Utilización de bomba de agua solar

Las reservas de energía solar son grandes, están ampliamente distribuidas, son limpias y seguras. La tecnología de bombeo de agua fotovoltaico es una tecnología que puede aprovechar al máximo la energía solar y no consume combustible ni otra energía orgánica. No contamina, es beneficiosa para la protección del medio ambiente y la conservación de la energía, y las células solares tienen una larga vida útil y bajos costos de mantenimiento. Esta tecnología tiene amplias perspectivas de aplicación en el suministro de agua doméstica y el riego en zonas áridas. Las bombas de agua fotovoltaicas tienen muchas ventajas, como la ausencia de ruido, la automatización total, una alta confiabilidad, una buena adaptabilidad del suministro de agua y la evaporación. La producción de células solares en mi país es mucho mayor que el uso. Varias formas de bombas de agua son productos que consumen energía. La electricidad consumida por productos de bombeo en el mundo representa aproximadamente el 20% de la generación total de energía. Para ahorrar energía, promover vigorosamente los sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos es una necesidad y una forma importante de desarrollo.

1. Principio de las bombas de agua fotovoltaicas

El sistema de bombeo de agua fotovoltaico es un sistema relativamente típico de "integración de energía luminosa, máquina y electricidad". 

Implica la recolección y conversión de energía solar y múltiples disciplinas como la electrónica de potencia, los motores, las máquinas de 

agua y el control por computadora, y es de gran importancia para la conservación de energía. El principio básico de funcionamiento del

 sistema de bomba de agua fotovoltaica es utilizar la energía eléctrica convertida a partir de la energía solar y luego impulsar la bomba de 

agua fotovoltaica para que funcione controlando el motor de accionamiento.

Desde el punto de vista del circuito, la estructura básica del sistema de bomba de agua fotovoltaica se puede dividir en cuatro partes: matriz 

fotovoltaica, rastreador del punto de máxima potencia, inversor electrónico de potencia y bomba de agua del motor. Entre ellas, la matriz 

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

directamente la energía solar en energía eléctrica de CC. El sistema utiliza células fotovoltaicas de silicio monocristalino, y sus características 

de voltio-amperio deben ajustarse y controlarse para optimizarse: el rastreador del punto de máxima potencia es el núcleo de todo el 

sistema. Su función es hacer que todo el sistema funcione siempre en el punto de trabajo óptimo y convertir la mayor cantidad posible de

 energía solar en energía eléctrica en diferentes condiciones solares, de modo que la fuente de alimentación y la carga puedan alcanzar un

 estado de trabajo armonioso, eficiente y estable; el inversor electrónico de potencia es la unidad de ejecución de potencia del rastreador 

del punto de máxima potencia. De acuerdo con la señal de control del rastreador del punto de máxima potencia, envía formas de onda de

 voltaje PWM de diferentes frecuencias para impulsar el funcionamiento de la bomba de agua del motor y, al mismo tiempo, tiene las 

funciones de protección correspondientes; la bomba de agua del motor es la unidad de ejecución final del sistema, completando una 

descarga de agua estable y confiable. La bomba de agua del motor en este sistema está diseñada de acuerdo con los requisitos del usuario 

para la altura y la salida de agua, teniendo en cuenta los requisitos de voltaje y nivel de potencia del conjunto fotovoltaico.

2. Operación y control de bombas de agua fotovoltaicas

En la actualidad, los sistemas de control de bombas de agua fotovoltaicas solares utilizan principalmente tecnología de seguimiento del 

punto de máxima potencia para optimizar la correspondencia entre las células solares y las cargas. El circuito principal adopta una estructura 

de conmutación suave BUCK, y el microordenador de un solo chip realiza el ciclo de trabajo del convertidor de modulación PWM, cambia la

 corriente de carga y optimiza la salida de potencia máxima del conjunto de células solares. Al tiempo que hace un uso completo de la 

energía de salida del conjunto de células solares, este tipo de controlador convierte la corriente de carga en una corriente de pulso, reduce

 la polarización de la batería y la estructura de conmutación suave del circuito principal permite que el tubo de conmutación logre el 

apagado ZVS y la apertura ZCS, mejorando así la eficiencia de carga.

Las características básicas de las células solares son similares a las de los diodos, lo que se puede explicar por las uniones PN simples. La 

unidad de batería es la unidad más pequeña de conversión fotoeléctrica y generalmente no se utiliza como fuente de energía sola. Después

 de que las unidades de células solares se conectan en serie, en paralelo y se empaquetan, se convierten en módulos de células solares con u

na potencia de varios vatios, decenas de vatios y cientos de vatios. Después de que muchos módulos de células solares se conectan en serie 

y en paralelo, forman una pantalla de células solares para formar un "motor solar".

