ES1074806U - Bombeo solar directo para metodos de riego con presion y caudal constantes. - Google Patents
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- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
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Abstract
1. Bombeo solar directo para métodos de riego con presión y caudal constantes caracterizado por disponer de módulos fotovoltaicos para la captación de la radiación solar compuesto además por una bomba extractora, contando también con un depósito auxiliar de almacenamiento cuya capacidad será de unos minutos de caudal de la bomba o bombas elevadoras de presión que dispone de sensores de nivel. Este sistema dispondrá también de una bomba o bombas elevadoras de presión que cuenten con un caudal mayor al máximo de la bomba de extracción y de una válvula de paso o de apertura por presión que impida el paso de agua a través de la bomba elevadora de presión.El sistema dispondrá de variadores de frecuencia para cada uno de los motores de las bombas, contando preferiblemente con control PID integrado. Todo ello conectado a un autómata, PLC o sistema lógico equivalente que permita la programación adecuada requerida por el sistema, pudiendo estar éste incorporado dentro de los propios variadores de frecuencia. Dicho bombeo solar tendrá sondas de radiación y temperatura.2 Bombeo solar según reivindicaciones anteriores contando con cualquier otro motor que opcionalmente quiera añadirse al sistema para el movimiento del sistema de riego con su correspondiente variador de frecuencia.3. Bombeo solar según reivindicaciones anteriores contando con sondas de tensión y corriente de los módulos fotovoltaicos para la implementación de un algoritmo MPP.
Description
Bombeo solar directo para métodos de riego con
presión y caudal constantes.
El presente Modelo de Utilidad se refiere a un
"Bombeo solar directo para métodos de riego con presión y caudal
constantes", el cual mejora notablemente el estado anterior de la
técnica en el campo del aprovechamiento de la energía solar mediante
paneles fotovoltaicos para el bombeo de agua destinada al riego.
Los sistemas existentes hasta el momento
consisten en la conexión de los módulos fotovoltaicos a la bomba de
extracción que produce el bombeo del agua durante las horas de sol.
El caudal del bombeo solar directo en este caso no es constante ya
que la irradiación es variable en función de las horas del día o de
los fenómenos meteorológicos, por tanto, para poder obtener un
caudal y una presión constante se almacena el agua requerida por el
cultivo para un día de riego, principalmente de dos formas:
A) Mediante depósitos elevados donde la altura
de la caída del agua aporta la presión necesaria.
B) Mediante balsas desde donde con una segunda
bomba alimentada por fuentes de energía convencionales se consigue
la presión mencionada.
Ambos sistemas presentan una serie de
inconvenientes provocados principalmente por la necesidad de
almacenamiento de ingentes cantidades de agua, esto limita su
aplicación a pequeñas superficies de cultivo, y a la utilización de
aspersores que requieran poca presión debido a los metros de altura
a los que habría que situar el depósito elevado. Podría sumarse
también en el caso de las balsas, el coste de movimiento de tierra,
nivelación, aislamiento etc. así como la perdida de una parte
importante de la tierra de cultivo ya que la balsa debe estar lo más
cerca posible de la superficie a regar para evitar pérdidas de
presión, sin olvidarnos del consumo de la segunda bomba encargada de
proporcionar presión al agua
embalsada.
embalsada.
El "Bombeo solar directo para métodos de riego
con presión y caudal constantes" da solución a los inconvenientes
anteriormente descritos, ya que consigue mediante la captación solar
con módulos fotovoltaicos extraer el agua de riego con una bomba
principal y aportarle a ésta la presión requerida por los sistemas
de riego existentes mediante una bomba/as elevadora/s de presión
utilizando solamente un depósito auxiliar para almacenar una
cantidad de agua similar a lo que serían entre dos y diez minutos
del caudal de la bomba elevadora de presión, con el fin de regular
las variaciones de caudal de la bomba de extracción. Los motores de
ambas bombas están alimentados por variadores de frecuencia y estos
a su vez alimentados desde los paneles fotovoltaicos.
