Aporte en La Normalizacion y Estandarizacion de Sistemas Solares Fotovoltaicos de Bombeo de Agua...

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UNIVERSIDADDEZARAGOZA PROYECTOFINALAUTOR: GerardoArancibiaMoreno MsterenEnergasRenovables

Ttulo:APORTEENLANORMALIZACIONYESTANDARIZACIONDESISTEMAS SOLARESFOTOVOLTAICOSDEBOMBEODEAGUAPARAEL DESARROLLOEIMPLEMENTACIONDEPROYECTOSENCHILE

TUTOR: ngelBayodRjula Dpto./rea:DepartamentodeIngenieraElctrica,C.P.S.UniversidaddeZaragoza

AoAcadmico:2008/09 2009

Fechadeentrega:15deDiciembrede

UNIVERSIDADDEZARAGOZA PROYECTOFINALAUTOR:GerardoArancibiaMoreno MsterenEnergasRenovables

Ttulo:APORTEENLANORMALIZACIONYESTANDARIZACIONDESISTEMAS SOLARESFOTOVOLTAICOSDEBOMBEODEAGUAPARAEL DESARROLLOEIMPLEMENTACIONDEPROYECTOSENCHILE

TUTOR: ngelBayodRjula Dpto./rea/Empresa

AoAcadmico:2008/09 2007DECLARACINdelAUTOR

Fechadeentrega: 15deDiciembrede

ElabajofirmantedeclaraqueelcontenidodelresumendelpresenteProyectoFinaldeMster oPostgradoNOtienecarcterconfidencialyautorizasudivulgacinencualquiermedioy soporte. ElabajofirmantedeclaraqueelcontenidocompletodelProyectoFindeMsteroPostgrado: Stienecarcterconfidencial NOtienecarcterconfidencial Sautorizasuconsultaausodocente NOautorizasuconsultaauso docente Sautorizasudivulgacinatravsde NOautorizasudivulgacin cualquiermedioosoporte EnValenciaa15deDiciembrede2009 Fdo............................................................ GerardoArancibiaMoreno

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INDICE 1.Introduccin 2.EstadodelArtedelBombeoSolarFotovoltaico 2.1EstadodelArteenChile 2.1.1DesarrollodelaEnergaSolarFVenChile 2.1.2DesarrollodelbombeoFVdeaguaenChile 2.2.DesarrolloTecnolgicodelBombeoSolarFV 2.2.1ConvertidoresdefrecuenciaensistemasdebombeoFV 2.2.2ElementosdeunsistemadebombeoFV 2.3DescripcindelsistemadebombeoFV 2.3.1Generadorfotovoltaico 2.3.2Motobomba 2.3.3Motobombacentrfuga 2.3.3.1Bombasparapozosdesondeo 2.3.4Equipoacondicionadordepotencia 2.3.4.1Convertidordefrecuencia 2.3.4.1.1CaractersticasyfuncionesbsicasdeCF 2.3.4.1.2ComponentesdeunCF 2.3.4.1.2.1ElfiltroEMC 2.3.4.1.2.2Elcircuitodecontrol 2.3.4.1.2.3Elinversor 2.3.4.2Accesoriosdeproteccinycontrol 2.3.5Infraestructurashidrulicas 3.ObjetivosdelProyecto 4.Descripcindelametodologay/odatosempleados 5.DesarrollodelContenido 5.1Requisitosgeneralesyfuncionamientodelsistemafotovoltaicodebombeo 5.1.2Capacidaddebombeo 5.1.2.1Consumodeagua 5.1.2.2Irradiacinsolar 5.1.2.3Lafuentedeagua:alturadebombeoycapacidaddesuministro 5.1.2.4Tamaodelgeneradorfotovoltaico 5.1.3Fiabilidad 5.1.3.1Generadorfotovoltaico 5.1.3.2ConvertidordeFrecuencia 5.1.3.3Protecciones 5.1.3.4Motobomba 5.1.3.5Cableado 5.1.3.6Infraestructurahidrulica

Pgina 6 10 10 10 10 11 11 11 11 14 14 14 15 16 16 17 18 19 20 20 20 22 22 23 25 27 27 29 29 30 32 35 35 36 37 40 42 45 46 47

