Post on 29-Jun-2015
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna
CURSO: Bombeo Solar y Riego
Reinhold Schmidt
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
CURSO: Bombeo Solar y Riego
Contenido:
- Introducción y conceptos básicos
- Descripción y configuración de sistemas de bombeo solar
- Componentes
- Diseño de sistemas de bombeo solar
- Monitoreo y Evaluación
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Aplicaciones fotovoltaicas
Sistema fotovoltaicoFuente energética
Electricidad, energía útil
Sist. aislados
Bombeo
Red eléctrica
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
EsteOeste
Norte
Sur
AZ = ángulo Azimut, a = altura del sol
a
AZ
Movimiento aparente del sol
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo de datos medidos, perfiles diarios
Intensidad de la radiación solarCalama, 12.04.2011
0
200
400
600
800
1000
1200
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
Wat
t/m2
global horizontal
Gd = 6,7 kWh/m2día
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo de datos medidos, perfiles diarios
Intensidad de la radiación solar,perfiles típicos diarios, invierno
0
200
400
600
800
1000
1200
0:00
1:10
2:20
3:30
4:40
5:50
7:00
8:10
9:20
10:30
11:40
12:50
14:00
15:10
16:20
17:30
18:40
19:50
21:00
22:10
23:20
Horas del día
Inte
nsid
ad e
n W
/m2
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Radiación global en superficie horizontal e inclinada
Ejemplo: Pozo Almonte
Radiación global, Pozo Almontehorizontal e inclinada
0
2000
4000
6000
8000
10000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Meses
Wh/
m2 dí
a
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Medición Radiación SolarPozo Almonte ( 2008/2009 ) y Soga ( 1998/1999 )
0123456789
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mes
Gd e
n kW
h/m
2 día
Soga Pozo Almonte
Evapotranspiración ETo1998-1999
0
1
2
3
4
5
6
7
8
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
ETo
en m
m/d
ía
Vitor Chaca Soga
Aspectos generales
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Bombeo solar y riego
Descripción y configuración de sistemas
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Bombeo convencional
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Estanques de acumulación, sistemas convencionales:
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Configuración con estanque:
Aspectos principales:
- Idea inicial: suministro confiable de agua en zonas sin red eléctrica en comparación con bombeo convencional ( Diesel, gasolina )
- Configuración con estanque: riego tecnificado por gravedad
- Sistemas típicos: altura total hasta 30-80 metros, volumen diario hasta 60-150 m3/día
Generador solar
Motobomba sumergible
Estanque de agua con techo
Flotador
Inversor / Control
Caudal Filtro
p1 p2
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Proyecto piloto, GTZ - UTA – CODING, 1998-2002
– Bombeo solar y riego tecnificado, Parcela Vitor
Datos típicos: 40 - 50 m3/día, 2 – 3 ha hortalizas
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Riego technificado:
Banco de prueba bombeo
Comportamiento de cintas, goteros, etc.
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Caudales de agua, bombeo y riego, Parcela Vitor:
Bombeo solar con estanque
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
0:00
1:30
3:00
4:30
6:00
7:30
9:00
10:30
12:00
13:30
15:00
16:30
18:00
19:30
21:00
22:30
Cau
dal e
n m
3 /hor
a
Caudal de riego Caudal bomba
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo: Proyecto IV. Región GEF-PNUD-CNE-GORE
- Combarbalá- Canela- Illapel- La Higuera
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Estanque de agua, Combarbalá
Ejemplo: Proyecto IV. Región GEF-PNUD-CNE-GORE
- Estanque con tapa- Flotador- Ubicación estanque
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )
- Parcela La Carmelita, La Tirana
Riego tecnificado por gravedad, con estanque
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Esquema general, bombeo y riego directo:
Aspectos principales:
- Configuración sin estanque: riego tecnificado directo ( ahorro de costos )
- Sistemas típicos: altura total hasta 30-40 metros, volumen diario hasta 80 m3/día
- Generador solar con tracking
- Adaptación caudal, presión bomba con sistema de riego !!
