¿Puede una pequeña turbina eólica alimentar su hogar? (Como calcular)

Las turbinas eólicas pequeñas se están volviendo más populares a medida que las personas buscan formas de reducir sus costos de energía y ser más amigables con el medio ambiente.

Pero, ¿cómo sabe si una pequeña turbina eólica será suficiente para alimentar su hogar?

Este artículo le dará las herramientas para calcular cuánta energía necesita para su hogar. También incluiremos un cálculo de ejemplo y una forma de determinar si vale la pena instalar una turbina eólica.

¿Puede una pequeña turbina eólica alimentar su hogar? (Como calcular)

Una pequeña turbina eólica de 5kW es suficiente para alimentar una casa típica de EE. UU. que necesita alrededor de 900kWh por mes. Esta cifra supone que tiene velocidades de viento promedio de al menos 12 mph (19 kph constantemente), buenas condiciones del sitio y un rotor de buen tamaño.

Cómo calcular la cantidad de energía que necesita su casa

Para calcular la energía total requerida para hacer funcionar su hogar, debe agregar la potencia de cada electrodoméstico y dispositivo que usa. Muchos dispositivos tendrán esta información en una etiqueta en la parte posterior o inferior. Puede búscalo en línea o en el manual del propietario si no puede encontrarlo.

Por ejemplo, supongamos que tiene los siguientes electrodomésticos y herramientas:

• Cafetera: 1000 vatios
• Horno microondas: 1200 vatios
• Refrigerador: 1200 vatios
• Lavavajillas: 1800 vatios
• Lavadora: 750 vatios
• Secadora de ropa: 1500 vatios
• Computadora portátil: 60 vatios
• TELEVISOR: 100 vatios
• Otros dispositivos: 1000 vatios

En este caso, la potencia total que necesita es 1000 + 1200 + 1200 + 1800 + 750 + 1500 + 60 + 100 + 1000 = 8610 vatios/hora.

Multiplique esto por las horas que necesita para mantener los electrodomésticos funcionando. Para este ejemplo, usemos 8610 vatios para simplificar las cosas.

Ahora que conoce la potencia total que necesita, puede calcular la potencia que debe generar su pequeña turbina eólica.

Para hacer esto, necesita saber la siguiente información:

• La velocidad media del viento en tu zona
• El diámetro del rotor de su turbina.
• La eficiencia de su turbina

Puede encontrar la velocidad promedio del viento para su área en la Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) sitio web.

El diámetro del rotor es la distancia de un borde de las palas al otro. La eficiencia de una turbina se refiere a qué tan bien convierte la energía del viento en electricidad. Puede encontrar esta información en las especificaciones del producto de su turbina.

Por ejemplo, supongamos que tiene una velocidad media del viento de 12 m/s y su turbina tiene las siguientes especificaciones:

• Velocidad de corte: 9 m/s
• Densidad del aire: 1.225kg/m3
• Diámetro del rotor: 15 pies

Ahora puede conectar esta información en la fórmula para calcular la potencia de salida de su turbina.

PAG = [air density] • [swept area] • [wind speed cubed] • 0,5

La densidad del aire es 1.225 kg/m^3. El área de barrido es el diámetro del rotor al cuadrado multiplicado por 3,14. La velocidad del viento se mide en metros por segundo.

Así es como se ve en una ecuación:

P = 1,225 • (3,14 • 7,5^{^ 2}) • 12 • 0.5

P = 1298 vatios

Usando este ejemplo, su pequeña turbina eólica debería generar al menos 1298 vatios de potencia por hora. Una turbina de 5kWh con al menos un 30% de eficiencia es ideal para esta tarea.

Cosas a tener en cuenta al comprar una turbina eólica

Es importante señalar que los aerogeneradores no son 100% eficientes. Esta advertencia significa que una turbina de 1kWh nunca generará 1000 vatios. La eficiencia media de un aerogenerador pequeño es del 20-35%. Entonces, una turbina de 1kWh generará 200-350 vatios de potencia en promedio.

Los propietarios de viviendas a menudo optan por aerogeneradores pequeños de 5kW cuando solo necesitan 1kW de potencia. Esto les da un amortiguador para generar suficiente electricidad incluso cuando el viento no sopla tan fuerte como de costumbre. También es importante recordar que la potencia de salida depende de la velocidad del viento. Una turbina generará más energía con un viento racheado que con una brisa ligera.

La potencia de salida de una turbina disminuye a medida que aumenta la velocidad del viento. Esto se debe a que las aspas están diseñadas para girar a cierta velocidad para generar energía. Cuando la velocidad del viento supera esto, las palas activan un mecanismo de frenado y la turbina produce menos energía.

Elegir un aerogenerador pequeño con un índice de velocidad del viento alto es crucial para su éxito. Una turbina potente con una clasificación de velocidad del viento más alta puede generar más energía con vientos fuertes.

La dirección del viento es otro factor importante. Una turbina generará más energía si el viento sopla directamente en las aspas. Por otro lado, si sopla en ángulo, la turbina no girará tan bien.

