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PAPERS
OPTIMIZACIÓN DEL USO DE CONVERTIDORES DE FRECUENCIA CON BOMBAS CENTRÍFUGAS Y
MOTORES TRIFÁSICOS EN SISTEMAS DE BOMBEO FOTOVOLTAICO
M. ALONSO ABELLA, F. CHENLO y J. BLANCO
CONVERTIDORES DE FRECUENCIA CON MOTORES DE INDUCCIÓN Y BOMBAS CENTRÍFUGAS
EN SISTEMAS DE BOMBEO FOTOVOLTAICO
M. ALONSO ABELLA, E. LORENZO y F. CHENLO
Se desarrollado un modelo simplificado, validado experimentalmente, para convertidores de frecuencia
operando motores de inducción y bombas centrífugas, basado en datos de catálogo, que permite la
obtención de las curvas características Potencia DC-Caudal de un sistema con FC a diferentes alturas.
Dicho modelo consiste en que partiendo de datos de fabricante y utilizando las leyes de semejanza se
obtienen las curvas a diferentes frecuencias. Permite calcular:
-
La frecuencia óptima de la bomba para cada punto (ho,Qo).
Caudal suministrado a una altura, h, y a la frecuencia óptima.
La potencia mecánica absorbida en el eje de la bomba.
La potencia absorbida por el motor.
La potencia necesaria del generador FV.
Ello permite disponer de una herramienta que permita la selección de la bomba más adecuada para
cada aplicación.
Los sistemas de bombeo FV que utilizan convertidores de frecuencia ofrecen una alternativa para los
sistemas de media y elevada potencia donde no se dispone de productos comerciales para bombeo FV.
Además, pueden ser más económicos que otros sistemas tradicionalmente utilizados, sin un
decrecimiento de la fiabilidad ni del rendimiento.
No es necesario realizar ninguna modificación externa de los FC para operar con generadores FV, basta
con una adecuada programación. El nivel de tensión de trabajo es un parámetro crítico. Se puede utilizar
un circuito electrónico de diseño simple y bajo coste para corregir la tensión de operación en función de
la temperatura de operación de los módulos FV reduciendo las pérdidas por no seguimiento del MPP al
1% anual.
La selección de un control tensión/frecuencia cuadrático (V~f²) ya implementada en muchos de los FC es
el control óptimo para la operación de bombas centrífugas. Cuando disminuye la potencia se disminuye
la frecuencia para permitir el bombeo. De este modo se maximiza el número de horas de operación
durante el día, minimizando los umbrales de arranque y maximizando el rendimiento medio diario del
sistema.
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SIMULACIÓN DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO DE UN SISTEMA DE BOMBEO FV CON
CONVERTIDORES DE FRECUENCIA VARIABLE
Eugenio García Marí, Pablo González-Altozano, María Gasque, Rosa Penélope Gutiérrez-Colomer, Carlos
Adrados Blaise-Ombrecht
Departamento de Ingeniería Rural y Agroalimentaria. Universidad Politécnica de Valencia.
Modelización de un sistema solar FV de bombeo con motor de inducción AC y bomba centrifuga,
alimentados a través de un convertidor de frecuencia.
Para la modelización utilizan lo descrito por Abella y Chenlo.
La diferencia respecto a Abella y Chenlo es que no se quedan en la potencia necesaria del generador
fotovoltaico, si no que realizan diferentes conexiones serie-paralelo para comparar con una misma
altura. Los resultados arrojados son muy interesantes ya que varía la irradiancia umbral que permite
comenzar el bombeo y por tanto, el rendimiento del grupo motor-bomba.
Los resultados indican que la altura de bombeo y la dimensión del generador FV determinan el
rendimiento con que trabaja el grupo motor-bomba y la magnitud de la irradiancia umbral de bombeo
Ium. Hay que trabajar con los valores más bajos de altura de bombeo dentro del rango de altos
rendimientos establecidos por las curvas características dadas por el fabricante
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ESTIMACIÓN DE LA ENERGÍA GENERADA POR UN SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A
RED
Miguel Alonso Abella y Faustino Chenlo
Se presenta un método de estimación de la potencia generada por los sistemas fotovoltaicos
conectados a la red eléctrica basado en el concepto de factores de pérdidas energéticas. Modelo
simplificado y modelo general.
También se describen las ecuaciones para determinar la posición relativa del sol respecto a la superficie
terrestre.
