Sistemas bombeo solar

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Sistemas bombeo solar

  1. 1. XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna CURSO: Bombeo Solar y Riego Reinhold Schmidt XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  2. 2. 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
  3. 3. Aplicaciones fotovoltaicas Fuente energética Sistema fotovoltaico Electricidad, energía útil Bombeo Red eléctrica Sist. aislados XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  4. 4. Movimiento aparente del sol Norte a AZ Oeste Este Sur AZ = ángulo Azimut, a = altura del sol XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  5. 5. Ejemplo de datos medidos, perfiles diarios Intensidad de la radiación solar Calama, 12.04.2011 1200 1000 600 400 200 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 9:00 8:00 7:00 6:00 0 5:00 Watt/m 2 800 global horizontal Gd = 6,7 kWh/m2día XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  6. 6. Ejemplo de datos medidos, perfiles diarios Intensidad de la radiación solar, perfiles típicos diarios, invierno 1200 800 600 400 200 0 0: 00 1: 10 2: 20 3: 30 4: 40 5: 50 7: 00 8: 10 9: 20 10 :3 0 11 :4 0 12 :5 0 14 :0 0 15 :1 0 16 :2 0 17 :3 0 18 :4 0 19 :5 0 21 :0 0 22 :1 0 23 :2 0 Intensidad en W/m2 1000 Horas de l día XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  7. 7. Radiación global en superficie horizontal e inclinada Ejemplo: Pozo Almonte Radiación global, Pozo Almonte horizontal e inclinada 10000 Wh/m 2 día 8000 6000 4000 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Meses XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 11 12
  8. 8. Medición Radiación Solar Pozo Almonte ( 2008/2009 ) y Soga ( 1998/1999 ) Aspectos generales 10 Gd en kWh/m 2 día 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mes Soga Pozo Almonte Evapotranspiración ETo 1998-1999 8 7 ETo en mm/día 6 5 4 3 2 1 0 ene feb mar abr Vitor may Chaca jun jul ago Soga XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 sep oct nov dic
  9. 9. Bombeo solar y riego Descripción y configuración de sistemas XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  10. 10. Bombeo convencional XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  11. 11. Estanques de acumulación, sistemas convencionales: XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  12. 12. Configuración con estanque: Flotador Generador solar Inversor / Control p2 p1 Caudal Estanque de agua con techo Filtro Motobomba sumergible 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 XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  13. 13. 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
  14. 14. Riego technificado: Comportamiento de cintas, goteros, etc. Banco de prueba bombeo XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  15. 15. Caudales de agua, bombeo y riego, Parcela Vitor: Bombeo solar con estanque 6,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0: 00 1: 30 3: 00 4: 30 6: 00 7: 30 9: 00 10 :3 0 12 :0 0 13 :3 0 15 :0 0 16 :3 0 18 :0 0 19 :3 0 21 :0 0 22 :3 0 Caudal en m 3 /hora 5,00 Caudal de riego Caudal bomba XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  16. 16. Ejemplo: Proyecto IV. Región GEF-PNUD-CNE-GORE - Combarbalá - Canela - Illapel - La Higuera XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  17. 17. Ejemplo: Proyecto IV. Región GEF-PNUD-CNE-GORE Estanque de agua, Combarbalá - Estanque con tapa - Flotador - Ubicación estanque XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  18. 18. 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
  19. 19. Esquema general, bombeo y riego directo: Generador solar con tracker Inversor / Control p2 p1 Caudal Filtro Motobomba sumergible 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 !! XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  20. 20. Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 ) - Parcela Efrain Cabrera, La Tirana Riego de 1000 granados, melón, zapallo - Generador solar de 1 kWp, con seguimiento solar - Volumen diario aprox. 45 m3/día - Costo de inversión: aprox. 6.000.000.- neto XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  21. 21. Instalación fija Seguidor de 1 eje, azimut N S Seguidor de 1 eje, norte-sur, horizontal Seguidor de 2 ejes, azimut e inclinación S N Seguidor de 1 eje, norte-sur, inclinada XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  22. 22. Estación de medición, Arica, Pampa Dos Cruces Radiación global horizontal y en seguimiento Perfil diario, 24.09.12 1200 1000 W/m 2 800 600 400 200 Gd = 10,94 kWh/m2día - seguimiento Gd = 7,37 kWh/m2día – horizontal Ganancia: 48,4 % XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 9:00 8:00 7:00 6:00 0
  23. 23. Estación de medición, Arica, Pampa Dos Cruces Radiación global horizontal y en seguimiento Perfil diario, 13.11.12 1200 1000 W/m 2 800 600 400 200 Gd = 9,68 kWh/m2día - seguimiento Gd = 7,43 kWh/m2día – horizontal Ganancia: 30,3 % XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 9:00 8:00 7:00 6:00 0
  24. 24. Funcionamiento del tracker Generador solar, 1 kW p, con seguimiento Parcela La Tirana, 01.04.2010 800 600 600 400 400 200 200 0 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 0 G track G hor XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 P sg Watt 1000 800 Watt/m 2 1000
  25. 25. Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 ) Instalación en La Tirana XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  26. 26. Componentes del sistema de bombeo solar: XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  27. 27. Esquema del sistema de bombeo solar: Generador solar Ppeak Motobomba sumergible Control Inversor S en Watt/m 2 Pel.cc XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 Phidraulica ~ H ∙ Q