Eje horizontal frente a eje vertical: ¿cuál debería obtener?

Hay dos tipos principales de turbinas eólicas pequeñas: heje horizontal y eje vertical.

Las turbinas de eje horizontal son la opción preferida para la mayoría de las personas porque son más eficientes. Tendrá que pagar más por esta mayor eficiencia, pero el dinero adicional generalmente vale la pena. Las turbinas de eje vertical son más silenciosas, lo que las hace excelentes para áreas residenciales.

Hay ventajas y desventajas para cada tipo de turbina.

Las turbinas de eje horizontal pueden generar más energía. También son más fáciles de mantener porque todas las partes son fácilmente accesibles. Sin embargo, también hacen más ruido y son más caros.

Las turbinas de eje vertical son menos eficientes y no generan tanta energía. También son más difíciles de mantener porque las piezas no son tan fácilmente accesibles. Sin embargo, hacen menos ruido y son menos costosos.

Eso hace que las turbinas eólicas pequeñas de eje vertical sean perfectas para aplicaciones residenciales donde el ruido es una preocupación. A muchas personas también les gusta el hecho de que son menos costosos.

Otros componentes que necesita para hacer funcionar una turbina eólica

Además de la turbina en sí, también necesita una torre, baterías y un controlador de carga.

• La Torre – debe elevar la turbina lo suficientemente alto para atrapar el viento sin obstrucciones. Cuanto más alto vayas, más energía generará la turbina. Los fabricantes de turbinas recomiendan torres de hasta 100 pies (30 metros). El problema con estas torres altas es que son caras y requieren mucho concreto para los cimientos.
• Baterías – estos son necesarios para almacenar la potencia de la turbina. La mayoría de los expertos recomiendan adquirir baterías de iones de litio porque son las más eficientes. Estos paquetes de jugo pueden ser costosos, pero durarán más y funcionarán mejor que las baterías de plomo-ácido.
• El controlador de carga – esta parte se utiliza para regular la potencia proveniente de la turbina antes de que llegue a las baterías. Evita la sobrecarga del paquete de jugo, que es la principal causa de daño de la batería. El controlador de carga también evita que la batería se descargue demasiado, lo que es perjudicial para sus baterías.
• Inversor – este componente convierte la energía de CC de las baterías en energía de CA, el tipo de corriente que usa su hogar. La mayoría de los hogares necesitarán un inversor de 3000 vatios.

Costos de mantenimiento de turbinas eólicas

Como la mayoría de las máquinas, su pequeña turbina eólica necesita servicio y reparación para mantener su eficiencia. Estas son las cosas más importantes a tener en cuenta:

• El generador debe ser mantenido regularmente – el principal coste de mantenimiento de su generador suelen ser las palas. Debe reemplazarlos cada pocos años porque se desgastan con el viento y el clima. El reemplazo de la hoja puede costar entre $ 500 y $ 2000 por hoja.
• mantenimiento de la torre – las torres necesitan ser inspeccionadas y reparadas regularmente. Esto se debe a que están constantemente expuestos a los elementos. La inspección y reparación de torres puede costar entre $1000 y $5000 por año.
• Mantenimiento de las baterías – Las baterías también deben reemplazarse cada pocos años. Estas piezas cuestan entre $ 500 y $ 3000.

Retorno de la inversión en aerogeneradores pequeños

El retorno de la inversión (ROI) promedio de una pequeña turbina eólica es de alrededor del 10%. Si invierte $ 1000 en una turbina, puede esperar ganar $ 100 al año. Este no es un gran ROI, pero es mejor que lo que obtendría de la mayoría de las cuentas de ahorro.

La razón principal por la que el ROI de las turbinas no es tan grande se debe en parte al alto costo inicial. La turbina en sí puede costar entre $ 5,000 y $ 20,000, lo que significa que puede llevar mucho tiempo recuperar su inversión.

Otra razón por la cual el ROI de las turbinas no es mayor son los costos de mantenimiento. Como vimos anteriormente, las cuchillas y las baterías deben reemplazarse cada pocos años, y también debe reparar las piezas móviles. Estos costos pueden acumularse con el tiempo y reducir sus ganancias.

Tenemos un primo que tiene una pequeña turbina eólica. Lo tiene desde hace tres años y dice que ha sido una buena inversión. Todavía no ha tenido que cambiar las pilas, pero ha tenido que cambiar las cuchillas dos veces. Dice que su turbina genera suficiente energía para hacer funcionar toda su casa y algo más. Su única queja es el ruido.

La línea de fondo

Ahora ya sabe cómo calcular el tamaño de la turbina que necesita para alimentar su hogar. Lo más importante que debe recordar es que debe tener suficiente espacio para la turbina y la torre. También debe tener en cuenta los costos de mantenimiento y el retorno de la inversión (ROI).

Entonces, si está considerando comprar una pequeña turbina eólica, le recomendamos que lo haga. Solo asegúrate de hacer tu tarea primero.

Fuentes

¿Encontraste útil este artículo? Compártelo con tu red aquí: