bombeo solar fv · se puede recibir energía del generador solar fv, de la entrada auxiliar ac o...

Enrique DaroquiDirector Técnico de Atersa

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COGITI Mayo 2017

Bombeo Solar FV


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1. Descripción y Tipos

2. Funcionamiento Directo e Híbrido

3. Funciones de Bombeo Solar

4. Control Bombeo Solar EasySun Pump

5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

2


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El generador solar alimenta el Control de Bombeo que suministra energía a la bomba.

El cuadro ESP permite todas las combinaciones posibles de FV con Red o Grupo electrógeno..

Descripción General

Componentes

3


[email protected]ón por potencias

4

Alta Potencia

hasta 1 MW

Media Potencia

hasta 50 kW

Baja Potencia

hasta 1 kW

• Grandes sistemas de regadío CCRR, Piscifactorías.

• Trasvases y elevación de aguas en infraestructuras.

• Riego, Agua potable y Ganadería

• Soluciones AC 230 y 400V trifásicos

• Bombas y Variadores industriales estándar.

• Aplicaciones domésticas, Pequeños cultivos y Aplicaciones aisladas

• Soluciones DC a 12/24V o tensiones de trabajo especiales


[email protected] según suministro de Agua

5

Directo a Balsa Directo a sistema de riego

Presión y Caudal variables Presión controlada


[email protected] según el suministro de Energía

6

Sistema Autónomo

Generador Solar

Sistemas Híbridos

HidráulicoEléctrico

Autónomo: Independiente no necesita otras fuentes de energía.

Híbrido Eléctrico: Dispone del generador solar y de la Red o Grupo electrógeno.

Híbrido Hidráulico: Bomba congenerador FV y otras bombas conRed o Grupo. Se unen en la partehidráulica con salida única.


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5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

7


[email protected] Directo

8

A. Amanece y el sistema se activa con el motor parado hasta alcanzar la potencia mínima de arranque.

B. Arranca con la potencia mínima que va aumentando hasta alcanzar la potencia máxima.

C. A potencia máxima, permanece estable durante las horas centrales del día.

D.Al anochecer, se va reduciendo la potencia hasta alcanzar la mínima y detenerse, hasta el día siguiente.

A B A D


[email protected] Directo

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A. Cuando una nube reduce la potencia del generador solar por debajo de la potencia de la bomba, se reduce lafrecuencia y baja la potencia de funcionamiento de la bomba.

B. Su la nube es muy opaca y la potencia disponible es inferior a la mínima de arranque, la bomba se detiene.

A B


[email protected] Híbrido

10

A. Es de noche y arranca el grupo, la bomba funciona a 50Hz potencia nominal. Toda la energía procede del grupo.

B. Amanece y la potencia del generador solar reduce la potencia aportada por el grupo.

C. Toda la potencia la aporta el generador solar, el grupo puede parar.

D.El generador FV no dispone de la potencia necesaria para mantener la bomba a 50Hz. Arranca el grupo.

E. El generador FV ya no aporta energía, el grupo carga con el 100% de la potencia necesaria.

A B C D E



11

A. Es de noche y arranca el grupo, la bomba funciona a 50Hz potencia nominal. Toda la energía procede del grupo.

B. Amanece y la potencia del generador solar reduce la potencia aportada por el grupo.

C. Toda la potencia la aporta el generador solar, el grupo puede parar.

D. La radiación solar desciende y es necesario arrancar el grupo para completar la potencia para mantener 50Hz.

E. El generador FV no dispone de la potencia necesaria para mantener la bomba a 50Hz y arranca el grupo que iráaumentando su aportación a medida que la radiación solar descienda.

A B C D E


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5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

12


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En la gráfica se puede observar el paso de grandes nubes, en estas condiciones elcontrol debe conseguir mantener el funcionamiento sin paradas.

• El sistema copia fielmente la potencia disponible al motor de la bomba sinoscilaciones.

• La ausencia de paradas no previstas es un aspecto vital en el sistema,imprescindible en sistemas de alta potencia.

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Estabilidad

0,00

2,00

4,00

6,00

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12,00

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16,00

0

100

200

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400

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900

1000

kW

W/m

2

Seguimiento con Paso de Nubes

G (W/m2) Pac (kW)

Seguimiento con “Paso de Nubes”

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

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18,00

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kWW/m2

Día Solar 6-9-2013

Radiación Solar y Potencia en Bomba

G (W/m2) Pac (kW)


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Algoritmo de Control de Presión

Módulo de Control Dinámico de Presión

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Cuando las bombas de riego trabajan hacia una red de riego localizado que requiere mantener la presión en un rango.

El control de presión se realiza en modo directo solar o híbrido indistintamente.

Si se alcanza el valor establecido como límite de presión máxima, el control reduce la frecuencia hasta volver a estar dentro del rango.



Se puede recibir energía del generador solar FV, de la entrada auxiliar AC o desde ambos simultáneamente. El control ESP detecta la situación y modifica el modo de funcionamiento interno de forma automática.

1. Generador Solar: Funciona proporcional a la radiación solar.

2. Grupo/Red: La bomba funciona a 50Hz constante.

3. Grupo/Red + Solar: La bomba a 50Hz constantes consumiendo lo que produce el generador solar y tomando de la Red/Grupo la que falte para llegar a la potencia nominal de la bomba (50Hz).

Entrada Generador Auxiliar AC

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Detección funcionamiento en vacío

La función “Pozo Seco” detecta que la bomba está trabajando en vacíodebido a la falta de agua, en este caso, el sistema se detiene duranteun tiempo para evitar producir averías.

En el caso de que no se disponga de sondas de nivel, esta funciónaporta protección frente a una situación capaz de dejar fuera deservicio el sistema.

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Función “Pozo Seco”


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El control dispone de dos opciones.

1. Cuando se detecta tensión en el generador FV al amanecer, tras unatemporización intenta el arranque. Si no hay potencia suficiente FV repetiráel intento más tarde.

2. Con sensor de radiación solar, es posible establecer el valor de radiaciónnecesario para el funcionamiento, lo que evita intentos fallidos de arranque.

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Sensores de nivel

Sondas de Nivel Rápida y Temporizada


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Solución ESP con Pantalla TS7010

Visión general del funcionamiento

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Visión general de todo lo que está ocurriendo en el sistema de bombeo y fácil configuración del sistema.


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Solución ESP con Pantalla TS7010

Herramienta de Puesta en Marcha

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Información ordenada para la puesta en marcha del sistema.


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Control ESP Pantalla TS7010

Herramienta de Ajuste de Parámetros

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Configuración de las diferentes funciones.


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5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

21


[email protected]ón ESP

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• Variador

• Protecciones.

• Bornas seccionables entrada series.

• Entradas Sensores de nivel y presión.

• Opción filtro dV/dt incluido.

• Cableado, Verificado y programado.

Control ESP IP20/IP54

• Conexiones para todos los componentes.

• Pantalla Puesta en Marcha

• Pantalla Configuración del sistema.

• Montaje placa base aluminio.

• Documentación y Garantía.

Instalación Configuración y

Puesta en Marcha

• Seguimiento MPPT de los módulos FV.

• Opción pantalla para visión status del sistema.

• Función Pozo Seco.

• Sensores de nivel de respuesta inmediata y temporizado.

• Control de Presión.

• Gestión de Paso de Nubes sin paradas.

Mantenimiento y Funciones de

Automatización

Preparación Materiales Montaje

Instalación

Mantenimiento y Configuración

Rendimiento, Fiabilidad y Funciones implementadas


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IP20 IP54

Gama de Equipos ESP

1,1 1,5 2,2 3 5,5 7,5 11 15 19 22 30 37 45 55 75 90 110 132 160 200 220 280

230 V

400 V

Modelo estándar Modelo no estándar, consultar disponibilidad

Potencias ESP (kW)

1,1 1,5 2,2 3 5,5 7,5 11 15 19 22 30 37 45 55 75 90 110 132 160 200 220 280

230 V T1 T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3 T3

400 V T1 T1 T1 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T3 T3 ESP ESP ESP ESP ESP ESP ESP ESP ESP ESP ESP

T1 Talla Nº1 T2 Talla Nº2 T3 Talla Nº3 ESP Armario formato especial

Tallas de los Equipos ESP


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5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

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Instalaciones

➢ Instalación Torre de Baños Zaragoza

• Descripción del sistema


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• Tipo de Bombeo: Del Ebro a Balsa existente, desnivel 52 metros.

• Bomba: Ideal VG-143-4F de 98,6 kW generador FV exclusivamente.

• Generador Solar: Módulos FV Atersa A-310. El campo dispone de24 series de 18 módulos cada una. Total 133.920 Wp.

