Cómo funciona esta calculadora de aerogeneradores
La mayoría de las calculadoras eólicas piden una «velocidad media del viento» y la multiplican por un factor fijo. Así se pasan por alto las dos cosas que deciden la producción de un aerogenerador: cómo se reparte el viento a lo largo del año y a qué velocidad sopla a la altura del buje. Esta herramienta tiene en cuenta las dos como es debido.
Cuando eliges un emplazamiento, descarga un año completo (8.760 horas) de velocidades de viento de NASA POWER a 10 m y 50 m sobre el suelo, junto con la temperatura del aire y la altitud del lugar. Para cada hora:
- extrapola el viento a la altura de tu buje con un exponente de cizalladura medido a partir de los propios datos de la NASA a 10 m y 50 m, por separado para cada mes y cada hora del día (en las noches estables la cizalladura es mucho mayor que en las tardes soleadas), o con una clase de terreno o un α propio;
- calcula la densidad del aire a partir de la altitud y la temperatura; un aerogenerador a 1.000 m de altitud trabaja con un aire un 10 % menos denso que en la costa;
- lee la curva de potencia del aerogenerador a esa velocidad corregida por densidad (la normalización de IEC 61400-12-1);
- suma el año y resta las pérdidas por estela, disponibilidad, eléctricas y de otro tipo.
El modo manual se salta la descarga: das una velocidad media del Global Wind Atlas o de tu propio mástil, su altura y el factor de forma de Weibull k, y la calculadora integra la curva de potencia sobre una distribución de Weibull (consulta la calculadora de Weibull).
La fórmula
AEP_net = Σ_hours P(v_hub,t) × (1 − estela) × disponibilidad × (1 − eléctricas) × (1 − otras) Factor de capacidad = AEP_net / (P_rated × 8,760 h)
A es el área barrida por el rotor (π·D²/4) y Cp el coeficiente de potencia, que nunca puede superar el límite de Betz del 59,3 %. Los rotores reales alcanzan como máximo un 45–48 %; los aerogeneradores pequeños suelen quedarse en un 25–35 %, así que las curvas genéricas que se usan aquí ajustan el Cp máximo según el tamaño del aerogenerador.
Ejemplo práctico: un aerogenerador de 3,6 MW en Dobrogea (Rumanía)
El caso por defecto coloca un aerogenerador de 3,6 MW para vientos bajos, con un rotor de 136 m, sobre una torre de 120 m cerca de Cogealac, en la región más ventosa de Rumanía. Con los datos meteorológicos de la NASA de 2024, el exponente de cizalladura que se deduce es de unos 0,16, lo que da una velocidad media de alrededor de 7,1 m/s a la altura del buje y una densidad de potencia eólica cercana a 360 W/m².
La simulación da unos 14.200 MWh brutos. Tras un 3 % de indisponibilidad, un 2 % de pérdidas eléctricas y un 3 % de otras pérdidas, la producción neta se queda en torno a 13.000 MWh al año, con un factor de capacidad cercano al 41 %, suficiente para más de 3.500 hogares medios de la UE. Enero y febrero producen, cada uno, más del doble que junio o agosto.
A 1.350 €/kW, el aerogenerador cuesta unos 4,9 millones de euros. Si vende cada MWh a 75 €, ingresa casi 1 millón de euros el primer año; con una O&M de 40 €/kW/año, la inversión se amortiza en menos de seis años, con un LCOE de unos 44 €/MWh. Ojo: se trata de un solo aerogenerador sin pérdidas por estela. Un parque eólico en el mismo lugar perdería otro 5–10 %.
Cómo leer los resultados
- Energía anual (neta): la energía entregada el primer año, descontadas todas las pérdidas.
- El factor de capacidad y las horas equivalentes a plena carga son la forma más justa de comparar emplazamientos y aerogeneradores de distinto tamaño. 3.000 horas a plena carga equivalen a un factor de capacidad del 34 %.
- El viento medio en el buje y la clase IEC (I–IV) te indican qué familia de aerogeneradores está diseñada para el emplazamiento; las máquinas para vientos bajos (clase III–IV) llevan rotores grandes en relación con su generador.
- La potencia específica (W por m² de rotor) es el dato de diseño decisivo: 200–260 W/m² encaja con vientos moderados y da factores de capacidad altos; 350 W/m² o más encaja con el viento fuerte en el mar.
- El histograma muestra las horas al año en cada intervalo de 1 m/s frente a la curva de potencia. La energía llega sobre todo de los intervalos justo por debajo de la velocidad nominal; las escasas horas de temporal aportan poco.