Todo el sistema está gobernado por un autómata
que capta información de la radiación solar recibida en cada
instante por los módulos fotovoltaicos, las tensiones y corrientes
de los módulos, la temperatura del modulo y el agua que contiene el
depósito. Con estos datos recibidos por el autómata y según la
configuración de su programación arrancará los variadores de
frecuencia adecuados para cada situación de radiación solar.
La figura 1 muestra el esquema eléctrico de
fuerza donde se representan los módulos fotovoltaicos (1),
variadores de frecuencia (2, 3, 4), motor de la bomba de extracción
(5), motor de la bomba elevadora de presión (6) y posibles bombas y
motores auxiliares opcionales (7).
La figura 2 representa el sistema hidráulico
formado por una bomba principal o de extracción con válvula
anti-retorno (8), un depósito (9), sondas de nivel
de llenado: indicador de depósito vacío (10), depósito lleno (11) y
sonda de seguridad (12), bomba elevadora de presión (13), una
válvula de paso (14).
La figura 3 representa el sistema eléctrico de
control. Sensor de tensión y corriente de los módulos (15), sonda de
radiación (16), la sonda de temperatura del módulo fotovoltaico
(17), las sondas instaladas en el depósito de agua (10,11,12),
autómata o PLC (18), variadores de frecuencia (2, 3, 4) y motores de
las bombas o auxiliares (5, 6, 7).
La figura 4 representa el sistema completo, con
los módulos fotovoltaicos (1), variadores de frecuencia (2, 3, 4),
bombas (8,13), depósito (9), sensores de nivel (10, 11, 12), válvula
de paso (14), sonda radiación (15), sensores de corriente y tensión
de los módulos (16), sonda de temperatura de los módulos (17), y PLC
(18).
A la vista de las anteriores figuras se puede
ver que será necesaria una bomba de extracción (8) que nos aporte el
caudal diario necesario para la aplicación elegida, que dependerá
del tipo de cultivo y de su extensión. Para ello se tendrán en
cuenta las horas solares pico con las que contamos en el lugar de
localización de la instalación, restándoles unas pérdidas que
dependerán del mes del año. Dichas pérdidas estiman que cantidad de
radiación no se puede aprovechar por el sistema, ya que será
necesaria una potencia mínima, y como consecuencia una frecuencia
mínima que permita a la bomba principal sacar el agua del pozo hasta
la superficie.
Sabiendo la cantidad de horas solares netas, una
vez restadas las pérdidas, escogeremos una bomba de extracción (8)
capaz de sacar el agua necesaria diaria en esas horas solares
netas.
Para la elección de la bomba adecuada tendremos
que escoger una que para el punto de trabajo caudal/altura a la
frecuencia nominal esté trabajando ligeramente a la derecha del
punto de máximo rendimiento.
Esto es así porque ese rendimiento nos lo da el
fabricante a la frecuencia nominal de la bomba, pero dado que vamos
a trabajar con frecuencias normalmente algo inferiores a la nominal,
el rendimiento varía y para maximizar el rendimiento medio entre las
frecuencias en las que vamos a trabajar tenemos que elegir la bomba
con el rendimiento situado como se ha explicado.
El depósito (9) se dimensionará de un tamaño que
pueda almacenar entre dos y diez minutos del caudal de la bomba
elevadora de presión (13).
La bomba elevadora de presión (13) estará
dimensionada para que tenga un caudal mayor que el máximo que nos
puede dar la bomba de extracción (8) y también se tendrá en cuenta
el caudal necesario para el sistema de riego, debiendo de
proporcionar dicho caudal.
Debido a la diferencia de caudales de ambas
bombas, este sistema funciona por intervalos de tiempo, una vez se
llena el depósito (9), el sensor de nivel (11) le informará al
autómata o PLC (18) y este hará que empiece a funcionar la bomba
elevadora de presión (13). La duración de este intervalo depende de
la diferencia de caudales de las dos bombas para la radiación de
cada momento, pero como mínimo durará el tiempo que tarda en vaciar
el depósito (9) la bomba elevadora de presión (13) sin que la otra
bomba (8) aporte caudal ninguno.
Una vez vacío el depósito, el sensor (10)
informará al autómata o PLC (18) que hará que pare la bomba
elevadora de presión.