• Variador: De 110 kW de potencia nominal Power Electronics ycuadro de conexiones DC y AC.

• Control y Monitorización: PLC para automatizar la instalación.Boya de nivel de la balsa, caudalímetro y sensor radiación solar.

• Arranque y Parada: Según tensión en el generador FV, es posiblegestionar con sensor de radiación solar.

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Instalaciones

Bombeo Solar Torre de Baños Caspe (Zaragoza)


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Cuenta con 2 bombas Ideal VG-143-4F de 98,6 kW. Una de ellas se ha aislado de la redpara funcionar con el generador solar exclusivamente.

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Instalaciones

Bombas

Bombas existentes Sistema actual


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Estructura Fija 137 kWp para 3.200 m3/día durante los meses de mayo a septiembre conla bomba existente.

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Instalaciones

Dimensionado de la Instalación


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Con Seguidor Horizontal 113 kWp para 3.200 m3/día durante los meses de mayo aseptiembre con la bomba existente.

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Con Seguidor horizontal

Instalaciones


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• Tipo de Bombeo: De rio a balsa existente, desnivel 60 metros.

• Bomba: Grundfos SP-60

• Generador Solar: Módulos FV Atersa A-290. El campo dispone de12 series de 17 módulos cada una. Total 59.160 Wp.

• Control Bombeo: Control EasySun con 2 variadores de 15kW depotencia nominal.

• Control y Monitorización: PLC para automatizar la instalación.Boya de nivel de la balsa, caudalímetro y sensor radiación solar.

• Arranque y Parada: Según tensión en el generador FV, es posiblegestionar con sensor de radiación solar.

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Instalaciones

Instalación Bombeo El Totoral (Chile)


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Instalaciones


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5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

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Software de Cálculo

El EasySun es un software para dimensionar y seleccionar la potencia del generador FVnecesario y seleccionar la bomba más adecuada.

Aplicación Software

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[email protected] de Cálculo

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Datos de los sistemas resultantes según el caso:

• Datos del Panel FV elegido

• Configuración campo FV

• Modelo del Variador

• Bomba con curvas para diferentes frecuencias.

• Gráfico mensual comparativo entre el agua deseada y el agua obtenida.

• Gráfico horario de producción de agua para un día en el peor mes.

• Tabla de datos de radiación y temperatura utilizados y agua extraída.

Datos de resultados Generales


[email protected] de Cálculo

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Informe PDF


[email protected]

La bomba óptima para un bombeo solar no suele coincidir con la bomba para un sistemaconvencional a frecuencia constante.

En el caso de sistemas ya en funcionamiento se deben analizar ambas opciones, laBomba existente y la bomba óptima para Solar.

• Comparar coste de la sustitución de la bomba con el de la diferencia de caudalobtenido con la misma instalación solar.

Caudal Teórico y Real de las bombas

Los cálculos de dimensionado de las bombas emplean los datos de las fichas técnicas delas bombas y su rendimiento puede diferir de la realidad.

En el caso de bombas existentes, se mide el punto de Caudal/Presión a 50Hz y secompara con las curvas del fabricante. Esta sencilla comprobación indica el estado deconservación del conjunto hidráulico.

Disponer de entrada auxiliar AC en un bombeo solar permite realizar comprobaciones defuncionamiento.

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Utilización bombas existentes / Nuevo diseño


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5. Instalaciones

6. Dimensionado

7. Costes

38


[email protected] Bombeo Solar

39

Comparativa con red o grupo.

Datos necesarios:

1. Coste del m3 actual (Red o Diesel)

2. Coste del m3 con sistema FV

3. Estimaciones de precios futuros

Costes Electricidad y Combustible

Las estimaciones de coste futuro del combustible o de la electricidad son necesarias para realizar la comparación, es decir, no se puede saber con exactitud.

Coste Sistema FV

El coste de la opción FV es conocido desde el primer momento, es la única opción que permite conocer el coste futuro del bombeo.


[email protected] del Combustible

40

Evolución histórica desde 2005 del precio de los combustibles sin impuestos.

Entre 2006 y 2009 se produjeron subidas y bajadas de hasta un 100% del coste.

La descarbonización y la pérdida de competitividad son nuevas variables.


[email protected] de la Electricidad

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• La electricidad es la única opción que tiene costes fijos independientes del consumo de energía, el Término de Potencia.

