La estructura básica del sistema de bombeo de agua solar fotovoltaico

Composición básica del sistema de bombeo de agua solar fotovoltaico

El sistema de bombeo de agua fotovoltaico se compone aproximadamente de cuatro partes: matriz fotovoltaica, controlador, motor y 

bomba de agua.

1.1 Matriz fotovoltaica

La matriz fotovoltaica está compuesta por una gran cantidad de células solares conectadas en serie y en paralelo, y su función es convertir

 directamente la energía solar en energía eléctrica de CC. En la actualidad, la mayoría de las células solares utilizadas en los sistemas de

 bombeo de agua fotovoltaico son células solares de silicio, incluidas las células solares de silicio monocristalino, silicio policristalino y 

silicio amorfo. La curva característica de voltio-amperio de la célula solar se muestra en la figura: Tiene una fuerte no linealidad.

La curva característica de voltio-amperio de la matriz fotovoltaica tiene la misma forma que la de una sola célula solar. Si se ignoran las

 diferencias en el proceso de producción de la única célula solar y la resistencia de conexión entre los componentes, tiene una consistencia

 ideal. La curva característica de voltio-amperio del conjunto fotovoltaico puede considerarse como la escala de las coordenadas de la curva 

característica de voltio-amperio de la célula solar individual ampliada en serie y en paralelo.

1.2 Controlador

La curva característica de salida del conjunto fotovoltaico tiene una fuerte relación lineal y está estrechamente relacionada con la irradiancia 

solar, la temperatura ambiente, el cielo nublado, soleado, lluvioso, brumoso y otras condiciones meteorológicas. Su salida cambia con la 

luz del sol. La energía de CC y la bomba de agua fotovoltaica como carga del conjunto fotovoltaico, su motor de accionamiento es a veces 

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 bomba fotovoltaica funcione en una condición de trabajo relativamente ideal y para maximizar el potencial de potencia 

de salida del conjunto fotovoltaico bajo cualquier luz solar, se requiere un adaptador para lograr un estado de trabajo armonioso, eficiente

 y estable entre la carga y el conjunto fotovoltaico. El contenido del adaptador es principalmente el rastreador del punto de máxima potencia, el inversor y algunas instalaciones de protección.

1.2.1 Seguidor del punto de máxima potencia (MPPT)

Se puede ver en la curva característica de voltamperios del conjunto fotovoltaico que la posición del punto de máxima potencia del conjunto

 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 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 voltaje constante (MPPT tipo CVT).

Observe atentamente los puntos negros en la figura que representan la salida de potencia máxima, la posición del punto de máxima 

potencia. Todos están ubicados cerca de la línea recta de Umax=const, especialmente cuando la luz solar es fuerte, están más cerca de 

Umax=const. Al mismo tiempo, considerando que la temperatura del conjunto fotovoltaico es excelente, su voltaje de circuito abierto 

UOC disminuirá bajo las mismas condiciones de luz solar y la corriente de cortocircuito Isc aumentará ligeramente. Teniendo en cuenta las 

características de que la temperatura ambiente es generalmente más alta cuando la insolación es alta, y la temperatura ambiente es 

generalmente más baja cuando la insolación es baja, combinadas con las características de temperatura de la célula solar, son propicias 

para hacer que la trayectoria del punto de máxima potencia en un día se acerque más a una línea vertical Umax=const. Es decir, en ingeniería,

 se permite a las personas aproximar la trayectoria del punto de máxima potencia como una línea vertical Umax=const, que constituye la 

base teórica de TcvT MPPT.

• MPPT real

El MPPT tipo T tiene sus defectos, principalmente porque 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 hará que se pierda inadvertidamente una cantidad considerable de energía. Por lo tanto, con la mejora continua del 

rendimiento/precio de los chips de microcomputadoras y su rendimiento en tiempo real, 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 constantemente, 

ajustando constantemente y buscando constantemente de nuevo..., y así sucesivamente, el sistema siempre está en microajuste. Este 

"MPPT real" puede adaptarse automáticamente a la gran diferencia de temperatura entre el invierno y el verano sin intervención manual, 

lo que es muy útil para mejorar la eficiencia del sistema durante todo el año.

1.2.2 Inversor de frecuencia variable

La salida del conjunto 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 CC, por supuesto, se puede conectar directamente cuando los valores de 

tensión de los dos se adaptan. El motor impulsará la bomba de agua para girar y bombear agua, como los productos silenciosos de 

Solarjack Company en los Estados Unidos en los primeros años. Dado que el costo de los motores de CC es generalmente alto, también 

es necesario realizar un mantenimiento o reemplazo regular de sus escobillas. En los últimos años, debido al progreso de la nueva teoría 

de control de velocidad y los dispositivos y tecnologías de electrónica de potencia, la tecnología de control de velocidad de CA ha logrado

un gran progreso. Su eficiencia ha alcanzado gradualmente a los motores de CC, mientras que su conveniencia y firmeza superan con creces

 a los motores de CC. Por lo tanto, el modo de accionamiento de los motores 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. Los últimos tipos de motores deben ser accionados por dispositivos 

de conversión de frecuencia dedicados o circuitos de accionamiento electrónico de potencia correspondientes. ：Aquí, se explica el principio

 básico del accionamiento de motor asíncrono trifásico como ejemplo.

El accionamiento de CA generalmente se divide en dos categorías: accionamiento de onda cuadrada (incluido el accionamiento de onda 

escalonada) y accionamiento de onda sinusoidal. En términos generales, los sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos con menor potencia 

(por debajo de 300 W) utilizan principalmente accionamiento de onda cuadrada, mientras que el accionamiento de onda sinusoidal se 

utiliza a menudo para limitar la pérdida armónica cuando la potencia es mayor. Independientemente del tipo de accionamiento 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 a menudo requiere una 

fuente de alimentación de control como ±5 V o +12 V, y el voltaje de salida del conjunto de células solares no se puede utilizar directamente 

para este propósito en la mayoría de los casos. Por lo tanto, se requiere un dispositivo de conversión CC/CC para convertir el voltaje

 CC del conjunto en el voltaje CC requerido, que 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. El condensador electrolítico de gran capacidad está conectado directamente a través del lado de

 CC como elemento 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 suministran juntos energía a la 

carga.

El diseño y la producción del circuito de accionamiento deben realizarse con cuidado. Cuando se utilizan MOSFET de potencia, el circuito 

de accionamiento de la compuerta debe tener un buen rendimiento.