Controlador de bomba de agua fotovoltaica

Controlador

La curva característica de salida del sistema fotovoltaico tiene una fuerte relación lineal con la irradiancia solar, la temperatura ambiente, el cielo nublado, el sol, la lluvia, la niebla y otras condiciones meteorológicas. Su salida cambia con la luz del sol, que es la energía de CC. La bomba de agua fotovoltaica, que es la carga del sistema fotovoltaico, tiene un motor de accionamiento que a veces es un motor de CC, a veces un motor de CA o incluso otros motores nuevos, que también tienen propiedades no lineales. En este caso, para que el sistema de bombeo fotovoltaico funcione en condiciones de trabajo relativamente ideales y con cualquier luz solar, se debe aprovechar al máximo el potencial de potencia de salida del conjunto fotovoltaico. Para ello, se necesita un adaptador que permita conseguir un "estado de trabajo armonioso, integral, eficiente y estable" entre las barras de potencia y la carga. El contenido del adaptador es principalmente el "seguidor de puntos de máxima potencia", el inversor y algunas instalaciones de protección.

Rastreador del punto de máxima potencia (MPPT)

De la curva característica de voltios-amperios del sistema fotovoltaico se desprende que la posición del punto de máxima potencia emitido por el sistema fotovoltaico bajo diferentes irradiancias solares no es fija, y cuando la temperatura ambiente cambia, la posición del "punto" de máxima potencia correspondiente a la misma irradiancia también cambiará. Para lograr el seguimiento del "punto" de máxima potencia para obtener la mayor cantidad de energía bajo la luz solar actual, el MPPT generalmente se realiza en dos formas, que se presentan a continuación. Seguidor del punto de máxima potencia de tensión constante (CVT MPPT).

Observe atentamente los puntos negros en la figura que representan la potencia máxima de salida, que son las posiciones de los puntos de máxima potencia. Todos ellos están ubicados cerca de la línea recta Umax=const, especialmente cuando la radiación solar es fuerte, están más cerca de Umax=const. Al mismo tiempo, considerando que la célula solar tiene las siguientes características de temperatura: cuando la temperatura aumenta, bajo las mismas condiciones de radiación solar, su voltaje de circuito abierto UOC disminuirá y la corriente de cortocircuito Isc aumentará ligeramente. Considerando que la temperatura ambiente es generalmente más alta cuando la radiación solar es alta, y la temperatura ambiente es generalmente más baja cuando la radiación solar es baja, combinado con las características de temperatura de la célula solar, son simplemente propicias para hacer que la trayectoria del punto de máxima potencia en un día sea más cercana a una línea vertical Umax=const. Es decir, en ingeniería, a las personas se les permite tratar aproximadamente la trayectoria del punto de máxima potencia como una línea vertical Umax=const, que constituye la base teórica del MPPT tipo TcvT.

MPPT real

Las principales desventajas del MPPT de tipo C"T son que la tensión de circuito abierto Uoc y la tensión del punto de máxima potencia U del conjunto fotovoltaico se ven muy afectadas por la temperatura. Una vez que se establece Um, habrá una gran desviación en invierno y verano, lo que provocará una pérdida considerable de energía. Por lo tanto, con el rendimiento/precio de los chips de microcomputadoras y su rendimiento en tiempo real mejorando continuamente, muchos sistemas han comenzado a adoptar la tecnología "MPPT real".

En la tecnología "MPPT real", las personas adoptan el concepto de autooptimización, miden la potencia de salida del conjunto fotovoltaico en tiempo real y encuentran automáticamente el punto de máxima potencia después de la comparación. Buscando continuamente, ajustando continuamente, buscando continuamente de nuevo..., este ciclo se repite una y otra vez, y el sistema está siempre en un estado de microajuste. Este “MPPT real” puede adaptarse automáticamente a la gran diferencia de temperatura entre el invierno y el verano sin intervención humana, lo que resulta muy útil para mejorar la eficiencia del sistema durante todo el año.