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50 5.1.3.7Sistemadepotabilizacindeagua 5.1.3.7.1Bombadeinyeccindecloro 5.1.3.7.2 Sensordecaudaldeaguabombeada 5.1.3.7.3Depsitodecloro 5.1.4Seguridad 5.1.5Sencillezeneluso 5.1.6Sencillezdeinstalacinymantenimiento 5.2DimensionamientodeConvertidoresdeFrecuenciaenSistemasdebombeoFV 5.2.1ModeloTericoSimplificado 5.2.2ValidacinExperimental 5.2.3Efectosdesegundoorden 5.2.4EjemplodeAplicacin 5.3ResumendelasespecificacionestcnicasparaSistemasdeBombeoFV 5.3.1Requisitosgeneralesdelsistemafotovoltaicodebombeo 5.3.1.1Capacidaddebombeoytamaodelossistemasfotovoltaicos 5.3.1.2Especificacionestcnicasdecomponente 5.3.2Generadorfotovoltaico 5.3.3ConvertidordeFrecuencia 5.3.4Motobomba 5.3.5Sistemadepotabilizacindeagua 5.3.6Cableado 5.3.7Estructurasoporte 5.4Especificacionestcnicasdesistema 5.4.1Aspectosgeneralesdelainstalacin 5.4.2Generadorfotovoltaico 5.4.3ConvertidordeFrecuencia 5.4.4Cableado 5.5Especificacionesdeinstalacinymontaje 5.5.1Generadorfotovoltaico 5.5.2Sistemadepotabilizacin 5.5.3 Estructurasdesoporte 5.5.4Puestaatierra 5.5.5Infraestructurahidrulica 5.6PruebasdecalidadenTerreno 5.6.1Medidadelapotenciadelgeneradorfotovoltaico 5.6.2Ensayodebombeo 5.6.2.1Caracterizacindepozososondeos 5.6.3Ensayodedepsitolleno 5.6.4Usoygestindelsistema 51 51 51 52 52 54 55 55 57 61 65 66 67 69 69 69 69 70 70 70 72 72 72 73 73 73 73 74 74 74 75 75 75 77 77 78 81 82 82

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6.DimensionamientodeSistemadeBombeoFVEstndar 6.1AntecedentesdelalocalidaddelaPolcura 6.1.1Caractersticasdelrecursohdricoysituacingeogrficadelproyecto 6.2Radiacindiaria 6.3Seleccindelabombacentrifugasumergible 6.3.1Aplicacindelasformulasdelmodelotericosimplificado 6.4DimensionamientodelCampodeCaptacin 6.5EleccindelConvertidordeFrecuencia 6.5.1ProgramacindelCF 6.6ProyeccindelvolumendeaguabombeadoporelsistemadebombeosolarFV 6.6.1ClimadelSector 6.6.2RadiacinHoradadelSector 6.6.3Mtodosimplificadodelaestimacindelvolumendeaguabombeado

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6.7PresupuestodelSistemadebombeosolarFVestndar. 6.8 Calculo energtico yconsumodeenergaensistemasconvencionales6.9AhorrodeEnergayEmisionesdeCO2 7.Conclusiones 7.1Delasespecificacionestcnicasdebombeofotovoltaico 7.2DelossistemasdebombeoFVqueutilizanCF 7.3DeldimensionamientodelsistemadebombeosolarFV

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8.Bibliografa

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B.Listadodepalabrasclave Bombeo,Solar,Fotovoltaico,EspecificacionesTcnicas,EstandarizacinDiseo,Convertidor deFrecuencia

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1.Introduccin

Losequiposqueconformanlossistemasdebombeosolarfotovoltaicohanevolucionadodesde la configuracin con sistemas especiales para uso solar hasta el estado del arte actual, que utiliza equipos estndar de mercado. La experiencia obtenida en el diseo, instalacin y operacindegrandesproyectosdesistemasfotovoltaicosdebombeodurantelosltimosocho aosrespaldalamayorfiabilidaddeestaconfiguracinyapuntaapequeasmejorastcnicas posiblesmedianteaccesoriossimples.

