Sistemas de riego fotovoltaico de alta potencia

Feliú González, Adrián (2020). Sistemas de riego fotovoltaico de alta potencia. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Sistemas de riego fotovoltaico de alta potencia
Author/s:
  • Feliú González, Adrián
Contributor/s:
  • Hogan Teves de Almeida, Rita
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: 27 October 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

En los últimos años, el uso de la energía fotovoltaica ha aumentado considerablemente en aplicaciones de riego debido, en gran medida, al aumento del coste de la electricidad para los agricultores y comunidades de regantes y a la disminución del precio de los módulos fotovoltaicos. Un sistema de riego fotovoltaico está formado por un generador fotovoltaico, un variador de frecuencia, un conjunto motor-bomba y una balsa o red de riego. En los sistemas de riego fotovoltaico actuales, la tensión de salida de los variadores de frecuencia convencionales es de 400 V, lo que supone un problema ya que solo permite la utilización de bombas de hasta 400 V. Esta limitación de tensión implica que no se puede seguir incrementando la potencia de las bombas en sistemas de riego fotovoltaico ya que las bombas de mayor potencia funcionan a tensiones superiores a 400 V. El objetivo de este trabajo es eliminar la restricción ocasionada por los variadores de frecuencia convencionales y valorar si es posible introducir una etapa intermedia, entre el variador de frecuencia y la bomba, formada por un transformador de frecuencia variable. Este transformador permitirá superar los 400 V de tensión y, por consiguiente, trabajar con bombas de mayor tensión (y mayor potencia). Para evaluar la inclusión de este nuevo componente – el transformador de frecuencia variable – se han realizado los cambios necesarios en la herramienta de simulación de la productividad de sistemas fotovoltaicos SISIFO para poder incorporar esta nueva etapa. Es importante mencionar que la herramienta contempla dos escenarios de pérdidas: el primero dado por las pérdidas producidas por el propio material, y el segundo por las pérdidas en función de la frecuencia. A continuación, se diseña un sistema de riego fotovoltaico de alta potencia para alimentar dos de las seis bombas de uno de los sistemas de riego de la Comunidad de Regantes del Alto Aragón. El sistema, que eleva el agua de una balsa a otra, incluirá dos conjuntos iguales compuestos por un variador de frecuencia, un transformador de frecuencia variable y una bomba de 690 V. El sistema diseñado incluye un generador de 1092 kWp en un seguidor de eje norte-sur horizontal. Los resultados de la simulación de la productividad del sistema muestran que la incorporación del nuevo elemento apenas disminuye la productividad global del sistema – en términos anuales, el transformador de frecuencia variable introduce unas pérdidas de energía inferiores al 4%. Tras analizar los resultados, se observa que, considerando las pérdidas asociadas a la frecuencia, la productividad del sistema es de 1367,91 kWh/kWp, siendo el volumen de agua bombeada a lo largo del año 9420,88 m3/kWp. Finalmente, y también considerando las pérdidas en función de la frecuencia, es interesante mencionar que la alimentación de dos de las seis bombas con energía solar fotovoltaica permite cubrir el 45,2% de las necesidades energéticas anuales del sistema de bombeo. Abstract: In recent years, the use of photovoltaic energy has increased considerably in irrigation applications, largely due to the increase in the cost of electricity for farmers and irrigation communities and the decrease in the price of photovoltaic modules. A photovoltaic irrigation system is made up of a photovoltaic generator, a frequency inverter, a motor-pump and a pond or irrigation network. In today's photovoltaic irrigation systems, the output voltage of conventional frequency inverters is 400 V, which is a problem since it only allows the use of pumps up to 400 V. This voltage limitation means that it is not possible to continue to increase the power of the pumps in photovoltaic irrigation systems since the pumps with higher power operate at voltages higher than 400V. The objective of this work is to eliminate the restriction caused by conventional frequency variators and assess whether it is possible to introduce an intermediate stage, between the frequency variator and the pump, formed by a variable frequency transformer. This transformer will make it possible to exceed 400 V voltage and, consequently, work with higher voltage (and higher power) pumps. To evaluate the inclusion of this new component - the variable frequency transformer - necessary changes have been made in the SISIFO photovoltaic systems productivity simulation tool to be able to incorporate this new stage. It is important to mention that the tool contemplates two loss scenarios: the first given by the losses produced by the own material, and the second by the losses as a function of the frequency. Next, a high-power photovoltaic irrigation system is designed to power two of the six pumps of one of the irrigation systems of the Community of Irrigators of Alto Aragón. The system, which lifts the water from one pond to another, will include two equal sets made up of a frequency converter, a variable frequency transformer and a 690 V pump. The designed system includes a 1092 kWp generator in an axis follower north-south horizontal. The results of the simulation of the productivity of the system show that the incorporation of the new element barely reduces the overall productivity of the system - in annual terms, the variable frequency transformer introduces energy losses of less than 4%. After analyzing the results, it is observed that, considering the losses associated with the frequency, the productivity of the system is 1,367.91 kWh / kWp, with the volume of water pumped throughout the year being 9420.88 m3 / kWp. Finally, and also considering the losses as a function of frequency, it is interesting to mention that the supply of two of the pumps with photovoltaic solar energy makes it possible to cover 45.2% of the annual energy needs of the pumping system.

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Item ID: 66385
DC Identifier: https://oa.upm.es/66385/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:66385
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 12 Mar 2021 08:13
Last Modified: 12 May 2021 22:30
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