Generador solar con tracker
Motobomba sumergible
Inversor / Control
Caudal Filtro
p1 p2
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )
- Parcela Efrain Cabrera, La Tirana
- Generador solar de 1 kWp, con seguimiento solar
- Volumen diario aprox. 45 m3/día
- Costo de inversión: aprox. 6.000.000.- neto
Riego de 1000 granados, melón, zapallo
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
NS
NS
Instalación fija Seguidor de 1 eje, azimut Seguidor de 2 ejes, azimut e inclinación
Seguidor de 1 eje, norte-sur, horizontal Seguidor de 1 eje, norte-sur, inclinada
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Estación de medición, Arica, Pampa Dos Cruces
Radiación global horizontal y en seguimiento
Perfil diario, 24.09.12
0
200
400
600
800
1000
12006:
00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
W/m
2
Gd = 10,94 kWh/m2día - seguimiento
Gd = 7,37 kWh/m2día – horizontal
Ganancia: 48,4 %
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Estación de medición, Arica, Pampa Dos Cruces
Radiación global horizontal y en seguimiento
Gd = 9,68 kWh/m2día - seguimiento
Gd = 7,43 kWh/m2día – horizontal
Ganancia: 30,3 %
Perfil diario, 13.11.12
0
200
400
600
800
1000
12006:
00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
W/m
2
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Generador solar, 1 kWp, con seguimientoParcela La Tirana, 01.04.2010
0
200
400
600
800
1000
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
Wat
t/m2
0
200
400
600
800
1000
Wat
t
G track G hor P sg
Funcionamiento del tracker
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Instalación en La Tirana
Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Componentes del sistema de bombeo solar:
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Esquema del sistema de bombeo solar:
Generador solar Ppeak
Motobomba sumergible
Control Inversor
Pel.ccS en Watt/m2 Phidraulica ~ H ∙ Q
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
El generador solar:
Generación directa de un voltaje eléctrico en la celda mediante la absorción de radiación solar
- Tipo celdas, paneles
- Ppeak
- Curva IV
- MPP
- Conexión en serie, paralela
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Características eléctricas del generador fotovoltaico
Entrada:
- Irradiancia S en W/m2
- Radiación global Gdia en kWh/m2día- Temperatura ambiental, Tamb
Salida:
- Voltaje V en Volt, V- Corriente I en Ampere, A- Potencia eléctrica Pel en Watt, W- Energía electrica Eel en Watthoras, Wh
Potencia peak en Watt, Pp
Temperatura de la celda, Tcelda
Panel solar produce corriente continua
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Curva IVMódulo 80 Wp, 36 celdas
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Voltaje en Volt
Cor
rient
e en
A
25 ºC 55 ºC
Ejemplo: Curva IV
Voltaje, V
Potencia eléctrica: Pel = V ∙ I
Energía eléctrica: Eel = P ∙ t
Corriente, I
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Relación corriente – voltaje de la celda fotovoltaica
Voc : Voltaje circuito abiertoIsc : Corriente de cortocircuitoMPP: Punto de máxima potencia, Vm, Im
T: Temperatura de la celda
Especificaciones del fabricante:
Pp: Potencia máxima ó peak con: S = 1000 W/m2 T = 25 ºC celda Espectro solar AM 1.5
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Efecto de temperatura de la celda
Debido a la absorción de la radiación solar en el panel, la temperatura de la celda ( interior )sube:
Aprox. para paneles de silicio cristalino:
Tcelda ≈ Tamb + 27 ºc con I = 1000 Watt/m2
Voltaje = ?
Corriente = ?
Potencia = ?
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Efecto de temperatura de la celda
Los fabricantes entregan coeficientes de temperatura para voltaje, corriente y potencia:
Valores aprox.:
Voltaje: CT = - 0.35 % / KCorriente: CT = 0.03 % / KPotencia: CT = - 0.50 % / K
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Datos medidos: Potencia eléctrica vs. Intensidad de radiación solar
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Intensidad de la radiación solar (W/m2)
Pot
enci
a ge
nera
dor s
olar
(W
)
Soga – Pampa del Tamarugal
Ppeak = 1760 W
32 paneles 8s * 4p, 55 Wp
Pel.max = 1380 W
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Relación radiación solar y potencia eléctrica
Generador solar
Pel. en WS en W/m2
S en W/m2
Pel. en W
1000
Pp
( Tcelda = 25 ºC ! )
Ppeak
Pel. = ∙ S 1000 W/m2
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Relación radiación solar y potencia eléctrica
En realidad : Tcelda = 40 – 60 ºC Factor de correción, FCp
Ejemplos......
Ppeak
Pel. = FCp ∙ ∙ S 1000 W/m2
Valores FCp : 0,8 – 0,9
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Relación radiación solar y energía eléctrica
Ejemplos......
Ppeak
Pel. = FCp ∙ ∙ S 1000 W/m2
Valores FCp : 0,8 – 0,9
General: Eel. = Pel. ∙ t
Ppeak
Eel día. = FCp ∙ ∙ Gd
1000 W/m2
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Motobombas solares:
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplos de motobombas solares
hdin = 10 - 50 m, típico succiónmax = 6 m
Motobombas sumergibles Motobombas superficiales
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Esquema:
Bomba centrífuga
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Bomba de tornillo, tipo Arquimedes
Motobomba helicoidal:
Tornillo excentrico se mueve dentro de una camisa
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Esquema Bombeo fotovoltaico, Sistema SQFlex:
Esquema Bombeo fotovoltaico, Lorentz:
Generador solar Motobomba sumergibleUnidad de control
CU 200
Inversor Motor Bomba
Generador solar Motobomba sumergibleUnidad de control
PS ...
Motor Bomba
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Motobombas Grundfos
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo: Motobombas Lorentz
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Ejemplo: Grundfos SQF 5A-6
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Proyecto INDAP Azapa: Lorentz – PS21K-CS
Bombas solares superficiales
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Generador solar instalado:
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Curva de la motobomba utilizada:
1 US gpm = 0,228 m3/h
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Automatización:
líneas de cintaestación # 4líneas de cinta
estación # 3
líneas de cintaestación # 2
líneas de cintaestación # 1
Motobomba
Filtro
50 m 50 m
V3 V4
V1 V2
presión 2
presión 1
medidor de caudal
control automático
reloj
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Dosificación de nutrientes
Alternativa 1: con uso de motobombas de riego superficiales
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Alternativa 2: Dosificadora de nutrientes
Datos técnicos : Panel fotovoltaico : 20 Wp
Batería : 40 Ah, 12 VBomba dosificadora, 12 V
Panelfotovoltaico Batería
Reg. Bomba dosificad.
Medidor de caudal Tubería PVC al riegoQ
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Proyecto de Bombeo solar, instalación este-oeste 45º
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Sistemas fotovoltaicos con alimentación a la red
- sistemas decentrales generación distribuida ( típico: 1 kW – 100 kW )
InversorRed eléctrica
- plantas fotovoltaicas
( típico: 1 – 50 MW )
Arica Solar
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Generación distribuida – Preferencia consumo propio:
Red
Medidorbi-direccional
InversorGenerador solar
Consumo propio
Medidorconsumo
Arica Solar
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
Proyecto piloto San Miguel
Generador solar de 1 kWp con seguidor de 1 eje
Tablero con inversor, datalogger
Arica Solar