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RADIACIÓN SOLAR
Máster de Energías Renovables
Se describen y formulan los siguientes modelos:
-
Posición del sol con respecto a una superficie
Radiación Solar
Estimación de la radiación solar difusa y directa
Radiación solar sobre superficies inclinadas
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MEDIDA Y MODELIZACIÓN DE LA IRRADIANCIA SOLAR ERITEMÁTICA GLOBAL SOBRE PLANOS
INCLINADOS
D. Serrano, M. J. Marín, M. P. Utrillas, F. Tena y J. A. Martínez-Lozano
El objetivo de este trabajo es la caracterización de la irradiancia solar eritemática (UVER) global sobre
planos inclinados. Aunque no está específicamente orientado hacia el cálculo de irradiancia para
aprovechamiento solar, sí que es interesante ya que compara los resultados obtenidos utilizando los
principales modelos (tanto isótropos como anisótropos) con los datos experimentales de irradiancia
medida en Valencia y en diferentes orientaciones, Norte, Sur, Este y Oeste.
MODELOS ISÓTROPOS (La radiación difusa se distribuye de forma uniforme sobre todo el hemisferio)
-
Liu & Jordan (1962)
Koronakis (1986)
Budescu (2002)
MODELOS ANISÓTROPOS (La radiación difusa tiene direcciones preferentes)
-
Buegler (1977)
Temps-Culson (1977)
Hay (1979) y Hay-Willmott (1982)
Ma-Iqbal (1983)
Skartveit y Olseth (1986)
Gueymard (1984 y 1986)
Pérez (1986)
Reindl, Beckam & Duffie
Los resultados obtenidos es que muestran que los modelos sobrestiman los valores experimentales en la
orientación norte, mientras que para la orientación sur, la mayoría de los modelos los subestiman.
El modelo de Gueymard es el que mejores resultados proporciona en todas las orientaciones a
excepción de la orientación norte, en la que el modelo de Pérez ofrece mejores resultados. A pesar de
ello no existen diferencias apreciables, un 2% respecto el modelo isótropo.
Analizados los diferentes planos de incidencia, se observa que para cada orientación los mejores
resultados los presentan modelos distintos, aunque la diferencia entre estos no es significativa.
En general para todas las orientaciones, los errores obtenidos cuando se consideran sólo cielo
despejado son mayores que los obtenidos cuando se consideran todas las condiciones de cielo. El
modelo de Gueymard es la excepción ya que incluye un factor de nubosidad, y por tanto funciona
adecuadamente tanto en condiciones de cielo cubierto como despejado.
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OPTIMAL SIZING OF PHOTOVOLTAIC PUMPING SYSTEM WITH WATER TANK STORAGE USING
LPSP CONCEPT
Yahia Bakelli, Amar Hadj Arab, Boubekeur Azoui
Se presenta un modelo de estudio para optimizar el tamaño y capacidad de los diferentes componentes
de un sistema autónomo de bombeo fotovoltaico con tanque de agua. El modelo recomendado consiste
en tres partes principales: el submodelo del sistema de bombeo, el submodelo que desarrolla una
técnica de acuerdo a la probabilidad de la pérdida del potencia del suministro (LPSP), técnica para la
evaluación de la fiabilidad del sistema y el submodelo económico desarrollado en base al concepto de
coste del ciclo de vida (LCC) que se considera como un buen indicador de la rentabilidad económica de
la campo de las energías renovables.
Un conjunto de configuraciones deseadas se puede obtener utilizando el submodelo LPSP y la
configuración con el menor coste del ciclo de vida (LCC) da la óptima.
Se realiza un ejemplo de caso de estudio en Ghardaia, Algeria.
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A MODEL FOR OPTIMAL SIZING OF PHOTOVOLTAIC IRRIGATION WATER PUMPING SYSTEMS
Zvonimir Glasnovic a,*, Jure Margeta b
Según los autores el enfoque tradicional de dimensionamiento del bombeo FV para sistema de riego
que tiene en cuenta por separado la demanda de energía hidráulica y las posibilidades de su producción
fotovoltaica de la energía solar disponible, no es sistemática y estática, por lo tanto no es óptima.
Por ello, este trabajo presenta un conjunto sistemático de aproximación al problema teniendo en
cuenta todos los elementos, desde el sistema de bombeo FV, pozos, clima local, suelo, cultivos, al
sistema de riego. El resultado de este nuevo enfoque es un nuevo modelo matemático para determinar
el tamaño óptimo de la potencia nominal eléctrica de generador fotovoltaico.
Se define una función de minorización de la máxima potencia eléctrica del generador fotovoltaico.
El trabajo demuestra que la energía eléctrica del generador fotovoltaico es relativamente menor que la
obtenida por el método habitual.
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IMPROVEMENT OF PHOTOVOLTAIC PUMPING SYSTEMS BASED ON STANDARD FREQUENCY
CONVERTERS BY MEANS OF PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS
José Fernández-Ramos, Luis Narvarte-Fernández, Fernando Poza-Saura
Los sistemas fotovoltaicos de bombeo (PVPS), basado en convertidores de frecuencia estándar (FC)
están experimentando un creciente interés en el bombeo de los programas aplicados en zonas remotas,
debido a su alto rendimiento en términos de fiabilidad de los componentes, de bajo coste, gama de alta
potencia y una buena disponibilidad de los componentes. Sin embargo, en aplicaciones prácticas han
aparecido una serie de problemas relacionados con la adaptación del FC a los requisitos de los sistemas
fotovoltaicos de bombeo (PVPS).
