
Turbinas eólicas pequeñas (1 a 6 kW)
De todas las energías renovables, la energía eólica tiene el mayor potencial para reducir significativamente las emisiones de carbono. El Reino Unido es la región más ventosa de Europa. Actualmente, la energía eólica comercial, generada por turbinas con una capacidad de entre 1 y 2.5 MW, aporta aproximadamente 5 GW en tierra y 2.5 GW en el mar (2012). La Comisión de Desarrollo Sostenible estima que una combinación de generación en tierra y en el mar podría producir teóricamente un máximo “práctico” de 150,000 gigavatios hora. Esta cifra representa menos de la mitad de los 345,000 gigavatios hora consumidos en el Reino Unido en 2005.
Mientras que la dinámica de generación eólica a gran escala es bastante transparente, no puede decirse lo mismo para la escala doméstica. El mercado actual está marcado por afirmaciones y contraafirmaciones sobre el rendimiento de las turbinas. La mayoría de los usuarios de esta generación de turbinas son propietarios urbanos interesados en reducir sus facturas de electricidad y/o contribuir al cambio climático. Sin embargo, la triste realidad es que, para muchos, su primera experiencia con la “microgeneración” ha sido todo menos positiva, ya que los resultados reales a menudo están muy por debajo de las expectativas.
Pros y contras
Si se utilizan adecuadamente, las turbinas eólicas domésticas pueden generar electricidad útil que, de otro modo, se tomaría de la red, reduciendo así la huella de carbono.
El esquema de tarifas de alimentación, diseñado para promover la adopción de la generación a escala doméstica e introducido por el gobierno en 2010, probablemente será popular entre aquellos hogares y comunidades que puedan invertir el capital necesario en proyectos de energía eólica pequeña.
Sin embargo, para la mayoría de los propietarios en áreas urbanas, instalar turbinas eólicas en o cerca de edificios con velocidades de viento inferiores a 5 m/s probablemente no sea una propuesta realista. La generación eléctrica será decepcionante y los períodos de recuperación de la inversión serán demasiado largos.
Ubicación
Potencia eólica ∝ velocidad del viento³
- Cantidad de viento a la altura del eje: Las velocidades generales del viento para una ubicación pueden encontrarse en el sitio de datos eólicos de BERR. Estas velocidades son un promedio general para el área y pueden variar según la topografía local.
- Distribución de frecuencia: La cantidad de horas en que el viento sopla a diferentes velocidades. Esta distribución varía para cada sitio y se calcula utilizando la función de distribución de Raleigh.
- Obstáculos: Causan turbulencia, reduciendo la eficiencia de la turbina. La altura de las turbinas debe superar los obstáculos para evitar turbulencias.
- Rugosidad del paisaje: Calificada en clases de 0 a 4, donde 0 representa el mar y 4 un paisaje con muchos edificios y árboles.
Consideraciones adicionales
- Área barrida del rotor: Determina la captura de energía. Es crucial considerar la relación entre el tamaño del rotor y la capacidad del generador.
- Eficiencia del diseño de las aspas: Según la ley de Betz, la eficiencia máxima teórica es del 59%, aunque en la práctica ronda el 35%.
- Pérdidas por cableado y conversión: La energía se pierde en la transmisión y conversión, lo que afecta el rendimiento total.
Evaluación de reclamaciones de fabricantes
Para determinar la validez de las afirmaciones de los fabricantes sobre la capacidad de sus turbinas, se utilizan ecuaciones de rendimiento que consideran factores como la eficiencia aerodinámica, el área barrida y la densidad de energía del viento.
Si bien las turbinas eólicas domésticas pueden ser una opción viable en ubicaciones con velocidades de viento adecuadas, es fundamental realizar estudios detallados antes de la instalación. Evaluar correctamente las condiciones del sitio, las especificaciones de la turbina y las expectativas de rendimiento asegurará que se logre una inversión sostenible y beneficiosa

Métodos de cálculo de la potencia de salida
A: Uso de la calculadora DWIA
• Para determinar con precisión la producción probable de una turbina, utilice la calculadora de potencia de la Asociación de la Industria Eólica Danesa ( http://xn--drmstrre-64ad.dk/wp-content/wind/miller/windpower%20web/en/tour/wres/pow/index.htm ). La calculadora funciona combinando la curva de potencia de la turbina (arriba) con la distribución de las velocidades del viento en un sitio en particular (la curva de Weibull, arriba). El cálculo proporciona una predicción de la producción de energía promedio.
• Multiplicar la producción promedio por la cantidad de horas del año (8766) dará la producción total de energía para un año promedio.
