Mediante convertidores de potencia buscan incorporar la energía eólica y fotovoltaica en automóviles eléctricos

14 · mayo · 2020

Otro de los objetivos de esta investigación, desarrollada por el Departamento de Ingeniería Eléctrica, es optimizar los recursos utilizados en este tipo de vehículos para mejorar sus potencialidades y autonomía.

De acuerdo a la Política Nacional de Energía, aprobada en diciembre de 2015, nuestro país se planteó como meta para el 2050 que el 40% de los vehículos particulares y el 100% de los vehículos de transporte público sean eléctricos. Para alcanzarla, una de sus líneas estratégicas es apoyar la investigación y el desarrollo de la electromovilidad, así como potenciar la formación de capital humano en sus distintos niveles.

En este sentido, la USM, a través de su Departamento de Ingeniería Eléctrica, se encuentra desarrollando una investigación en convertidores de potencia que va orientada a dos objetivos: incorporar energía eólica y fotovoltaica en los diferentes sistemas de red y optimizar los recursos utilizados en vehículos eléctricos para mejorar sus potencialidades y autonomía.

Según explica Margarita Norambuena, profesora del Departamento de Ingeniería Eléctrica y quien lidera esta iniciativa, para que un transporte de propulsión eléctrica funcione se necesitan como mínimo tres componentes: la red de una casa o de una electrolinera, una batería y un motor. Lo complejo de esta relación es que cada uno funciona con parámetros de tensión y tipos de corriente diferentes, por lo que un transformador y un convertidor se vuelven piezas clave para que estos elementos puedan conversar entre sí.

Además, para que la corriente de la red –sea de una casa o de una electrolinera- ingrese a la batería, es necesario un convertidor que cambie de corriente alterna a corriente continua. Adicionalmente se requiere un transformador para modificar la tensión de la red eléctrica y lograr que la energía ingrese y se almacene en una batería. Una vez realizado ese proceso, para que funcione el motor de un vehículo se deben incorporar un convertidor y un transformador adicional, ya que nuevamente ambos se encuentran en corriente y tensión diferentes.

Esta investigación destaca en materia de innovación, ya que reúne el trabajo del convertidor y del transformador en un solo equipo, mediante el desarrollo de un “paso intermedio” que permite que la corriente continua se transforme de forma variable sin llegar a convertirse en alterna. Lo anterior implica reducir en un tercio los componentes utilizados en un auto eléctrico, ya que se optimiza el espacio empleado por estos equipos, el cual puede ser ocupado, por ejemplo, en incluir más baterías para aumentar su autonomía.

Investigación y prototipado

Según cuenta Margarita Norambuena, en la última etapa de su doble doctorado en ingeniería, programa realizado en conjunto entre la USM y la Universidad Técnica de Berlín, se implementó en Alemania el primer prototipo del convertidor. Sin embargo, a fines de este año se espera contar con un prototipo mejorado en los laboratorios del departamento. 

“Este estudio se desarrolla desde noviembre de 2018, en el marco del Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt), y este año hemos desarrollado una fuente alterna variable para hacer estudios de conexión a la red. El próximo año estaremos trabajando en el prototipo de laboratorio de un auto eléctrico de aproximadamente un metro cuadrado, en el cual se instalarán las baterías y el convertidor con la nueva topología para probar su funcionamiento”.

De forma adicional, el proyecto contempla la compra de una fuente especial regenerativa alterna, que permite generar energía de forma simulada, ya sea fotovoltaica o eólica, y probar el prototipo sin conectarlo de forma directa a la red eléctrica.

Desde Chile para el mundo

La electromovilidad es un tema contingente en las distintas industrias a nivel mundial, sin embargo, existen diferentes tipos de tecnologías que se deben desarrollar para alcanzar la meta nacional planteada al 2050. Precisamente uno de ellos es el convertidor. 

En este sentido, Norambuena plantea que “lo que hacemos acá quizá no va en el área de probar un estacionamiento que cargue el vehículo, porque no tenemos los volúmenes de producción de prototipos. No obstante, a través de estos programas de doctorado conjunto, podemos desarrollar las ideas y probarlas en laboratorios de otros países. Lamentablemente en Chile no contamos con industrias de desarrollo científico tecnológico, por lo que todos los proyectos que se hacen en universidades tienen el riesgo de quedarse en lo académico, ya que cuesta mucho transferir a la industria. Esta colaboración internacional también permite conocer el nexo academia e industria y estar al tanto de los intereses de la misma, siendo la energía fotovoltaica y la electromovilidad muy relevantes en Estados Unidos y Europa”.

En base a lo anterior, es importante destacar que esta innovación podría apoyar múltiples aplicaciones, como la incorporación de micro paneles fotovoltaicos en el techo del vehículo y en los estacionamientos para que se carguen. “La gracia de este convertidor es que genera un enlace permanente entre los tipos de corriente y que se puede modificar según lo necesitado. En ese sentido es interesante también, ya que las energías renovables permitirán generar energía limpia para las micro redes de cargas de los vehículos eléctricos, tanto en carretera como en redes domiciliarias”, concluye.

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