Tutorial PVsyst – Predimensionamiento de una instalación de bombeo solar

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Una de las aplicaciones que tiene la energía solar fotovoltaica es la de generar electricidad para activar bombas hidráulicas que sirvan para bombear agua por ejemplo en zonas sin acceso electricidad. En el post de hoy trataremos la última de las tres opciones de diseño preliminar, el bombeo solar.

En primer lugar os dejo el video donde podréis ver los pasos seguidos. Se tratará de un sistema de bombeo de desplazamiento positivo con acoplamiento directo en corriente continua capaz de extraer 3 m3/día de agua de un pozo, con una presión de carga de 1 bar. En este caso la inclinación y la orientación nos son indiferentes.

Seleccionamos la localidad típica que estamos usando en estos tutoriales y nos vamos a las especificaciones del sistema “system”.

En este caso tendremos que especificar la demanda de agua “water needs”, o sea, la cantidad de agua que será necesario bombear al día (en m3/día). Se puede cambiar si se desea las unidades y especificar la demanda de agua por estaciones o mensuales.

Especificamos la presión de carga de agua “head” (diferencia entre la de salida y la de entrada contando las pérdidas por rozamiento en las tuberías). En la parte de abajo se puede elegir las unidades, yo recomiendo utilizar bares o kPa.

Por otro lado se puede especificar el diámetro interno “int diameter” y la longitud “length” de las tuberías “pipes”, aunque es opcional.

Para seleccionar entre las distintas opciones de las siguientes pestañas hay que saber que significa cada cosa:

Tecnología de bombeo “Pump technology”

Tendremos que elegir entre una serie de opciones que afectan de manera considerable al rendimiento. Se clasifican en función el principio de funcionamiento:

– Bomba hidráulica de desplazamiento positivo en corriente continua “DC positive displacement”

– Bomba hidráulica de desplazamiento positivo en corriente alterna “AC positive displacement”

El aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. Pueden ser alimentadas por corriente continua o por corriente alterna.

– Bomba hidráulica centrífuga.

El principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido. El movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor

 

Estrategia de acoplamiento sistema-bomba “Power converter”

– Acoplamiento directo “Directo coupling”: entre los paneles fotovoltaicos y la bomba. Se trata de una conexión directa mediante bombas hidráulicas. Carecen de un dispositivo conversor capaz de aumentar la corriente y disminuir la tensión (o viceversa). Aunque se utiliza a menudo debido a su simplicidad, esta disposición requiere una optimización eléctrica muy cuidadosa, y no puede funcionar a buen rendimiento en cualquier condición de funcionamiento.

acoplamiento directo

– Acoplamiento directo con reforzador de corriente “Directo coupling with current booster”: la mayoría de las bombas de desplazamiento positivo requieren un pico significativo de corriente en el arranque “baja tensión”, a fin de superar las fuerzas de fricción internas. Por ello suelen llevar un dispositivo electrónico llamado “Booster”, que almacena una gran cantidad de energía eléctrica y se lo devuelve cuando es necesario en forma de un pico de corriente.

acoplamiento directo con amplificador

– Sistema hidráulico conectado en cascada “cascading”: si el sistema está equipado con varias bombas, la regulación se debe activar según la potencia fotovoltaica disponible, con el fin de que cada bomba funcione cerca de su rendimiento óptimo.

cascada

Esta opción mejora drásticamente el rendimiento en comparación con el de un acoplamiento directo, bajando el umbral de irradiancia y mejorando su funcionamiento con altas irradiancias. Pero también hay que tener en cuenta que la determinación del umbral de irradiación para el arranque de la segunda bomba es de gran importancia para las prestaciones finales.

– Sistema de seguimiento del punto de máxima potencia “MPPT converter o Maximum Power Point Tracking converter”: es un sistema electrónico que gestiona los módulos fotovoltaicos de tal manera que permite extraer la máxima potencia de éstos.

Disposición de la bomba “Pump layout”, que podrá ser a nivel superficial “Surface”, o para extraer agua de pozos situando la bomba en su interior“Deep well”.

Resultados

Y ya estamos en disposición de ver los resultados. Aquí podremos observar que existen tres variables que nos modificarán los resultados: capacidad del depósito (m3), autonomía (días) y el LOL (ver post anterior para ver descripción).

La capacidad del tanque afectará a la autonomía del sistema y viceversa. Cuanto mayor sea la capacidad del tanque mayor será la autonomía, disminuyendo la potencia de la bomba y la potencia nominal del sistema.

La gráfica muestra los resultados del predimensionamiento, espero que os haya servido de utilidad. El siguiente post sobre pvsyst haré hincapié en el dimensionamiento, por lo que me llevará más tiempo ya que es más complejo.

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