B: Utilizando la ecuación de potencia de salida
Salida = CPoa x A x PA x G
Dónde:
• CPoa es el coeficiente de potencia aerodinámica (eficiencia del rotor para convertir energía)
• A es el área barrida de la pala
• PA es la densidad de potencia del viento = 0,6125 x S^3 donde S es la velocidad del viento en m/s
• G es la eficiencia del generador
Ejemplo:
Para una turbina con un rotor de diámetro 1,75 a una velocidad del viento de 10 m/s con un coeficiente de potencia de 0,35 (¡generoso!) y una eficiencia del generador del 90%:
Salida = 0,35 x (3,1416 x (1,75/2)2) x (0,6125 x 10^3) x 0,9 = 464 W.
Usando la misma ecuación pero para una velocidad del viento de 5 m/s obtendríamos una salida de 58 W.
Evaluación de las afirmaciones de los fabricantes
La salida ‘Calificación’
• Los fabricantes de turbinas clasifican sus turbinas en función de su capacidad de generar una determinada potencia a una determinada velocidad del viento. Algunas definiciones de clasificación son aquellas velocidades del viento que proporcionan la máxima potencia, mientras que otras son inferiores a la potencia máxima a distintas velocidades del viento. No existe ningún estándar en la industria.
• Es poco probable que la clasificación de una turbina sea una indicación de su producción energética real.
Comprobación de la potencia nominal declarada frente a la eficiencia probable
Sabemos por lo anterior que la máxima eficiencia práctica es de alrededor del 35%. La mayoría de las turbinas funcionan con eficiencias de entre el 22% y el 31% a 10 m/s y entre el 17% y el 26% a velocidades de 12 m/s. Si tomamos la potencia nominal del fabricante para una velocidad del viento dada y la insertamos en la ecuación de potencia anterior y calculamos la eficiencia supuesta, podemos juzgar la afirmación del fabricante.
Ejemplo:
Si un fabricante de una turbina de 1,75 m de diámetro afirma tener una potencia nominal de 1 kW para una velocidad del viento de 12,5 m/s, podemos determinar fácilmente su eficiencia supuesta:
CPoa (Eficiencia) = Salida / A x PA x G = 1000/ (3,1416 x (1,75/2)2) x (0,6125 x 12,53^3) x 0,9
o 38 %
¡El 38 % está muy lejos del máximo aproximado del 26 % esperado de otros a la misma velocidad del viento!
Comprobación del % anual del consumo eléctrico del hogar
Calculando la producción real anual esperada de una turbina eólica, sólo es necesario un pequeño paso para poder determinar el porcentaje probable del consumo eléctrico doméstico que proporcionará la turbina.
Ejemplo:
Tomando como ejemplo una turbina de 1,75 m de diámetro, hemos calculado que, con unos parámetros generosos, se podría esperar que la turbina proporcionara unos 966 kWh/año con una velocidad media del viento de 5 m/s. Supongamos que el consumo doméstico anual es de unos 5.000 kWh/año. Entonces, el porcentaje de consumo anual que se podría alcanzar razonablemente sería:
966/5000 x 100 = 19 %.
Esto se puede comparar fácilmente con la afirmación del fabricante.
Costos y ahorros
• Los costos de instalación de turbinas a pequeña escala pueden variar desde aproximadamente 3,100 USD para una turbina de 1,5 kW hasta aproximadamente 6,200 USD para una de 5 kW.
• El tiempo de recuperación de la inversión es el tiempo que lleva pagar la instalación con la electricidad ahorrada de la red, un tiempo después del cual la electricidad se vuelve gratuita. El tiempo de recuperación de la inversión depende del costo inicial de instalación, el precio de la electricidad y la potencia de salida de la turbina.
Ejemplo:
Tomando el ejemplo anterior de una turbina de 1.75 m de diámetro que genera unos realistas 966 kWh/año a una velocidad media del viento de 5 m/s y dado el coste actual de la electricidad de alrededor de $0.15 USD por kWh, el tiempo de recuperación se calcularía de la siguiente manera:
966 kWh x $0.15 USD = $145 USD ahorrados al año (excluyendo el mantenimiento).
Por lo tanto, el número de años necesarios para la recuperación = $3,158 USD / $145 USD = 21 años.
Estos 21 años podrían estar cerca o superar la esperanza de vida de la turbina.
• Sin embargo, debe tenerse en cuenta que este cálculo se basa en los costes actuales de compra e instalación junto con los precios actuales de la electricidad.
– Unas velocidades medias del viento más altas reducirían el periodo de recuperación.
– En el futuro cercano se espera que los costes unitarios se reduzcan y es probable que los costes de la electricidad aumenten.