Qw12! Windy Boy para aplicaciones de mini eólica

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1 Windy Boy para aplicaciones de mini eólica

2 Aplicación (1) Consumidor Windy Boy Contador Red pública Conexión a la red interna. Balance neto mediante un contador bidireccional según RD1699/2011 3

3 Aplicación (2) Windy Boy Consumidor Medidor Öffentliches Netz Red pública 4

4 Aplicación (3) Windy Boy Sunny Island Sunny Boy Consumidor 5

5 Conversión del viento a electricidad Q w 12! 6

6 Turbina eólica Turbinas con generador síncrono de imanes permanentes No requiere variador de velocidad = bajo mantenimiento Funcionamiento con una velocidad de rotación variable (velocidad de rotación fija con generadores asíncronos) = rendimiento optimizado No requiere excitación externa = fácil instalación y funcionamiento sencillo del generador (la velocidad de rotación y la tensión son proporcionales) 7

7 Conversión de la energía eólica teoría del momento La energía eólica es la energía cinética de una masa de aire m que se mueve a una velocidad v E kin 1 mv 2 2 La masa m del aire en movimiento en un determinado tiempo t puede describirse como: m tm E 1 tmv 2 2 Si el flujo de aire con una densidad ρ pasa a través de un área transversal A a una velocidad v, entonces el flujo de masa es: E t ρav 3 2 E kin : energía cinética [Nm] m: masa en movimiento [kg] v: velocidad [m/s] : flujo de masa [kg/s] P: potencia [Nm/s=W] con P E t P 1 ρav 2 3 ρ: densidad del aire [kg/m 3 ] A: área transversal [m 2 ] 8

8 Conversión de energía eólica - coeficiente de potencia La energía eólica sólo puede extraerse reduciendo la velocidad del flujo, lo que significa una ampliación del área transversal mientras la masa de aire permanece inalterada La relación entre la potencia extraída y la potencia del flujo de masa inalterado es el coeficiente de potencia c p c p alcanza su máximo en la relación entre la velocidad v 1 anterior y la velocidad v 2 posterior a la turbina de 1/3 c pmax = 0,593 P c p 1 ρa v 3 2 R v: velocidad [m/s] P: potencia [Nm/s=W] ρ: densidad del aire [kg/m 3 ] A R : área de barrido del rotor [m 2 ] Fuente: Hau [2] 9

9 Conversión de energía eólica velocidad extremo de pala Se extrae energía del viento y el rotor transmite un giro a la estela en dirección contraria al par del rotor El coeficiente de potencia c p depende de la relación entre la velocidad tangencial de las palas del rotor y el flujo de aire inalterado, conocida como velocidad extremo de pala λ Fuente: Hau [2] 10

10 Conversión de energía eólica velocidad extremo de pala P c p 1 ρa v 3 2 R v: velocidad [m/s] P: potencia [Nm/s=W] ρ: densidad del aire [kg/m 3 ] A R : área de barrido del rotor [m 2 ] c p : coeficiente de potencia velocidad extremo de palaλ velocidad extremo de la pala delrotor velocidad del viento 11

11 Velocidad del viento y potencia del viento P c p 1 ρa v 3 2 R v: velocidad [m/s] P: potencia [Nm/s=W] ρ: densidad del aire [kg/m 3 ] A R : área de barrido del rotor [m 2 ] c p : coeficiente de potencia kg ρ 1,225 m³ Velocidad del viento [v] Si la velocidad del viento se duplica, las turbinas recogen 8 veces más potencia 12

12 Ejemplo de cálculo 7887W 986W 1,225kg m (2m) 2 π(12 ) 3 2m 3 s ,225kg (2m) 2m 3 2 π(6 P m ) 3 s c p 1 ρa v 3 2 R v: velocidad [m/s] P: potencia [Nm/s=W] ρ: densidad del aire [kg/m 3 ] A R : área de barrido del rotor [m 2 ] c p : coeficiente de potencia kg ρ 1,225 m³ Velocidad del viento [v] 13

13 Curva de potencia La conexión de MPP* en todas las velocidades del viento permite optimizar la curva de carga (mejor rendimiento de las turbinas) Curva de carga programada con modo turbina Viento 12 m/s (El seguimiento MPP no es lo suficientemente dinámico) 5 m/s 7 m/s 3 m/s (velocidad del viento) Tensión de salida del generador de la turbina eólica 15

14 Protección contra sobretensiones Windy Boy Protection Box Rectificador Aerogenerador (CA) Protección contra sobretensiones Windy Boy (CC) Resistencia de carga (CC) Rectificar la tensión de salida del aerogenerador (trifasica de frecuencia variable) Proteger la salida contra sobretensión a través de una resistencia de carga 17

15 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (2) Rectificador Puente B6 pasivo Conexión de CA "directa" desde la turbina en L1, L2 y L3 Sistemas monofásico y trifásico Derivación por conexión CC directa 18

16 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (3) Protección contra sobretensión U CC tensión crítica en CC Tensión de entrada del Windy Boy (CC) t 19

17 Resistencia de carga Carga continua hasta 7 kw Solamente un modelo para todas WBP Especificación: o diseñado para 600 V CC o C (max. 54 Ω) o 100% sobrecarga durante 1 minuto 20