Inversor de frecuencia variable

La salida del sistema fotovoltaico después de pasar por el rastreador del punto de máxima potencia es una tensión continua. Si el motor de accionamiento utilizado por la bomba de agua es un motor de corriente continua, por supuesto, se puede conectar directamente cuando los valores de tensión de los dos se adaptan. El motor hará girar la bomba de agua y bombeará agua. Por ejemplo, los primeros productos silenciosos de la empresa estadounidense Solarjack son así. Dado que los motores de CC son generalmente más caros y requieren un mantenimiento regular o el reemplazo de sus escobillas, en los últimos años, debido al avance de nuevas teorías de control de velocidad y dispositivos y tecnologías de electrónica de potencia, la tecnología de regulación de velocidad de CA ha logrado un gran progreso. Su eficiencia ha alcanzado gradualmente a los motores de CC, mientras que su facilidad de uso y durabilidad superan con creces las de los motores de CC. Por lo tanto, el método de accionamiento del motor de CC con escobillas se está eliminando gradualmente y se reemplaza principalmente por motores asíncronos trifásicos de alta eficiencia y motores de CC sin escobillas, y ocasionalmente se utilizan motores síncronos de imanes permanentes o motores de reluctancia. El accionamiento de estos últimos tipos de motores depende de dispositivos especiales de conversión de frecuencia o de circuitos de accionamiento electrónicos de potencia correspondientes. :Aquí tomamos el accionamiento de un motor asíncrono trifásico como ejemplo para ilustrar el principio básico de su accionamiento.

El variador de CA generalmente se divide en dos categorías: variador de onda cuadrada (incluido el variador de onda escalonada) y variador de onda sinusoidal. En términos generales, para sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos de menor potencia (por debajo de 300 W), se utiliza principalmente un variador de onda cuadrada. Para sistemas de mayor potencia, se suele utilizar un variador de onda sinusoidal para limitar las pérdidas armónicas. Independientemente del tipo de variador utilizado, su estructura de circuito básico se puede dividir en las siguientes cuatro partes, a saber:

(1) Parte de la fuente de alimentación conmutada: Su función es proporcionar energía al controlador. El controlador suele requerir una fuente de alimentación de control, como ±5 V o +12 V, pero en la mayoría de los casos el voltaje de salida del panel solar no se puede utilizar directamente para este fin. Por lo tanto, se necesita un convertidor CC/CC para convertir el voltaje CC del panel en el voltaje CC requerido. Esta es la fuente de alimentación conmutada.

(2) Circuito principal y su circuito de accionamiento

Los componentes principales del circuito inversor trifásico, como circuito principal, son dispositivos electrónicos de potencia, que constituyen un circuito inversor de puente completo. Los condensadores electrolíticos de gran capacidad están conectados directamente a través del lado de CC como elementos de almacenamiento de energía. Cuando el circuito inversor está apagado, el conjunto de células solares carga el condensador. Cuando el circuito inversor está encendido, el condensador y el conjunto de células solares alimentan juntos la carga.

El diseño y la fabricación del circuito de control deben realizarse con cuidado para proporcionar de manera confiable un buen rendimiento del circuito de control de compuerta cuando se utilizan MOSFET de potencia.

3) Circuito de control

En la actualidad, los circuitos de control de muchas bombas de agua fotovoltaicas han adoptado la tecnología avanzada de microcomputadoras de un solo chip. Después del proceso de desarrollo de la serie MsC-51 y la serie MCS96, recientemente se lanzó la serie 8XCI96 más satisfactoria, incluida la serie 80C196MC especialmente utilizada para la regulación de la velocidad del motor. Además de muchas características comunes de la serie 196, también es particularmente adecuada para el accionamiento del motor. A través de la programación en lenguaje ensamblador, las siguientes funciones se completan principalmente en este sistema.

Completar las funciones de protección requeridas por el sistema, como sobrecorriente, subtensión, baja velocidad y protección en seco, y mostrar el estado de falla;

·Detectar la corriente y el voltaje en el lado de CC del circuito principal, calcular la potencia de salida del conjunto de células solares y completar el seguimiento del punto de máxima potencia de la salida del conjunto durante el proceso de regulación de velocidad de frecuencia variable;

·Envía una señal SPWM de acuerdo con el seguimiento de flujo u otros principios de regulación de velocidad de frecuencia variable correspondientes.

(4) Circuito de protección

Para el funcionamiento seguro del sistema, es necesario instalar muchos enlaces de protección como sobrecorriente, sobretensión, sobrecarga, subcarga, subtensión, agotamiento de agua del pozo, arranque automático en diversas condiciones después del apagado... Deben configurarse en el circuito de acuerdo con los dispositivos de control seleccionados y los circuitos de control. Dado que las bombas de agua fotovoltaicas funcionan en la mayoría de los casos de forma totalmente automática, comenzando al amanecer y parando al atardecer, se deben adoptar medidas de protección muy fiables.