Descripción
La vida sin electricidad es inimaginable para la mayoría de las personas en las zonas urbanas, pero, combinadas con temperaturas estivales que alcanzan los 50 grados centígrados, obtenemos un escenario que dificulta la vida y el desarrollo de una comunidad es casi imposible. Estas eran las condiciones en las que vivían los habitantes del ejido Matomí, conocido como Puertecitos, una pequeña comunidad ubicada al sur de San Felipe, en Baja California, hasta que el esfuerzo de un grupo de científicos, con apoyos institucionales, hizo realidad la instalación de la Micro Red Sustentable de Servicios Energéticos Comunitarios.
La micro red consta de una planta combinada de energía solar y eólica (el aerogenerador se encuentra actualmente fuera de servicio por problemas de mantenimiento) y fue diseñada por investigadores del Centro de Estudios de las Energías Renovables (CEENER) de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC). Gracias al financiamiento del Fondo Sectorial de Sustentabilidad Energética del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la Secretaría de Energía (Sener), a principios de 2016 fue posible la instalación de la micro red, que ha transformado la cotidianeidad de al menos 20 familias que ahora cuentan con energía eléctrica las 24 horas. La tecnología implementada en Puertecitos consta de 184 módulos solares que generan 55.2 kilowatts fotovoltaicos.
Esto se combina con un aerogenerador con aspas de seis metros y capacidad de cinco kilowatts (actualmente en desuso por falta de mantenimiento), además de un generador diésel de 75 mil voltios por amperio y 174 baterías de dos voltios, las cuales forman un banco de baterías. La micro red tiene también un sistema de almacenamiento de energía de alrededor de mil 500 amperios hora, por lo que se satisface la demanda de energía durante el día y lo que sobra se almacena en las baterías para utilizarlo por la noche.
Otro aspecto a considerar es la transformación social que ha ocurrido en Puertecitos. Uno de los principales cambios en la comunidad al implementarse la micro red es que las familias del ejido Matomí cuentan con equipos de aire acondicionado, necesarios para soportar las altas temperaturas que se registran en la zona. Debido a que la instalación de la micro red data del año 2016, esta necesita mantenimiento y reemplazo de algunas partes; es por ello que contemplamos diseñar y construir las fuentes de alimentación conmutadas para cargar baterías en la planta solar.
Aunado a la innovación que representa elegir energías renovables para dotar de electricidad a una comunidad cuyo acceso implica un traslado promedio de una hora desde la zona urbana más cercana, la micro red es acompañada de un modelo comunitario para su administración.
Un problema actual con respecto al banco de baterías es que los convertidores de corriente directa a corriente directa que se utilizan cargan las baterías que se encuentran en los extremos de este banco, y las que se encuentran en medio del banco de baterías se quedan a medio cargar; es decir, las baterías no se cargan de manera homogénea, viéndose afectada de esta forma la capacidad de proveer energía eléctrica al poblado de Puertecitos.
Problemática
Los convertidores de potencia electrónicos se utilizan en la planta solar fotovoltaica de Puertecitos para cargar baterías con la energía proveniente de los paneles solares. El tipo de convertidor buck corriente directa–corriente directa (cd-cd) se utiliza en aplicaciones donde se requiere que la salida de voltaje sea menor que el voltaje producido por la fuente (como en el caso de los paneles solares). El caso contrario es el convertidor boost cd-cd, el cual se utiliza para subir o amplificar la salida de voltaje con respecto al voltaje de entrada. En la literatura se han propuesto diferentes algoritmos de control para regular la salida de voltaje de convertidores cd-cd de manera robusta, véase [1]–[6]. Como el modelo dinámico de los convertidores cd-cd es no lineal y variante en el tiempo, la aplicación de técnicas de control para sistemas lineales no es adecuada. Para ello se necesitan diseñar y aplicar controladores no lineales que sean robustos ante variaciones de la carga, perturbaciones externas e incertidumbre paramétrica. Dados los antecedentes y referencias consultadas, creemos que sí es posible optimizar el diseño y desempeño de los convertidores cd-cd tipo buck para cargar las baterías de una forma homogenizada en la planta solar fotovoltaica de Puertecitos, Baja California, ya que actualmente los convertidores cd-cd que utilizan cargan más rápido las baterías que están en los extremos del banco de baterías y las que están en medio del banco se quedan a medio cargar.
Objetivo
Diseñar, construir e implementar para la planta solar fotovoltaica en Puertecitos, Baja California, convertidores de corriente directa–corriente directa tipo buck, los cuales sean robustos ante variaciones de la carga, incertidumbre paramétrica y perturbaciones externas; dichos convertidores tipo buck nos permitirán cargar de manera óptima las baterías de donde se alimenta la micro red de distribución de energía en Puertecitos.
Impacto
El acceso a la energía eléctrica en la comunidad ayuda a disminuir la pobreza. El acceso a la energía eléctrica permite tener refrigeradores y frigoríficos. Tener refrigeradores en las casas ayuda a mantener los alimentos en buen estado. La planta de energía eléctrica alimenta una escuela primaria. En este proyecto de la planta eléctrica de Puertecitos han participado tanto mujeres y hombres por igual en su desarrollo. La electricidad en la comunidad permite conectar máquinas para bombear el agua. Los paneles solares tienen una huella ecológica baja y se consideran como energía limpia. El acceso a la electricidad fomenta el crecimiento económico en la comunidad. Con el acceso a la electricidad se mejora la infraestructura en la comunidad. Reduce la desigualdad con respecto a otras comunidades. La planta eléctrica produce energía sostenible en la comunidad. Los habitantes y usuarios de la electricidad cuentan en sus casas con un medidor de electricidad, por lo que su consumo debe ser de manera responsable. La huella ecológica por producir energía a través del sol es baja. La vida marina no se ve afectada por la generación de energía solar; caso contrario, en la planta generadora de Rosarito se utiliza gas natural para generar energía eléctrica, la cual sí contamina al descargarse agua de los condensadores hacia el mar. La vida terrestre no se ve afectada por la generación de energía solar.
La planta de energía alimenta a una escuela primaria, la cual es una institución educativa. Este es un proyecto multidisciplinario, el cual se puede replicar en otras poblaciones rurales en las mismas condiciones que Puertecitos.