Los equipos de acondicionamiento de potencia utilizados en los sistemas de bombeo fotovoltaico de los 49 sistemas instalados en Gambia en 2003 y los 29 que estn siendo instaladosactualmenteenMarruecoscubren unaampliagamadenecesidadesyrespondena este ltimo diseo. Jordania, Tailandia, Brasil y otras zonas de pases en vas de desarrollo, tambinhansidobeneficiariosdeprogramassimilaresdemayoromenortamaomostrandola viabilidaddelossistemasfotovoltaicosdebombeo.[1]

Enunprincipiolatendenciaerautilizarinversoresybombasespecficamentemodificadaspara aplicaciones solares, excepto para pequeas potencias donde se recurra a sistemas en CC, siendolabombadedesplazamientopositivoyelacondicionadordepotenciaunadaptador.

La evolucin hacia el uso de equipos estndar en el mercado, y por tanto ms fiables y econmicos y en una gama completa de aplicaciones, fue el objetivo perseguido durante un tiempo. La respuesta se encontr en losconvertidores o variadores de frecuencia, que estn diseados para el suministro de potencia a cargas variables. El convertidor de frecuencia puede ser alimentado directamente en CC sin modificaciones, alimentando directamente una bombacentrfuga.

As, lossistemasquedan compuestosportresequiposdetotalmadureztecnolgica,fiablesy eficientes:losmdulosfotovoltaicos,elconvertidordefrecuenciaylabombacentrfuga.

Losprimerosequiposelectrnicosdecontrol,dealtatasadefalloespecialmenteenambientes conaltastemperaturas,han sidosustituidospor una cuidadaprogramacindelosvariadores, optimizando la respuesta de la bomba a la radiacin solar instantnea medianteel adecuado control PID (lo que minimiza los golpes de ariete) y permitiendo la instalacin de todas las protecciones necesarias, en algunos casos con ayuda de un autmata, cuyos parmetros y tiempospuedenvariarsefcilmente.

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Otrosaccesoriosquemejoranlafiabilidadglobalson:

Deteccindepozovaco. Elsensorelctricoutilizadoenlosinicios enviabafrecuentemente sealeserrneas debidoaunaaltasalinidad,conlaincomodidadaadidadelanecesidadde controldeposiblesoxidaciones.Actualmentelafaltadeaguaesdetectadaporelvariadorpor laaceleracinrepentinadelabomba.

Cloracindelaguaextrada:Mediantecaudalmetrosemisoresdeimpulsos,conalimentacin propiatambinsolar,omediantesistemastipoVenturi,mssimplesaunquevlidosslopara aguasdeunaciertacalidad. Minimizacindelosgolpesdearieteporsoftware.

Simplificacindelastareasdemontajeymantenimientodelsistema(perforacindelaclapeta delabomba,calidadesdemateriales,diseodecabezasdepozo). Otropuntodeimportanciaeslalaborsocialdesensibilizacinanteloscambiosquesuponela introduccin de una nueva tecnologa y la formacin tcnica a los responsables de mantenimientosonlaclavequeasegurarocondenarelxitodelproyecto. Para que la tecnologa pueda considerarse apropiada es imprescindible la participacin de la poblacin en la instalacin y la cesin de ciertas responsabilidades (construccin de tanque, recogidadefondosparamantenimiento,laboresdemantenimientopreventivodelossistemas, etc.).

Una delicada integracin en la comunidad, preferentemente realizada por agentes sociales locales (asociaciones, lderes) impedir que las costumbres del lugar sean afectadas por el sistema. Por ejemplo, en un entorno en que el valor del agua es percibido como muy importante,esimprescindiblequeseaasumidoquelosgrifosnosoninagotables.

Elsectorinmediatamentemsfavorecidoeseldelamujer,que puedeevitarelgranesfuerzo fsico de la extraccin de agua, ms a largo plazo pero de igual importancia es el impacto positivoenlasalud,principalmenteinfantil,dadalamejoraenlacalidaddelagua.[2]

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ElprogramadenominadoProgrammeRgionalSolaire(PRS)iniciadoen1990,cubrilaregin delSahelyfuepioneroalexigiralosparticipantesenelconcursopblicoofertado,unestricto control de calidad. Control extendido a todas las partes del sistema de bombeo fotovoltaico. Dado que sirvi de ejemplo a bastantes proyectos posteriores (PRS 2), es considerado actualmente como un fiel reflejo del estado del arte de la tecnologa europea de bombeo fotovoltaico.

El programa de bombeo MEDA, financiado por la Unin Europea (a travs de su programa MEDA, del cual toma el nombre) y la Agencia Espaola de Cooperacin internacional), tuvo como objetivo general dotar de un suministro seguro de agua en disponibilidad y