Sistemas bombeo solar

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XX Simposio Peruano de Energía Solar, T XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna CURSO: Bombeo Solar y Riego Reinhold Schmidt

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XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna

CURSO: Bombeo Solar y Riego

Reinhold Schmidt

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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

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Aplicaciones fotovoltaicas

Sistema fotovoltaicoFuente energética

Electricidad, energía útil

Sist. aislados

Bombeo

Red eléctrica

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EsteOeste

Norte

Sur

AZ = ángulo Azimut, a = altura del sol

a

AZ

Movimiento aparente del sol

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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

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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

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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

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7:00

8:10

9:20

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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

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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

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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

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Bombeo solar y riego

Descripción y configuración de sistemas

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Bombeo convencional

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Estanques de acumulación, sistemas convencionales:

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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

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Proyecto piloto, GTZ - UTA – CODING, 1998-2002

– Bombeo solar y riego tecnificado, Parcela Vitor

Datos típicos: 40 - 50 m3/día, 2 – 3 ha hortalizas

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Riego technificado:

Banco de prueba bombeo

Comportamiento de cintas, goteros, etc.

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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

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Ejemplo: Proyecto IV. Región GEF-PNUD-CNE-GORE

- Combarbalá- Canela- Illapel- La Higuera

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Estanque de agua, Combarbalá

Ejemplo: Proyecto IV. Región GEF-PNUD-CNE-GORE

- Estanque con tapa- Flotador- Ubicación estanque

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Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )

- Parcela La Carmelita, La Tirana

Riego tecnificado por gravedad, con estanque

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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

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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

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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

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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 %

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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

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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

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Instalación en La Tirana

Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )

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Componentes del sistema de bombeo solar:

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Esquema del sistema de bombeo solar:

Generador solar Ppeak

Motobomba sumergible

Control Inversor

Pel.ccS en Watt/m2 Phidraulica ~ H ∙ Q

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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

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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

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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

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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

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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 = ?

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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

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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

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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

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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

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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

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Motobombas solares:

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Ejemplos de motobombas solares

hdin = 10 - 50 m, típico succiónmax = 6 m

Motobombas sumergibles Motobombas superficiales

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Esquema:

Bomba centrífuga

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Bomba de tornillo, tipo Arquimedes

Motobomba helicoidal:

Tornillo excentrico se mueve dentro de una camisa

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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

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Motobombas Grundfos

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Ejemplo: Motobombas Lorentz

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Ejemplo: Grundfos SQF 5A-6

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Proyecto INDAP Azapa: Lorentz – PS21K-CS

Bombas solares superficiales

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Generador solar instalado:

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Curva de la motobomba utilizada:

1 US gpm = 0,228 m3/h

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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

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Dosificación de nutrientes

Alternativa 1: con uso de motobombas de riego superficiales

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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

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Proyecto de Bombeo solar, instalación este-oeste 45º

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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

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Generación distribuida – Preferencia consumo propio:

Red

Medidorbi-direccional

InversorGenerador solar

Consumo propio

Medidorconsumo

Arica Solar

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Proyecto piloto San Miguel

Generador solar de 1 kWp con seguidor de 1 eje

Tablero con inversor, datalogger

Arica Solar