• El precio del kWh depende de la tarifa que es variable según los días y la hora del día.

• Los costes fijos del Término de Potencia son directamente proporcionales a la potencia contratada. El tiempo sin consumo puede llegar a ser un coste muy considerable.

• Los costes fijos ya son el 50% del coste de la factura media, lo que dificulta reducciones de costes mediante ahorro energético.

• No hay un coste de electricidad válido para todos los casos.El importe anual gastado en electricidad dividido por los kWh acumulados es el coste real, impuestos incluidos.


[email protected] del Bombeo Diesel

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0,00

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Coste Diesel

Coste Diesel…

Diesel

AñoHoras

acumuladas

Coste

Gasoil

€/l

Coste Gasoil

por kWh

€/kWh

Coste Diesel

€/kWh

1 1.351 1,000 0,251 0,25

Potencia 87,5 Pmax 2 2.701 1,030 0,259 0,26

Consumo 22 l/h 3 4.052 1,061 0,267 0,27

Coste Gasoil 1 €/l 4 5.402 1,093 0,275 0,27

Coste por kWh 0,25 €/kWh 5 6.753 1,126 0,283 0,28

Incremento anual gasoil 3% 6 8.103 1,159 0,291 0,29

Horas dia 3,7 h 7 9.454 1,194 0,300 0,30

Horas año 1.351 h 8 10.804 1,230 0,309 0,31

Producción año 118.169 kWh 9 12.155 1,267 0,319 0,32

10 13.505 1,305 0,328 0,33

Vida útil 15.000 h 11 14.856 1,344 0,338 0,34

Precio Grupo 0 € 12 16.206 1,384 0,348 0,35

Energía Vida Util 1.312.500 kWh 13 17.557 1,426 0,358 0,36

Coste Mantenimiento 0,000 €/kWh 14 18.907 1,469 0,369 0,37

Precio por kWh Equipo 0,000 €/kWh 15 20.258 1,513 0,380 0,38

Coste Total kWh 0,251 16 21.608 1,558 0,392 0,39

17 22.959 1,605 0,403 0,40

18 24.309 1,653 0,416 0,42

19 25.660 1,702 0,428 0,43

20 27.010 1,754 0,441 0,44

21 28.361 1,806 0,454 0,45

22 29.711 1,860 0,468 0,47

23 31.062 1,916 0,482 0,48

24 32.412 1,974 0,496 0,50

25 33.763 2,033 0,511 0,51


[email protected] Bombeo Solar

43

Sistema Solar

AñoEficiencia

%

Producción

(kWh/año)

Producción

Acumulada

(kWh)

Coste FV

(€/kWh)

1 100% 117.000 117.000 0,77

Potencia 90 kWp 2 97% 113.490 230.490 0,39

Producción Específica 1.300 kWh/kWp 3 96% 112.671 343.161 0,26

Coste Sistema FV 90.000 € 4 96% 111.852 455.013 0,20

Pérdida anual 0,7% 5 95% 111.033 566.046 0,16

6 94% 110.214 676.260 0,13

7 94% 109.395 785.655 0,11

8 93% 108.576 894.231 0,10

9 92% 107.757 1.001.988 0,09

10 91% 106.938 1.108.926 0,08

11 91% 106.119 1.215.045 0,07

12 90% 105.300 1.320.345 0,07

13 89% 104.481 1.424.826 0,06

14 89% 103.662 1.528.488 0,06

15 88% 102.843 1.631.331 0,06

16 87% 102.024 1.733.355 0,05

17 87% 101.205 1.834.560 0,05

18 86% 100.386 1.934.946 0,05

19 85% 99.567 2.034.513 0,04

20 84% 98.748 2.133.261 0,04

21 84% 97.929 2.231.190 0,04

22 83% 97.110 2.328.300 0,04

23 82% 96.291 2.424.591 0,04

24 82% 95.472 2.520.063 0,04

25 81% 94.653 2.614.716 0,03

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Coste Bombeo Solar

Coste FV (€/kWh)

• 5 años 0,16 €/kWh

• 10 años 0,08 €/kWh

• 20 años 0,03 €/kWh

• Sin Término de Potencia

• Sin Mantenimientos importantes

• Riego de día


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Coste Solar / Diesel

0,00

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0,30

0,40

0,50

0,60

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0,80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Comparativa de Costes25 años

Coste FV (€/kWh)

Coste Diesel€/kWh


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Gracias por su Atención

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