EPI GIJON

Workroom on Renewable Energy (WRE)

Manuel Rico-Secades

Junio 2013


Diseño de un aerogenerador tipo tripala de radio 1 m con generador trifásico de imanes permanentes con 10 polos y 6 devanados y convertidor Boost con seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para entregar energía a un bus de continua (DC bus) de 450 V.


Limites de uso del aerogenerador:

cut_in_wind = 4 m/s (aprox 15 km/h)

cut_out_wind = 25 m/s (aprox 90 km/h)


Las horas anuales para cada velocidad de viento, sigue una distribucción estadística que se denomina Weibull. Pueden obtenerse datos del mapa eólico del IDAE para una zona en concreto. Ver página web.


Para esta distribucción, k es el factor de forma y su valor está muy cerca de 2 para las aplicaciones de energía eólica. El parámetro C (según IDAE) es un factor de escala. Por ejemplo una zona del IDAE en Asturias (Gijón) tenemos K=1.98, C=6.12 m/s y V_media=5.48 m/s

NOTA: Algunos vientos y sus denominaciones

Viento en m/s = Vms

Viento en Km/h = Vkmh

15 km/h brisa muy debil

25 km/h brisa moderada

35 km/h brisa fresca

45 km/h brisa fuerte

55 km/h viento fuerte

65 km/h temporal

NOTA: Densidad del Aire (ρ) en Kg/m3

NOTA: Datos del aerogenerador tripala

NOTA: N representa las rpm del eje del aerogenerador.

NOTA: λ1 es el "tip ratio" que mide la relación entre la velocidad de la punta de la pala y la velocidad del viento.

NOTA: Ajuste del coeficiente de potencia (Cp) de la turbina utilizando la ley normal para hacer el diseño. Se le asigna un rendimiento del 40%. Existe un límite físico del 59% (Límite de Betz).

varianza=Varianza (σ2) de la Ley Normal

NOTA: Siguiendo el punto de potencia máxima (MPPT), mirando la definición de λ

NOTA: También es interesante al reves: Cuales son las revoluciones de giro del aerogenerador en el punto MPPT para cada velocidad de viento.

NOTA: Detalle con el eje a 500 rpm

NOTA: Detalle con el eje a 1000 rpm

NOTA: Detalle con el eje a 1200 rpm

NOTA: Detalle con el eje a 1500 rpm

NOTA: Detalle con el eje a 2000 rpm

Las horas anuales para cada velocidad de viento, sigue una distribucción estadística que se denomina Weibull. Pueden obtenerse datos del mapa eólico del IDAE para una zona en concreto


k es el factor de forma y su valor está muy cerca de 2 para las aplicaciones de energía eólica. λ o C (según IDAE) es un factor de escala. Por ejemplo una zona del IDAE en Asturias (Gijón) con K=1.98, C=6.12 m/s y V_media=5.48 m/s

NOTA: Podemos calcular entonces la energía anual generada para cada intensidad de viento.

NOTA: Integrando es posible calcular la energía anual generada entre los valores cut_in y cut_out para la turbina.

NOTA: Por curiosidad, la energía desaprovechada de baja intensidad de viento

NOTA: Diseño del PMG (Permanent Magnet Generator) para la turbina bajo diseño

NOTA: Series conection of windings of each pole

NOTA: Frecuencia a la salida del PMG.

NOTA: Three-phase rectifier (double wave)

NOTA: Boost converter with MPPT implementation. duty Cycle (d)