Martínez Laguardia