Sistemas de riego fotovoltaico: la solución en la que confía Europa para un riego seguro,

fiable y barato

Luis Narvarte

Instituto de Energía Solar

Universidad Politécnica de Madrid

ANTECEDENTES • El coste eléctrico para agricultores y Comunidades de Regantes:

– FENACORE : incremento de costes 627% - 1255%

– 40% - 50% del total de costes de producción

– 2º consumidor eléctrico en España

• Única alternativa para algunos cultivos: – Remolacha – 2017

• Mercado Potencial:

– Sur de Europa: 14 millones Ha -16GW – 24.000M€

– Norte de África (Red + diesel): 1,5GW – 2.250 M€

¿POR QUÉ SABEMOS DE BOMBEO FV? • Programa Regional del Sahel (PRS):

– 600 bombas FV en países del Sahel – UPM: control de calidad

• Desde 1995 en el Norte de África: – 53 sistemas e bombeo FV en Marruecos, Algeria y Túnez – 5 sistemas de riego FV en Egipto

• Ampliación a alta potencia: – Proyecto financiado por MICINN y AECID – Demostrador real en Alto Vinalopó

¿Qué NO es adaptar el FV al riego?

• Lo que NO es:

– Incorporar al variador el seguimiento del punto de máxima potencia del generador FV (MPPT).

– Solución preparada desde fábrica

– Adaptar la red de riego al sistema FV

– Aumentar el tamaño del sistema FV a balsa para utilizarlo a presión constante

• El pobre estado del arte actual:

– Ejemplo de las 4 ofertas recibidas por una comunidad de regantes:

• Tamaño: de 90 kWp a 250 kWp

• Precio: de 1€/Wp a 2,7€/Wp

– No es que engañen; es que es nuevo conocimiento.

¿Qué SÍ es adaptar el FV al riego?

• Lo que SÍ es:

– Resolver los problemas asociados a la intermitencia FV.

– Ajustar la generación FV a las necesidades de riego.

– Integrar el sistema FV en el sistema de riego existente.

– Asegurar la fiabilidad durante 25 años.

El Problema de la Intermitencia FV

Día 18 de septiembre

0

200

400

600

800

1000

1200

6:0

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Hora

G (

W/m

2)

0

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40

60

80

100

120

Tc (

ºC)

G (W/m2)

Tc (ºC)

253m

• Desestabilización y parada brusca del variador: – Golpe de ariete: reduce el tiempo de vida de la parte hidráulica.

– Sobretensiones: reduce el tiempo de vida del variador y motobomba.

• Seguidor N-S

Ajustar generación FV y necesidades de riego

m3/día

mes

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

- €

0,05 €

0,10 €

0,15 €

0,20 €

0,25 €

0,30 €

0,35 €

m3/día

€/kWh Red

€/m3 Red

m3 / dia Coste €

Integrar el sistema FV en el sistema de riego existente

• Sistema fotovoltaico: – Especificaciones técnicas

– Control de calidad

– Incluidas en contrato

Asegurar la fiabilidad durante 25 años

• Seguidor

– Probado

Advertencias

• CALIDAD DE LOS SISTEMAS: – Si el seguidor no está probado, es mejor poner estructura estática

– Si el contrato no incluye especificaciones técnicas y procedimientos de control

de calidad, es papel mojado

• FIABILIDAD ANTE PASO DE NUBE: – Si te dicen que es solar, y no tienen resuelto esto, no es solar.

• BOMBEO A PRESIÓN Y CAUDAL CONSTANTE: – Si te dicen que es a presión constante, hay muchas probabilidades que sea “a

balsa” sobredimensionado.

– Si tiene control por presión, el problema de la intermitencia es más grave.

• PROGRAMACIÓN Y SINTONIZACIÓN DE LOS VARIADORES: – Si te dicen que viene programado de fábrica, no funciona.

EL DEMOSTRADOR • Pozo Candela (CGUAV)

Datos pozos representativos CGUAV. Anualidad 2012

Pozo Tarifa Horas

func.

m3 kWh Coste

energía (€)

Coste fijo

(€)

kWh/m3 c€/m3

Candela 6.1 2.613 738.679 958.939 78.918 15.329 1,30 10,68

Rosita 6.1 4.844 1.815.960 2.054.426 165.727 17.756 1,13 9,13

B. Puentes 3.1a 3.994 1.381.751 1.396.196 152.926 8.099 1,01 11,07

Total 3.1a y

6.1

59.578 12.859.444 16.600.982 1.627.527 150.180 1,29 12,66

• Acondicionamiento

RESULTADOS

• Fiabilidad:

– 100m3/día (Julio)

– Buen

“paso de nube”

– Seguidor robusto

EL COSTE ACTUAL (BOMBEO A BALSA – ALTO VINALOPO)

• Coste: 1,7€/W

• Competitividad:

– Tasa interés 5%

– Incremento coste eléctrico 7%

– Tasa de descuento 3,5%

Pozo Candela - Amortización en 25 años

Crédito

100%

Coste Red

c€/m3

Coste FV

c€/m3

Coste Red

c€/kWh

Coste FV

c€/kWh

Ahorro

(%)

10 años 16,9 6,6 13,0 5,1 60,9

15 años 16,9 6,8 13,0 5,2 59,9

25 años 16,9 7,1 13,0 5,4 58,2

¿Se puede bombear a presión constante?

presión

+

Algoritmo de paso de nube

220kW 220kW 220kW 220kW 220kW 220kW 220kW

EL COSTE ACTUAL (BOMBEO DIRECTO– ZÚJAR)

220kW 220kW 220kW 220kW 220kW 220kW 220kW

EL COSTE ACTUAL (BOMBEO DIRECTO– ZÚJAR)

Simulación de costes a 25 años

25 años Red Red optimizada FV 300kW FV 600kW

(Crédito 10 años) 16.238.720 € 15.344.124 €

13.888.734 € 12.780.471 €

(Crédito 25 años) 13.928.632 € 12.860.267 €

Matriz de ahorro COSTE 25 años COSTE Red Red opt FV 300kW

Red 16.238.720 € - - -

Red optimizada 15.344.124 € 5,5% - -

FV 300kW 13.928.632 € 14,2% 9,2% -

FV 600 kW 12.860.267 € 20,8% 16,2% 7,4%

TIR y VAN TIR VAN

FV 300kW 17,94% 1.512.609,81 €

FV 600kW 16,57% 2.678.092,46 €

Simulación de costes a 25 años Uso 100%

Matriz de ahorro

TIR y VAN

25 años Red Red optimizada FV 300kW FV 600kW

(Crédito 10 años) 16.238.720 € 15.344.124 €

12.480.046 € 9.669.452 €

(Crédito 25 años) 12.519.944 € 9.749.248 €

COSTE 25 años COSTE Red Red opt FV 300kW

Red 16.238.720 € - - -

Red optimizada 15.344.124 € 5,5% - -

FV 300kW 12.519.944 € 22,9% 18,4% -

FV 600 kW 9.749.248 € 40,0% 36,5% 21,9%

TIR VAN

FV 300kW 24,36% 2.337.696,31 €

FV 600kW 23,68% 4.500.255,69 €

MASLOWATEN

MArket uptake of an innovative irrigation Solution based on LOW

WATer-ENergy consumption

H2020 PROGRAM

CONCEPTO

METODOLOGÍA • Implementación de las 5 “primeras aplicaciones de mercado:

• Alicante (España): 360 kWp

• Valladolid (España): 140 kWp

• Alentejo (Portugal): 140 kWp

• Marrakech (Marruecos): 120 kWp

• Cerdeña (Italia): 60 kWp

• Validación técnica y económica

• Penetración de mercado:

• Visitas técnicas a los demostradores

• Presencia en exhibiciones y ferias mostrando la solución

• Acreditaciones y especificaciones técnicas

TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA

• Transferencia a al menos 20 PYMES

• Al menos 5GW en el sur de Europa en 2018

• Seminarios internacionales para abrir mercados

Autónomo FV - Balsa

Balsa > 75.000 m3 aprox

2.500 m3/h Volumen 150 m x 100 m x 5 m

Sistema auxiliar FV 1 kWp caseta de Variador

Paneles 1000 Wp 4x250

Regulador 75 A 24V

Batería 24 V 915 Ah C10

Listado cargas Inversor 24 V - 5000 W

HMI + PLC - 24 V DC

Fuente 230- 12/ 24 V

Modem -router

Iluminación interior

Alarma caseta y generador

Motores y control seguidores

Generador Fotovoltaico 18 filas -360 kWp

Sólo Bombeo FV diurno

400...900 V dc

380 V AC

Contador con emisor Pulsos DN-250Q = 250 m3/h (proyecto) - 350 m3/h (def)

Variador A1000 de 355 kW (ND) CIMR-AC4A0675-FAA-+ FUENTE 24 V

Filtro Senoidal AC Salida L>250 m

Q

Bomba 250 KW a 300 metros Q= 63 l/sHMT =288 m

Boyas de nivel de balsa ¿?