El sensor de seguridad (12) hará que si falla el
sensor que indica que el depósito está lleno (11) se pare la bomba
de extracción (8).
La suma de potencia que consume cada una de las
bombas en el punto de trabajo, teniendo en cuenta el rendimiento de
los variadores de frecuencia y el rendimiento de los paneles (1),
que será menor si estos trabajan a temperaturas mayores a 252 será
la potencia necesaria de paneles solares (1).
Para grandes potencias (>15 KW) es
recomendable, tanto por coste de materiales como para evitar
pérdidas en el cableado trabajar con bombas de 400 Vac entre fases.
Para potencias menores se puede trabajar indistintamente con bombas
de 230 Vac o 400 Vac.
Para potencias de menos de 3 KW existen
variadores con entrada monofásica 230 V, salida trifásica 230 V que
disponen de mayores condensadores en su bus de CC, estos se
utilizarán preferiblemente para estas potencias ya que mantendrán
mejor la tensión de los paneles fotovoltaicos.
Internamente, un variador transforma la
alimentación alterna de entrada, ya sea monofásica o trifásica en
continua.
Esta tensión de continua una vez filtrada tendrá
un valor igual a la tensión de pico de la corriente alterna, es
decir que para entradas de 230 Vac la tensión en el bus de continua
es de 325 Vcc y para entradas de 400 Vac la tensión del bus de
continua es de 566 V.
La tensión de los paneles (1) en su punto de
máxima potencia, para la temperatura media de trabajo de los paneles
(1) (aproximadamente 50º, ya que esta es mayor que la Tª ambiente)
deberá de ser aproximadamente 325 Vcc para bombas y variadores de
230 Vac y de 566 Vcc para bombas y variadores de 400 Vac.
Estos valores pueden variar aproximadamente un
+/- 15% sin que el funcionamiento del variador o la bomba se vea
afectado.
La tensión en circuito abierto de paneles será
siempre inferior a la tensión máxima que puede soportar el variador,
unos 400 Vcc para variadores de 230 Vac y 800 Vcc para variadores de
400 Vac
Con estos datos se calcularán el número óptimo
de paneles en serie para obtener las tensiones requeridas.
La mayoría de los variadores de frecuencia
disponen de un control PID, que será necesario para el correcto
funcionamiento del sistema.
Dicho control PID sólo se utilizará para el
variador de la bomba de extracción (2) y este será el encargado de
hacer funcionar todo el sistema a la tensión de máxima potencia de
los paneles (1), regulando la frecuencia de éste y por consiguiente
la velocidad de la bomba de extracción (8).
Se utilizará la tensión del bus de continua como
realimentación del PID y como consigna la tensión de máxima potencia
de los paneles, que puede ser:
A) Un valor fijo que minimice las pérdidas de
energía captada por los módulos solares durante los meses de
riego.
B) Un valor variable calculado en el autómata o
variador según los datos proporcionados por la sonda de temperatura
del panel (17).
C) El valor real de Vmpp (Tensión de punto de
máxima potencia) que calcula el autómata o variador mediante un
algoritmo MPP con los datos proporcionados por los sensores de
tensión y corriente (16) de los módulos fotovoltaicos (15).
La utilización de un sistema u otro depende de
las pérdidas de energía causadas por no estar trabajando los módulos
fotovoltaicos en el punto de máxima potencia, que se puedan asumir,
siendo aproximadamente para el modelo A) el 2% B) el 1% C) el
0%.
El autómata o PLC (18) se encargará de arrancar
una o las dos bombas según la radiación y por lo tanto potencia
disponible.
En el caso de que el autómata o PLC (18) ordene
arrancar todos los variadores la tensión será regulada por el
variador de la bomba de extracción (2).
Solo en el caso de que no esté arrancada la
bomba de extracción (2), el resto de los variadores tendrán una
tensión superior a la de máxima potencia de los paneles (1), por lo
que harán trabajar los módulos fotovoltaicos (1) a una tensión
distinta a la que maximiza su potencia de salida.