Las células solares que se utilizan actualmente son todas células solares de silicio, incluidas las células solares de silicio monocristalino, 

silicio policristalino y silicio amorfo. Se pueden conectar en serie y en paralelo y se pueden utilizar como baterías solares. Dado que la curva

 característica de salida de voltios-amperios del conjunto fotovoltaico es fuertemente no lineal y está estrechamente relacionada con la 

irradiancia solar, la temperatura ambiente y las condiciones meteorológicas. Por lo tanto, para que el sistema de bomba de agua fotovoltaica

 funcione en una condición de trabajo relativamente ideal, se requiere un enlace de control relativamente ideal. La parte más importante de 

todo el enlace de control es el control del motor. El funcionamiento del control del motor requiere no solo una buena estabilidad, sino 

también buenas características dinámicas, por lo que el seguimiento de fase del bucle de enganche de fase debe tener un buen rendimiento

 dinámico, es decir, debe ser capaz de lograr un seguimiento de fase rápido, de lo contrario afectará el rendimiento de aceleración y

 desaceleración del sistema, o en condiciones de carga repentina, el error de conmutación electrónica es demasiado grande, lo que hace que

 el motor pierda el paso.

Para el sistema de bomba de agua fotovoltaica, dado que la carga del motor es una bomba de agua, su par de carga es proporcional al 

cuadrado de la velocidad. Cuanto menor sea la velocidad, menor será el par de resistencia de carga. Por lo tanto, el par de arranque 

requerido para el motor de la bomba de hielo es muy pequeño, siempre que se supere el par de fricción. Por lo tanto, las características del 

método de conmutación sin sensor de posición son muy adecuadas para los requisitos del sistema de bomba de agua fotovoltaica para el 

control del accionamiento del motor. En cuanto al límite de velocidad máxima de la bomba, el límite de corriente de sobrecarga del motor, 

la configuración de la corriente sin carga de la bomba, la configuración del límite de baja velocidad de apagado de la bomba, la

 configuración del tiempo de retardo de reinicio de apagado, la configuración del límite de número de apagado por falla y otros controles

 relacionados, se debe realizar un control inteligente y también se debe cambiar la potencia cuando cambia el flujo, para que la batería solar,

 el motor y la bomba de agua puedan lograr la mejor combinación.

3. La perspectiva de las bombas de agua fotovoltaicas

En resumen, el sistema de bombeo de agua fotovoltaico es un sistema de integración optomecánica que se ha desarrollado rápidamente en 

los últimos años. Utiliza la energía generada por células solares para impulsar motores de CC, de imán permanente, sin escobillas, sin sensor 

de posición, con doble estator-rotor sellado en plástico o motores asíncronos de alta eficiencia o motores de reluctancia conmutada de alta 

velocidad para impulsar bombas de agua de alta eficiencia a través de dispositivos de seguimiento, conversión y control del punto de

 máxima potencia y otros dispositivos para llevar agua desde las profundidades de la superficie hasta el suelo para el riego de las tierras 

agrícolas o para beber para las personas y el ganado. Desde el diseño hasta la fabricación, las tecnologías modernas que involucran 

múltiples disciplinas como la electricidad, la mecánica, la electrónica de potencia, las computadoras y el control proporcionan medios

 extremadamente buenos para el desarrollo de la agricultura moderna, la conservación de la energía y la protección del medio ambiente. 

Este sistema tiene un buen desempeño económico a largo plazo, especialmente en comparación con el bombeo con motor diésel común, 

tiene una ventaja económica abrumadora. El desarrollo de este nuevo tipo de producto ecológico y ahorrador de energía traerá sin duda

 grandes beneficios económicos y sociales al desarrollo de la industria y la economía, especialmente al desarrollo de la agricultura moderna 

en zonas áridas. Está particularmente en línea con la estrategia de desarrollo de construir una sociedad "ahorradora de recursos" y 

"ecológica". Las bombas de agua fotovoltaicas utilizan energía solar y pueden usarse de manera flexible para el riego de tierras agrícolas, 

proporcionando agua potable limpia para humanos y ganado, desarrollando la economía de patio, embelleciendo parques, construyendo 

fuentes coloridas, oxigenando estanques de peces y camarones, y suministrando y drenando agua para campos de sal junto al mar sin

 ninguna energía externa.