Riego fotovoltaico con módulos bifaciales

Meliani, Soukaina (2020). Riego fotovoltaico con módulos bifaciales. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Riego fotovoltaico con módulos bifaciales
Author/s:
  • Meliani, Soukaina
Contributor/s:
  • Hogan Teves de Almeida, Rita
  • Narvarte Fernández, Luis
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: 7 July 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Energía fotovoltaica
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La energía solar fotovoltaica ha experimentado un crecimiento exponencial durante los últimos años. Este crecimiento se debe, entre otras causas, al masivo aumento del precio de la electricidad y a la concienciación de la preservación de un planeta más sostenible, empleando energías renovables con vital importancia para el desarrollo del medioambiente del planeta. Una de las aplicaciones de los generadores fotovoltaicos se trata del riego fotovoltaico. La tecnología convencional empleada en este sector se compone de generadores fotovoltaicos con módulos monofaciales. Este trabajo consiste en analizar la inclusión de módulos bifaciales, que se diferencian de los convencionales por su capacidad de producción de energía por ambas caras del módulo, incrementando la energía generada por unidad de área. El principal objetivo de este proyecto es diseñar y simular sistemas de riego fotovoltaico con módulos bifaciales. Un sistema de riego fotovoltaico instalado y en funcionamiento en Villena, Alicante, España, ha servido como base de este proyecto. Dicho sistema incluye un generador fotovoltaico de 360 kWp, con módulos monofaciales instalados en un seguidor de eje norte-sur horizontal y se usa para el bombeo contra balsa. La primera aportación de este trabajo es el diseño de un sistema de riego fotovoltaico similar al sistema instalado en Villena usando módulos bifaciales. Para ello, se empieza por diseñar el generador fotovoltaico y luego se hace una simulación con una potencia pico similar a la del sistema real para saber su productividad. Esta y las demás simulaciones a lo largo del proyecto se realizan a través de la herramienta SISIFO, que se puede usar de manera gratuita en la web. Esta primera simulación está descrita, en detalle en este trabajo. Seguidamente, se realiza un análisis de sensibilidad de la productividad del sistema con módulos bifaciales con el fin de obtener el valor óptimo de los parámetros de diseño de la central fotovoltaica. Se evalúan la separación entre filas, la altura del generador, la reflectividad del suelo, el factor de bifacialidad y la latitud. Una vez que la mayoría de los sistemas fotovoltaicos actuales se encuentran en estructuras como este seguidor y en estructuras estáticas, también se hace un análisis de sensibilidad para esta segunda estructura. Tras el análisis de sensibilidad, se propone, en el caso del seguidor, una separación entre filas de 3 y una altura de 0.8. Para la estructura estática, la separación entre filas óptima es 1,2, la inclinación de los módulos 30º y la altura 1. Los demás parámetros en estudio son consecuencia de las características del local donde se va a instalar el sistema o del módulo seleccionado. A continuación, se compara la productividad del sistema con módulos monofaciales y bifaciales para las dos estructuras en análisis. En el caso del seguidor, utilizando la misma potencia para ambos módulos, los bifaciales permiten una ganancia de 2,3% en volumen de agua anual, mientras que en estructura estática esta ganancia llega al 7%. Finalmente, con el objetivo de bombear la misma cantidad de agua con los dos tipos de módulos, se buscó la potencia pico necesaria en el caso del sistema con módulos bifaciales. Para las dos estructuras en estudio, la potencia pico debería ser 351 kWp (mientras que en monofacial esta potencia es 360 kWp). Abstract: Photovoltaic solar energy has experienced an exponential growth in recent years. This growth is due, among other causes, to the massive increase in the price of electricity and the awareness of the preservation of a more sustainable planet, using renewable energies of vital importance for the development of the planet's environment. One of the applications of photovoltaic generators is photovoltaic irrigation. The conventional technology used in this sector consists of photovoltaic generators with monofacial modules. This work consists of analyzing the inclusion of bifacial modules, which differ from conventional ones due to their energy production capacity on both sides of the module, increasing the energy generated per unit area. The main objective of this project is to design and simulate photovoltaic irrigation systems with bifacial modules. A photovoltaic irrigation system installed and operating in Villena, Alicante, Spain, is used as the basis of this project. This system includes a 360 kWp photovoltaic generator, with monofacial modules installed on a horizontal north-south axis tracker and is used for pumping to a water pool. The first contribution of this work is the design of a photovoltaic irrigation system similar to the system installed in Villena using bifacial modules. It starts by designing the photovoltaic generator. Then, the system is simulated with a peak power similar to that of the real system to find out its productivity. This and the other simulations throughout the project are carried out through the SISIFO tool, which can be used free of charge on the web. This first simulation is described in detail in this work. Subsequently, a sensitivity analysis of the productivity of the system with bifacial modules is carried out in order to obtain the optimal value of the design parameters of the photovoltaic plant. Separation between rows, generator height, ground reflectivity, bifaciality factor, and latitude are evaluated. Since most of today's PV systems are found in structures like this tracker and in static structures, a sensitivity analysis is also done for this second structure. After the sensitivity analysis, in the case of the tracker, a separation between rows of 3 and a height of 0.8 is proposed,. For the static structure, the optimal separation between rows is 1.2, the inclination of the modules 30º and the height 1. The other parameters under study are a consequence of the characteristics of the location where the system is to be installed or a consequence of the selected module. The productivity of the system with monofacial and bifacial modules for the two structures under analysis is compared. In the case of the tracker, using the same power for both modules, the bifacial ones allow a gain of 2.3% in annual water volume, while in static structure this gain reaches 7%. Finally, in order to pump the same amount of water with the two types of modules, the necessary peak power was sought in the case of the system with bifacial modules. For the two structures under study, the peak power should be 351 kWp (while in monofacial this power is 360 kWp).

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Item ID: 66347
DC Identifier: https://oa.upm.es/66347/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:66347
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 11 Mar 2021 07:18
Last Modified: 10 May 2021 22:30
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