El efecto que tendría arrancar cualquier motor
estando en funcionamiento la bomba de extracción (8) sería el mismo
que una disminución de la potencia obtenida por los módulos
fotovoltaicos, y para minimizar el impacto del arranque de dichos
motores, sobre el control PID del variador de la bomba principal (2)
el arranque y paro de la bomba elevadora de presión (13) y demás
motores auxiliares deberá realizarse con una rampa de aceleración
que permita minimizar dicho impacto.
La válvula (14) servirá para que no pase agua a
través de la bomba secundaria (13), dicha válvula está comandada por
el autómata o PLC (18), pudiéndose sustituir por otra después de la
bomba que abra a una determinada presión, sin necesidad de cableado
desde el autómata.
Claims (3)
1. Bombeo solar directo para métodos de riego
con presión y caudal constantes caracterizado por disponer de
módulos fotovoltaicos para la captación de la radiación solar
compuesto además por una bomba extractara, contando también con un
depósito auxiliar de almacenamiento cuya capacidad será de unos
minutos de caudal de la bomba o bombas elevadoras de presión que
dispone de sensores de nivel. Este sistema dispondrá también de una
bomba o bombas elevadoras de presión que cuenten con un caudal mayor
al máximo de la bomba de extracción y de una válvula de paso o de
apertura por presión que impida el paso de agua a través de la bomba
elevadora de presión.
El sistema dispondrá de variadores de frecuencia
para cada uno de los motores de las bombas, contando preferiblemente
con control PID integrado. Todo ello conectado a un autómata, PLC o
sistema lógico equivalente que permita la programación adecuada
requerida por el sistema, pudiendo estar éste incorporado dentro de
los propios variadores de frecuencia. Dicho bombeo solar tendrá
sondas de radiación y temperatura.
2. Bombeo solar según reivindicaciones
anteriores contando con cualquier otro motor que opcionalmente
quiera añadirse al sistema para el movimiento del sistema de riego
con su correspondiente variador de frecuencia.
3. Bombeo solar según reivindicaciones
anteriores contando con sondas de tensión y corriente de los módulos
fotovoltaicos para la implementación de un algoritmo MPP.
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|---|---|---|---|
| ES201100023U ES1074806Y (es) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Bombeo solar directo para metodos de riego con presion y caudal constantes |
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES1074806Y ES1074806Y (es) | 2012-04-09 |
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|---|---|
| ES (1) | ES1074806Y (es) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2607253A1 (es) * | 2017-01-19 | 2017-03-29 | Universidad Politécnica de Madrid | Procedimiento y dispositivo de control para sistemas de bombeo fotovoltaico |
| ES2608527A1 (es) * | 2017-01-19 | 2017-04-11 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema de bombeo fotovoltaico hibridado hidráulicamente con la red eléctrica o con grupos diésel para aplicaciones de riego |
| ES2619555A1 (es) * | 2017-02-06 | 2017-06-26 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema de riego por bombeo fotovoltaico hibridado eléctricamente |
-
2011
- 2011-01-12 ES ES201100023U patent/ES1074806Y/es not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2607253A1 (es) * | 2017-01-19 | 2017-03-29 | Universidad Politécnica de Madrid | Procedimiento y dispositivo de control para sistemas de bombeo fotovoltaico |
| ES2608527A1 (es) * | 2017-01-19 | 2017-04-11 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema de bombeo fotovoltaico hibridado hidráulicamente con la red eléctrica o con grupos diésel para aplicaciones de riego |
| WO2018134454A1 (es) * | 2017-01-19 | 2018-07-26 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema de bombeo fotovoltaico hibridado hidráulicamente con la red eléctrica o con grupos diésel para aplicaciones de riego |
| WO2018134453A1 (es) | 2017-01-19 | 2018-07-26 | Universidad Politécnica de Madrid | Procedimiento y dispositivo de control para sistemas de bombeo fotovoltaico |
| ES2619555A1 (es) * | 2017-02-06 | 2017-06-26 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema de riego por bombeo fotovoltaico hibridado eléctricamente |
| WO2018141998A1 (es) * | 2017-02-06 | 2018-08-09 | Universidad Politécnica de Madrid | Sistema de riego por bombeo fotovoltaico hibridado eléctricamente |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES1074806Y (es) | 2012-04-09 |
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