  28. 28. 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
  29. 29. Características eléctricas del generador fotovoltaico Potencia peak en Watt, Pp Temperatura de la celda, Tcelda Entrada: Salida: - Irradiancia S en W/m2 - Radiación global Gdia en kWh/m2día - Temperatura ambiental, Tamb - Voltaje V en Volt, V - Corriente I en Ampere, A - Potencia eléctrica Pel en Watt, W - Energía electrica Eel en Watthoras, Wh Panel solar produce corriente continua XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  30. 30. Ejemplo: Curva IV Corriente, I Curva IV Módulo 80 Wp , 36 celdas 6,0 Voltaje, V Corriente en A 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 Voltaje en Volt 25 ºC 55 ºC Potencia eléctrica: Pel = V ∙ I Energía eléctrica: Eel = P ∙ t XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 16 18 20 22 24
  31. 31. Relación corriente – voltaje de la celda fotovoltaica Voc : Isc : MPP: T: Voltaje circuito abierto Corriente de cortocircuito Punto de máxima potencia, Vm, Im 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
  32. 32. 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
  33. 33. Efecto de temperatura de la celda Los fabricantes entregan coeficientes de temperatura para voltaje, corriente y potencia: Valores aprox.: Voltaje: Corriente: Potencia: CT = - 0.35 % / K CT = 0.03 % / K CT = - 0.50 % / K XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  34. 34. Datos medidos: Potencia eléctrica vs. Intensidad de radiación solar Soga – Pampa del Tamarugal Ppeak = 1760 W 32 paneles 8s * 4p, 55 Wp Pel.max = 1380 W 1400 Potencia generador solar (W) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Intensidad de la radiación solar (W/m2) XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 800 900 1000
  35. 35. Relación radiación solar y potencia eléctrica Generador solar S en W/m2 Pel. en W Pel. en W Pp 1000 S en W/m2 Pel. = Ppeak 1000 W/m2 ( Tcelda = 25 ºC ! ) XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 ∙ S
  36. 36. Relación radiación solar y potencia eléctrica En realidad : Tcelda = 40 – 60 ºC Pel. = FCp ∙  Factor de correción, FCp Ppeak ∙ S 1000 W/m2 Valores FCp : 0,8 – 0,9 Ejemplos...... XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  37. 37. Relación radiación solar y energía eléctrica General: Pel. = FCp Eel. = Pel. ∙ t Ppeak ∙ ∙ S 1000 W/m2 Eel día. = FCp ∙ Ppeak 1000 W/m2 Valores FCp : 0,8 – 0,9 ∙ Gd Ejemplos...... XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  38. 38. Motobombas solares: XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  39. 39. Ejemplos de motobombas solares Motobombas superficiales Motobombas sumergibles hdin = 10 - 50 m, típico succiónmax = 6 m XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  40. 40. Esquema: Bomba centrífuga XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  41. 41. Bomba de tornillo, tipo Arquimedes Motobomba helicoidal: Tornillo excentrico se mueve dentro de una camisa XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  42. 42. Esquema Bombeo fotovoltaico, Sistema SQFlex: Generador solar Motobomba sumergible Unidad de control CU 200 Inversor Motor Bomba Esquema Bombeo fotovoltaico, Lorentz: Generador solar Unidad de control Motobomba sumergible PS ... Motor Bomba XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  43. 43. Motobombas Grundfos XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  44. 44. Ejemplo: Motobombas Lorentz XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  45. 45. Ejemplo: Grundfos SQF 5A-6 XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  46. 46. Proyecto INDAP Azapa: Lorentz – PS21K-CS Bombas solares superficiales XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  47. 47. Generador solar instalado: XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  48. 48. Curva de la motobomba utilizada: 1 US gpm = 0,228 m3/h XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  49. 49. 50 m 50 m Automatización: V3 V4 líneas de cinta estación # 3 líneas de cinta estación # 1 V1 V2 líneas de cinta estación # 4 líneas de cinta estación # 2 presión 2 medidor de caudal Filtro control automático reloj presión 1 Motobomba XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  50. 50. Dosificación de nutrientes Alternativa 1: con uso de motobombas de riego superficiales XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  51. 51. Alternativa 2: Dosificadora de nutrientes Reg. Panel fotovoltaico Bomba dosificad. Batería Q Medidor de caudal Tubería PVC al riego Datos técnicos : Panel fotovoltaico : 20 Wp Batería : 40 Ah, 12 V Bomba dosificadora, 12 V XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  52. 52. Proyecto de Bombeo solar, instalación este-oeste 45º XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  53. 53. Sistemas fotovoltaicos con alimentación a la red - sistemas decentrales generación distribuida ( típico: 1 kW – 100 kW ) - plantas fotovoltaicas ( típico: 1 – 50 MW ) Inversor Arica Solar XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013 Red eléctrica
  54. 54. Generación distribuida – Preferencia consumo propio: Medidor bi-direccional Generador solar Inversor Medidor consumo Red Consumo propio Arica Solar XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
  55. 55. Proyecto piloto San Miguel Generador solar de 1 kWp con seguidor de 1 eje Tablero con inversor, datalogger Arica Solar XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013

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