Nivel de balsa

200 m

Caseta Variador 7x2,5 m

10 m

PLC

MPPT

HMI

Sensor Radiación (G)

Pulsos contador

VentilaciónArmario variador

Mulfila nº1 - 8 filas (32

ramas)

Mulfila nº2 - 8 filas (32

ramas)

Monofila nº1 (4 ramas)

Monofila nº2 (4 ramas)

25 m

12 m

Variado MX2 0,5 kW

Autónomo FV – presión cte

Híbrido diesel-FV 3 Bombas centrigufas de superficie multi-rodete

MEC-MR 100/2D - 225M4-45 de 45 kW 4P 1450 rpm

Sistema FV 1

(cambiar por motor hidraulico)

Suministro eléctrico Aux. - Sistema Aislado FV 1

Listado cargas Sistema FV1

1 x Cuadro multifila -250 W Ac Paneles 1000 Wp 4x250

Cuadro variador RX Regulador 50 A 24V

Modem -router Batería 24 V 600 Ah

Anemómetro Inversor 24 V - 3000 W

Portátiles trabajo

Alarma seguidores Consumo día: 2,5 kWh

Alumbrado y control

Finca ELAIA : São BernabéSISTEMA DE BOMBEO HIBRIDO FOTOVOLTAICO -DIESEL

Balsa Comunitaria (infinito)2 Bombas sumergiblesHorizontales de 60 CV -- 70 l/s

Grupo Diesel 250 kVATrazado 2 km Cota : + 20 metros

Variador RX -3 55 kW

Motor400 V - 4P

45 KW

Motor400 V - 4P

45 kW

Motor400 V - 4P

45 kW

P =6 bar

Q

Sistema de filtrado con lavado automático

M

DepósitosFertilizantes

Depósito Superficie 350 m3Nivel +2 mca

Grupo Electrógeno

FV - 1 (70 kWp) 3,5 seguidores

ManómetroTransductor de Presión

PLC RX

400 V AC (3F+N)

P =6 bar + filtro

Caudalimetro Pulsos

Q = 210 ..245 m3/h

Programador Riego

Progress (Agronic 4000)

30 Electroválvulas

zonificación riego

Zona -

Electroválvula 1

Zona -Electroválvula 2

Zona -Electroválvula 30

Zona -Electroválvula 30Grupo Electrógeno

1

1

1

FV - 2 (70 kWp) 3,5 seguidores

Bus común Variador RX -2 55 kW

Variador 55 kW

Conmutación AUT FV-DIESEL

Arrancador suave 55 kW

Bomba 3

Bomba 2

Bomba 1

G = xx W/m2Tamb ºC

HMIScada

10

1

2

C.Prot

FV1

C.ProtFV2

Filtro AC

(ampliación de circuito)

Híbrido Red-FV 2 Bombas centrifugas de superficie multi-rodete Nuevas

MEC-AS4/125C- 225M4-45 de 45 kW 4P 1450 rpm

Finca ELAIA : Soprolives (Marruecos)SISTEMA DE BOMBEO HIBRIDO RED -FOTOVOLTAICA

Balsa junto a caseta de riego 25.0000 m3

Motor400 V - 4P

45 kW

P = 4,2- 4,3 bar

Q

Sistema de filtrado con lavado automático

M

DepósitosFertilizantesmezcla solido in situ

ManómetroTransductor de Presión

Caudalímetro PulsosQ = 380 ..400 m3/h

Zona - 1

Zona - 2

Zona - 4Zona - 3Red eléctrica

Motor400 V - 4P

45 kW

Bomba 1

Bomba 2

PLC

P =3,8 -4 bar (después del filtro)

Programador Riego Progress

4000

x Electroválvulas - 4 zonasde riego

G -> W/m2Tamb o Tcél -> ºC

HMI

1

Variador RX -2 55 kW híbrido

Arrancador suave 55 kW

0

MAN Conmutación 2

Variador-Arrancador

1

1

1

1

2

0FV - 1 (60 kWp) 3 Filas

FV - 2 (60 kWp) 3 Filas

C.Prot

FV1

C.Prot

FV21

1

Diodo de bloqueo

1

11

Diodo de bloqueo

1

Variador RX - 1 55 kW híbrido

Arrancador suave 55 kW

0

MAN Conmutación 1Variador- Arrancador

1

1

1

1

2

Generador Fotovoltaico 120 kWp

Bombeo FV diurno

400 V AC (3F+N)

Grid NetworkNight operation

Motor seguidor alimentado

desde la red eléctrica

Conmutación 2Aislado/hídribo

11

Conmutación 1Aislado/hídrido

11

Conmutación 2Aislado/hídrido

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