Otra desventaja de PVPS dedicado es la dificultad en la aplicación de seguimiento del punto de máxima
potencia (MPPT). Este trabajo muestra que estos problemas se pueden resolver a través de la adición de
un controlador industrial de base lógica programable (PLC). Este PLC no aumenta el costo y la
complejidad del sistema, pero mejora la adaptación del FC en el sistema de bombeo fotovoltaico y
aumenta el rendimiento general del sistema.
La adición de un estándar de controlador lógico programable (PLC) a sistemas de bombeo FV basado en
convertidores de frecuencia (FC) resuelve algunos de los problemas que han aparecido en estos
sistemas y mejora su rendimiento. En concreto:
•
•
•
Se ha aplicado un algoritmo para evitar el sistema de bloqueo cuando hay caídas repentinas en
la irradiación.
Se ha aplicado un algoritmo MPPT básico y eficaz.
Se han desarrollado procedimientos para mejorar la detección de los estados especiales de un
tanque lleno y vacío y la respuesta del sistema en estas situaciones.
La validez de estas propuestas se ha evaluado experimentalmente en un sistema real.
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MATHEMATIC MODELS OF PHOTOVOLTAIC MOTOR-PUMP SYSTEMS
A. Hamidat, B. Benyoucef
Dos modelos matemáticos se han propuesto en este artículo para contribuir en los estudios de
dimensionamiento de bombeo fotovoltaico.
Dos sistemas de bombeo se ponen a prueba: el primero utiliza una bomba centrífuga y el segundo utiliza
una bomba de desplazamiento positivo. Los resultados obtenidos por los modelos son muy
satisfactorios, mostrando que la bomba de corriente continua con desplazamiento posee mejores
prestaciones. Las principales conclusiones son:
•
•
•
El promedio de bombeo y la eficiencia total es mayor en la bomba de CC.
Para un sitio determinado, las pérdidas de energía de la bomba CC son menores en
comparación con la de AC.
Los modelos propuestos ofrecen una herramienta de simulación para el rendimiento a largo
plazo en sistemas de bombeo FV.
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EXPERIMENTAL VALIDATION OF AUTONOMOUS PV-BASED WATER PUMPING SYSTEM
OPTIMUM SIZING
J.K. Kaldellis, G.C. Spyropoulos, K.A. Kavadias, I.P. Koronaki
Se presenta otro modelo más de dimensionamiento de un sistema solar FV funcionando con CC. En este
caso no solo se tiene en cuenta la bomba, también se tienen en cuenta otros consumos auxiliares
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PERFORMANCE ANALYSIS OF A DIRECTLY COUPLED PHOTOVOLTAIC WATER-PUMPING
SYSTEM
Mohanlal Kolhe, J. C. Joshi, and D. P. Kothari, Senior Member, IEEE
Se analiza el rendimiento de un sistema FV de bombeo directamente acoplado, CC, en diferentes
intensidades solares y temperatura de la célula correspondiente. Se realiza un seguimiento manual, es
decir, se cambia la orientación del campo fotovoltaico tres veces al día.
Se observa como el motor funciona la mayoría del día debido a su mayor par de arranque, incluso a
bajas intensidades solares.
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COMPARISON OF DIRECTLY CONNECTED AND CONSTANT VOLTAGE CONTROLLED
PHOTOVOLTAIC PUMPING SYSTEMS
Mohammed Ali Elgendy, Bashar Zahawi, Senior Member, IEEE, and David John Atkinson
En este trabajo se ha presentado un análisis de comparación de resultados y una evaluación
experimental de los sistemas fotovoltaicos conectados directamente con los sistemas de bombeo
usando un algoritmo MPPT tensión de referencia.
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ENERGY MANAGEMENT ALGORITHM FOR AN OPTIMUM CONTROL OF A PHOTOVOLTAIC
WATER PUMPING SYSTEM
Souhir Sallem, Maher Chaabene, M.B.A. Kamoun
Se describe un algoritmo de gestión de la energía para un control óptimo de un sistema de bombeo
fotovoltaico.
Este artículo presenta un algoritmo inteligente que toma la decisión sobre los modos de interconexión y
de los componentes de la instalación fotovoltaica: la batería, bomba de agua y paneles fotovoltaicos. La
decisión es tomada sobre la base de la generación fotovoltaica pronostica en un día considerado, en la
energía de la carga requerida, y considerando la seguridad de la batería. El algoritmo tiene como
objetivo extender el tiempo de funcionamiento de la bomba y llevar a cabo la seguridad a la batería
contra descargas profundas.