Los aerogeneradores o generadores eléctricos para turbinas eólicas convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Los generadores de turbinas de viento son diferentes en comparación con otras unidades de generación que suelen encontrarse conectados a la red eléctrica. Una de las razones es que el generador tiene que trabajar con una fuente de alimentación (el rotor de la turbina de viento) que suministra potencia mecánica muy fluctuante (par de torsión o torque).
Uno de los factores limitantes en los aerogeneradores reside en la tecnología de los generadores. No hay consenso entre los académicos y la industria sobre la mejor tecnología de generador para una turbina de viento. Tradicionalmente, hay tres tipos principales de generadores de turbinas de viento que pueden ser considerados para los diferentes sistemas de turbinas de viento, siendo éstos los generadores de corriente continua, los generadores de corriente alterna síncronos y los generadores de corriente alterna asíncronos. En principio, todos ellos pueden funcionar a velocidad fija o variable. Debido a la naturaleza fluctuante de la energía eólica, es ventajoso hacer funcionar los generadores de turbina eólica a velocidad variable ya que reduce el estrés físico en las palas de la turbina y la transmisión secundaria, y mejora la eficiencia del sistema aerodinámico.
Este artículo supone que usted está familiarizado con los conceptos básicos de electricidad, electromagnetismo, y en particular de corriente alterna. Si alguna de las expresiones voltios (V), fase, trifásica, frecuencia o Hertz (Hz) le suenan extraño, usted debe echar un vistazo a un manual de referencia sobre electricidad, y leer acerca de, corriente alterna, corriente alterna trifásica, electromagnetismo e inducción, antes de continuar con el siguiente texto.
Generación de voltaje (tensión)
En los aerogeneradores grandes (por encima de 100-150 kW) el voltaje (tensión) generado por la turbina suele ser de 690 V de corriente alterna trifásica. La corriente se envía posteriormente a través de un transformador ubicado al lado de la turbina de viento (o dentro de la torre) para elevar el voltaje a algún lugar entre 10.000 y 30.000 voltios, dependiendo de la norma de la red eléctrica local. Los grandes fabricantes proporcionan modelos de generadores para turbinas eólicas tanto de 50 Hz (para las redes eléctricas en la mayor parte del mundo) como modelos de 60 Hz (para la red eléctrica en los Estados Unidos).
Sistema de enfriamiento
Los generadores necesitan refrigeración mientras trabajan. En la mayoría de las turbinas esto se logra mediante la encapsulación del generador en un conducto, y utilizando un gran ventilador para la refrigeración por aire. No obstante algunos fabricantes utilizan generadores refrigerados por agua debido a que este tipo de generadores pueden ser construidos de forma más compacta y también tienen algunas ventajas de eficiencia eléctrica, aunque requieren un radiador dentro de la góndola para deshacerse del calor del sistema de refrigeración por líquido.
Elecciones de diseño en la conexión de Generadores y la Red
Las turbinas eólicas pueden ser diseñados con generadores síncronos o asíncronos y con diversas formas de conexión directa o indirecta del generador a la red. La conexión a la red directa significa que el generador está conectado directamente a la red de corriente alterna (por lo general trifásica) . La conexión a la red indirecta significa que la corriente de la turbina pasa a través de una serie de dispositivos eléctricos que ajustan la corriente para que coincida con la de la red. Con un generador asíncrono esto ocurre automáticamente.
Generadores de corriente continua
En las máquinas de corriente continua convencionales, el campo está en el estátor y la armadura está en el rotor. El estátor comprende un número de polos que se excitan o bien por imanes permanentes o por campos de bobinas de corriente continua.
Un ejemplo típico de un sistema de generador eólico de corriente continua se compone de una turbina de viento, un generador de corriente continua, un inversor transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), un controlador, un transformador y una red eléctrica. En un generación de corriente continua en derivación, la corriente de campo (y por lo tanto el campo magnético) aumenta con la velocidad de operación, mientras que la velocidad real de la turbina eólica está determinada por el equilibrio entre el par motor de la turbina eólica y el par de carga. El rotor incluye conductores de inducción en una armadura que están conectados a un conmutador de anillo partido. La energía eléctrica se extrae a través de cepillos que conectan al conmutador que se utiliza para rectificar la alimentación de corriente alterna generada en una salida de corriente continua. Claramente, este tipo de generadores requieren un mantenimiento regular y son relativamente costosos debido a la utilización de conmutadores y escobillas.
En general, los aerogeneradores de corriente continua son inusuales en aplicaciones de turbinas eólicas, excepto en situaciones de baja demanda de energía, donde la carga se encuentra físicamente cerca de la turbina eólica como aplicaciones de calefacción o la carga de baterías.