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Un convertidor electrónico diseñado en la UPNA mejora la producción eléctrica de los aerogeneradores de mayor tamaño.
El ingeniero industrial Eduardo Burguete Archel (Pamplona, 1986) ha diseñado un tipo de convertidores electrónicos, que permiten introducir en la red eléctrica la energía producida por los aerogeneradores de mayor tamaño (de hasta 6,6 kilovoltios). Estos dispositivos reducen las pérdidas de energía y pueden trabajar con una mayor potencia, como la que poseen los molinos que se instalan actualmente, sobre todo, en alta mar. Este desarrollo forma parte de su tesis doctoral, leída en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), que ha sido calificada con sobresaliente “cum laude”.
La potencia de los aerogeneradores va en aumento y cada vez se proyectan molinos de mayor potencia, sobre todo, en alta mar. Los aerogeneradores de tierra utilizados mayoritariamente hasta ahora trabajan a una tensión de 0,6 kilovoltios, pero ya se están instalando otros de hasta 3,3 kilovoltios en el mar.
Estos aerogeneradores funcionan convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica, a través de una hélice, y en energía eléctrica, gracias a un alternador. “Para poder introducir esa energía en la red eléctrica, es preciso transformarla mediante convertidores electrónicos, que adecúan la forma de onda de la corriente. Estos convertidores están formados por transistores, que son dispositivos semiconductores con una limitación de tensión y corriente”, explica Eduardo Burguete.
Aumento de potencia
Al aumentar la potencia de los aerogeneradores, los transistores no pueden convertir toda esa potencia, debido a dicha limitación de tensión y corriente. Para aumentar la potencia del convertidor, se han utilizado la paralelización y la serialización de semiconductores. Ambos procesos presentan limitaciones y pérdidas de potencia.
Por ello, una tercera opción es el empleo de los denominados convertidores multinivel, estructuras formadas por varios transistores que consiguen aumentar la tensión de trabajo (reduciendo las pérdidas) y aseguran que los transistores bloquean la tensión para la que han sido diseñados (no una superior). Además, estos convertidores requieren un menor filtrado de la corriente para ser inyectada en la red eléctrica.
En su tesis doctoral, dirigida por el profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Jesús López Taberna, Burguete propone convertidores de cinco niveles, que incluyen uno o dos condensadores grandes, además de otros cuatro pequeños por cada fase. “La principal novedad de estos modelos son estos pequeños condensadores, que evitan serializar transistores, asegurando el reparto de tensión entre ellos, y reducen las sobretensiones que aparecen en los apagados y encendidos de los transistores. Estos pequeños condensadores permiten que los transistores puedan conmutar de manera más rápida reduciendo las pérdidas, y que el convertidor pueda trabajar con una mayor corriente y, por tanto, potencia”, indica.
Los convertidores propuestos se probaron mediante simulación y se construyó también un prototipo a escala para analizar su correcto funcionamiento y validar sus ventajas. “Los resultados mostraron que estos convertidores pueden reducir el estrés de tensión que soportan los transistores al apagarse, posibilitando una reducción de las pérdidas o un aumento de la energía transformada, además de no requerir elementos adicionales para asegurar el reparto de tensión de bloqueo de los transistores”, concluye el investigador.