Valores típicos
| Clase de aerogenerador | Ø del rotor | Altura del buje | Viento medio en el buje | Factor de capacidad típico |
|---|---|---|---|---|
| Micro (1–3 kW) | 2–4 m | 10–18 m | 4–5 m/s | 8–18 % |
| Pequeño (5–20 kW) | 6–10 m | 18–36 m | 4,5–6 m/s | 12–25 % |
| Mediano (100 kW) | 20–27 m | 30–50 m | 5–6,5 m/s | 18–30 % |
| Terrestre 2–3 MW | 90–120 m | 80–120 m | 6,5–8 m/s | 28–40 % |
| Terrestre 4–7 MW | 140–175 m | 120–170 m | 6,5–8,5 m/s | 33–48 % |
| Marino 8–15 MW | 165–240 m | 110–150 m | 9–10,5 m/s | 40–55 % |
Consejos para sacar más energía
- Sube más. Sobre terreno rugoso, cada 10 m más de torre puede añadir un 3–5 % de energía. En los aerogeneradores pequeños, la decisión que más pesa es una torre que eleve el rotor al menos 10 m por encima de cualquier cosa en 150 m a la redonda.
- Elige el rotor según el viento, no el generador. En emplazamientos moderados, un aerogenerador de 4 MW con un rotor de 150 m produce más que uno de 5 MW con un rotor de 130 m.
- Evita las turbulencias. Tejados, árboles y edificios generan un flujo racheado y turbulento que los aerogeneradores pequeños llevan mal. La producción real suele quedar un 30–50 % por debajo del folleto.
- Separa los aerogeneradores de un parque al menos 3–5 diámetros de rotor en perpendicular al viento dominante y 6–10 en su dirección, para mantener las pérdidas por estela por debajo del 10 % (consulta la calculadora de parques eólicos).
- Prueba con distintos años. La energía eólica anual varía ±10 % de un año a otro; cambia el año meteorológico en las opciones avanzadas.
Limitaciones
Las curvas de potencia son genéricas y se construyen a partir del tamaño del rotor y la potencia nominal. Para las máquinas modernas con regulación por cambio de paso aciertan con un margen de unos pocos puntos porcentuales, pero no sustituyen a la curva certificada del fabricante. Los datos de reanálisis de la NASA suavizan los efectos del terreno local, y las medias horarias esconden la turbulencia. El modelo no incluye las limitaciones impuestas por el operador de la red, los periodos de engelamiento ni las paradas por ruido o para proteger murciélagos, salvo que los añadas a otras pérdidas. Las finanzas son antes de impuestos, sin peajes de red ni costes de financiación; para la rentabilidad de la deuda y del capital propio, usa la calculadora de parques eólicos.
Método e hipótesis
Viento a la altura del buje. NASA POWER da la velocidad del viento horaria a 10 m y 50 m. En modo automático obtenemos el exponente de cizalladura α = ln(v₅₀/v₁₀)/ln 5 para cada mes y hora del día (limitado a 0,06–0,40, de modo que las noches estables y las tardes de mezcla se tratan de forma distinta) y extrapolamos cada hora con la ley potencial v_buje = v₅₀ (h/50)^α. Si no, se aplica una clase de rugosidad del terreno o tu propio α.
La densidad del aire se calcula cada hora a partir de la altitud del emplazamiento + la altura del buje (fórmula barométrica) y de la temperatura del aire corregida a la altura del buje; la velocidad del viento se normaliza por densidad como en la IEC 61400-12-1 (v·(ρ/1,225)^⅓) antes de entrar en la curva de potencia.
Curva de potencia. Una curva genérica P = ½ρACp(v)v³, limitada suavemente a la potencia nominal, con un Cp máximo que depende del tamaño del aerogenerador (≈0,28 en microaerogeneradores hasta 0,46 en rotores a escala de red). En modo manual, las horas a cada velocidad salen de una distribución de Weibull con tu velocidad media y tu forma k.
Energía neta = bruta × (1 − estelas) × disponibilidad × (1 − eléctricas) × (1 − otras). Factor de capacidad = energía neta ÷ (potencia nominal × 8.760 h). Economía: proyección a la vida del proyecto con degradación, subida de precios y O&M creciendo un 2 %/año; el LCOE es el coste descontado ÷ la energía descontada.
Preguntas frecuentes
¿Cuánta electricidad produce un aerogenerador al año?
¿Qué factor de capacidad es bueno para un aerogenerador?
¿Qué velocidad de viento necesito para que un aerogenerador merezca la pena?
¿Cuánto cuesta un aerogenerador?
¿Por qué importa tanto la altura del buje?
¿Son lo bastante precisos los datos de viento de la NASA?
Fuentes y referencias
- NASA POWER: Prediction Of Worldwide Energy Resources (viento horario MERRA-2 a 10 m y 50 m)
- IEC 61400-12-1: Wind energy generation systems, Power performance measurements of electricity producing wind turbines
- IRENA: Renewable Power Generation Costs in 2023
- NREL Annual Technology Baseline (eólica terrestre y marina)
- Burton, T., Jenkins, N., Sharpe, D., Bossanyi, E.: Wind Energy Handbook, 2nd ed., Wiley
Inserta esta calculadora
Gratis para blogs, instaladores, centros educativos y ONG. Copia el código de abajo; se actualiza solo.