Paneles fotovoltaicos en sistemas fotovoltaicos Motores Bombas de agua

Panel fotovoltaico

El sistema fotovoltaico está compuesto por numerosas células solares conectadas en serie y en paralelo, y su función es convertir directamente la energía solar en energía eléctrica continua. Actualmente, la mayoría de las células solares utilizadas en los sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos son células solares de silicio, incluidas las de silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo. La curva característica voltios-amperios de una célula solar se muestra en la figura. Es fuertemente no lineal.

La curva característica de voltio-amperio de un sistema fotovoltaico tiene la misma forma que la de una sola célula solar. Si se ignoran las diferencias en el proceso de producción de las células solares individuales y la resistencia de conexión entre los componentes, tiene una consistencia ideal. La curva característica de voltio-amperio de un sistema fotovoltaico puede considerarse simplemente como la escala de la curva característica de voltio-amperio de una sola célula solar ampliada en serie y en paralelo.

Motor y bomba

Todas las medidas del sistema de bombeo de agua fotovoltaico son para garantizar una salida de agua estable y confiable, o en otras palabras, todas dependen del trabajo del motor y la bomba de agua, que a menudo constituyen un conjunto que requiere máxima confiabilidad y alta eficiencia. En el caso de las bombas de agua fotovoltaicas, la combinación de motores y bombas de agua no es tan "casual" como la combinación habitual de motores y bombas de agua. Dado que el nivel de potencia y el nivel de voltaje del motor están en gran medida restringidos por el nivel de voltaje y el nivel de potencia del conjunto solar, cuando los requisitos de altura y caudal de la bomba de agua se reflejan en el motor, a menudo es necesario diseñarlo específicamente teniendo en cuenta la estructura del conjunto. Debido a los diferentes requisitos de los distintos usuarios, los motores de accionamiento para bombas de agua fotovoltaicas incluyen: motores de CC tradicionales de diferentes niveles de voltaje, motores de imán permanente sin escobillas de CC, motores asíncronos trifásicos, motores síncronos de imán permanente, motores de reluctancia, etc. A juzgar por el uso actual, los motores asíncronos trifásicos y los motores de CC sin escobillas son los más comunes, y los sistemas de alta potencia todavía utilizan principalmente motores asíncronos trifásicos de alta eficiencia. A la hora de diseñar el motor se deben tener plenamente en cuenta las condiciones específicas de funcionamiento de la bomba de agua fotovoltaica, principalmente: funcionamiento a frecuencia variable, grandes cambios en el índice de carga entre la mañana y la tarde, etc. En este caso, debemos esforzarnos por lograr que la eficiencia media total del motor sea la más alta durante todo el día y el año. No es como un motor común que se puede considerar que siempre funciona con una fuente de alimentación de voltaje constante.

La selección y el diseño de bombas de agua en sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos también son muy únicos. De acuerdo con los diferentes requisitos de los usuarios en cuanto a caudal y altura, el tipo de bomba se puede seleccionar de acuerdo con los siguientes principios basados en la economía y la confiabilidad:

Los usuarios que requieren un caudal pequeño y una altura elevada deben elegir una bomba de agua de desplazamiento positivo; los usuarios que requieren un caudal mayor y una altura mayor deben elegir una bomba eléctrica sumergible; los usuarios que requieren un caudal mayor pero una altura menor generalmente deben utilizar una bomba de agua autocebante.

2. Eficiencia y características del sistema de bombeo de agua fotovoltaico

La eficiencia del sistema ηsys puede ser la eficiencia instantánea del sistema, o la eficiencia promedio del sistema por hora, la eficiencia del coeficiente promedio diario, la eficiencia promedio mensual del sistema, la eficiencia promedio trimestral del sistema, la eficiencia promedio anual del sistema, etc. Al calcular estas eficiencias, debe tenerse en cuenta que en las fórmulas de definición anteriores, los límites de integración seleccionados para el numerador y el denominador son las mismas horas, días, meses, trimestres o años. Lo que a menudo se confunde es que la eficiencia media diaria se considera como la media aritmética de la eficiencia media horaria, o la eficiencia media mensual se considera como el promedio de las eficiencias medias diarias de cada día de un mes.

La eficiencia del sistema de bombeo de agua fotovoltaico comercial generalmente varía entre el 1% y el 6%. La calidad de los productos varía considerablemente. Además, dado que la eficiencia de las células solares está incluida en la eficiencia del sistema, es difícil juzgar la eficiencia de los componentes principales, como los inversores y los conjuntos de bomba y motor, basándose únicamente en la eficiencia del sistema. Por lo tanto, la eficiencia de las células solares generalmente se excluye en el mercado y se da una "eficiencia del sistema de bomba y motor". La palabra "sistema" aquí significa que se ha tenido en cuenta la eficiencia del MPPT y el inversor de frecuencia variable. A juzgar por la situación actual de los productos en el mercado mundial, la eficiencia de los sistemas de bombeo varía enormemente, siendo la más alta alrededor del 60% y la más baja solo alrededor del 10%. Por supuesto, los distintos niveles de potencia, tipos de bombas y tipos de motores tendrán distintos rangos de eficiencia. Bajo la premisa de garantizar su fiabilidad, se debe considerar cuidadosamente su relación rendimiento/precio dentro de un período de tiempo determinado.

El volumen diario de agua del sistema de bombeo de agua fotovoltaico se ve muy afectado por el clima (principalmente la luz solar) y es difícil dar un resultado específico. El estado de funcionamiento del sistema correspondiente solo se puede dar en función de la distribución específica de la luz solar en un día específico.

Por ejemplo, en el caso de un determinado sistema de bombeo de agua fotovoltaico, la irradiancia solar a partir de la cual comienza a bombear agua (que corresponde a un determinado valor de elevación) es de unos 420 W/m2 (aproximadamente a las 7:50 de la mañana). La gente denomina a estos "420 W/m2" el "umbral de bombeo de agua" del sistema cuando la elevación es igual a este valor determinado. El umbral de bombeo de agua es un indicador importante para medir el estado de funcionamiento de un sistema de bombeo de agua fotovoltaico. No solo depende de la calidad del sistema de bombeo de agua fotovoltaico, sino también de la capacidad del panel solar utilizado. Para el mismo sistema con la misma capacidad y elevación del panel, cuanto menor sea el umbral, mejor, lo que significa que la bomba de agua puede bombear agua antes y en mayor cantidad.

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