18 Resistencia de carga Consumo de energía de la resistencia de carga: P U R 2 Modelo WBP- Box Tensión de conmutación [V] Consumo de energía [kw] ,

19 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (1) Sistema eólico de conexión a red o Componentes del sistema: turbina de 6 kw, WB 6000A, WBP-Box 600 o Estado de red: disponible o Condición de viento: flojo hasta fuerte Windy Boy Protection Box Gleichrichter 6 kw OVP 22

20 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (2) Sistema eólico de conexión a red o Componentes del sistema: turbina de 6 kw, WB 6000A, WBP-Box 600 o Estado de red: disponible o Condición de viento: muy fuerte, tormenta Windy Boy Protection Box Gleichrichter 6 kw OVP kw 23

21 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (3) Sistema eólico de conexión a red o Componentes del sistema: turbina de 6 kw, WB 6000A, WBP-Box 600 o Estado de red: no disponible o Condición de viento: flojo hasta fuerte Windy Boy Protection Box Gleichrichter OVP kw 24

22 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (3) Sistema aislado con Sunny Island o Componentes del sistema: turbina de 6 kw, WB 6000A, WBP-Box 600 o Estado de red: disponible (en modo Off-Grid) o Balance de potencia: viento flojo hasta fuerte, consumo alto Windy Boy Protection Box Gleichrichter 6 kw OVP 25

23 Funcionamiento Windy Boy Protection Box (4) Sistema aislado con Sunny Island o Componentes del sistema: turbina de 6 kw, WB 6000A, WBP-Box 600 o Estado de red: disponible (en modo Off-Grid) o Balance de potencia: viento flojo hasta fuerte, potencia reducida Windy Boy Protection Box Gleichrichter 1 kw OVP 5 kw 26

24 Ejemplo Windy Boy Protection Box (1) Aplicación monofásica para turbina pequeña con potencias hasta 7 kw Resistencia de carga Carga Sistema de turbinas eólicas Caja de protección del Windy Boy Windy Boy Red pública 27

25 Ejemplo Windy Boy Protection Box (2) Aplicación trifásica para turbina pequeña con potencias hasta 7 kw Resistencia de carga Carga Sistema de turbinas eólicas Caja de protección del Windy Boy Windy Boy Red pública 28

26 Ejemplo Windy Boy Protection Box (3) Aplicación trifásica para turbina pequeña con potencias hasta 21 kw Resistencia de carga Carga Sistema de turbinas eólicas Caja de protección del Windy Boy Caja de distribución CC Windy Boy Red pública 29

27 Código de opciones Windy Boy xx00tl WBxx00TL X 00 4 XX XX 0 1 Inversor para sistema de mini eólica, conexión a red, detección automática de frecuencia 50/60 Hz interfaz Bluetooth (estándar) interfaz Bluetooth y RS485 0 color de tapa (estándar azul) 4 DE ES PT OF configuración de red para Alemania *) configuración de red para España *) configuración de red para Portugal *) configuración Off-Grid DE ES PT documentación: alemán *) documentación: español *) documentación: portugués *) * ) Más configuraciones e idiomas disponibles 45

28 Código de opciones Windy Boy xx00(a) WBxx00(A) X XX XX 5 8 B Inversor para sistema de mini eólica, conexión a red, detección automática de frecuencia 50/60 Hz sin interfaz de comunicación con interfaz RS485 con interfaz Bluetooth 000 color de tapa (estándar azul) 41 DE ES PT OF configuración de red para Alemania *) configuración de red para España *) configuración de red para Portugal *) configuración Off-Grid DE ES PT documentación: alemán *) documentación: español *) documentación: portugués *) * ) Más configuraciones e idiomas disponibles 46

29 Código de opciones Windy Boy Protection Box WBP-Box 400/500/600 X 0 0 X Rectificador y protección contra sobretensión para sistema de mini eólica con inversores Windy Boy. Entrada trifásica hasta 500 V CA sin resistencia de carga con resistencia de carga Documentación: alemán Documentación: inglés WPB-LR6 Resistencia de carga para WBP 400/500/600 (42 Ω, 6 kw, IP23) Windy Boy Windy Boy Protection Box WB1100, WB1200, WB1700 WB3300, WB3800, WB3600TL, WB5000TL WB2500, WB3000, WB5000A, WB6000A WBP-400 WBP-500 WBP

30 Contactos en SMA Ibérica Sales Manager Sascha Hillenbrand Technical Sales Support (pre-venta) David García Technical Service (pre-venta) España: o Portugal: o Desde fuera de España/Portugal: 0034 xxx Internacional: o 48

31 Apéndice Referenicas 1. Kühn, Paul: Introducción a las turbinas eólicas pequeñas, acceso Asociación de Energía Eólica Americana (AWEA): Estudio del mercado mundial de turbinas eólicas pequeñas AWEA 2010, acceso Hau, Erich: Turbinas eólicas, Quaschning, Volker: acceso , ampliación de SWT Yield Estimator 5. NASA, Meteorología de la superficie y energía solar: 49

32 Apéndice Herramientas de software Alwin: BLADED: Greenius: RETscreen: SWT Yield Estimator: busque "Estimación del rendimiento de las turbinas eólicas pequeñas" WAsP: WindFarm: WindFarmer: WindPro: 50

33 51

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