1. XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna
CURSO: Bombeo Solar y Riego
Reinhold Schmidt
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013

2. CURSO: Bombeo Solar y Riego
Contenido:
- Introducción y conceptos básicos
- Descripción y configuración de sistemas de bombeo solar
- Componentes
- Diseño de sistemas de bombeo solar
- Monitoreo y Evaluación
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3. Aplicaciones fotovoltaicas
Fuente energética
Sistema fotovoltaico
Electricidad, energía útil
Bombeo
Red eléctrica
Sist. aislados
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4. Movimiento aparente del sol
Norte
a
AZ
Oeste
Este
Sur
AZ = ángulo Azimut, a = altura del sol
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5. Ejemplo de datos medidos, perfiles diarios
Intensidad de la radiación solar
Calama, 12.04.2011
1200
1000
600
400
200
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
0
5:00
Watt/m 2
800
global horizontal
Gd = 6,7 kWh/m2día
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6. Ejemplo de datos medidos, perfiles diarios
Intensidad de la radiación solar,
perfiles típicos diarios, invierno
1200
800
600
400
200
0
0:
00
1:
10
2:
20
3:
30
4:
40
5:
50
7:
00
8:
10
9:
20
10
:3
0
11
:4
0
12
:5
0
14
:0
0
15
:1
0
16
:2
0
17
:3
0
18
:4
0
19
:5
0
21
:0
0
22
:1
0
23
:2
0
Intensidad en W/m2
1000
Horas de l día
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7. Radiación global en superficie horizontal e inclinada
Ejemplo: Pozo Almonte
Radiación global, Pozo Almonte
horizontal e inclinada
10000
Wh/m 2 día
8000
6000
4000
2000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Meses
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11
12

8. Medición Radiación Solar
Pozo Almonte ( 2008/2009 ) y Soga ( 1998/1999 )
Aspectos generales
10
Gd en kWh/m 2 día
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Mes
Soga
Pozo Almonte
Evapotranspiración ETo
1998-1999
8
7
ETo en mm/día
6
5
4
3
2
1
0
ene
feb
mar
abr
Vitor
may
Chaca
jun
jul
ago
Soga
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sep
oct
nov
dic

9. Bombeo solar y riego
Descripción y configuración de sistemas
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10. Bombeo convencional
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11. Estanques de acumulación, sistemas convencionales:
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12. Configuración con estanque:
Flotador
Generador solar
Inversor / Control
p2
p1
Caudal
Estanque de agua
con techo
Filtro
Motobomba
sumergible
Aspectos principales:
- Idea inicial: suministro confiable de agua en zonas sin red eléctrica en comparación
con bombeo convencional ( Diesel, gasolina )
- Configuración con estanque: riego tecnificado por gravedad
- Sistemas típicos: altura total hasta 30-80 metros, volumen diario hasta 60-150 m3/día
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13. Proyecto piloto, GTZ - UTA – CODING, 1998-2002
– Bombeo solar y riego tecnificado, Parcela Vitor
Datos típicos:
40 - 50 m3/día,
2 – 3 ha hortalizas
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14. Riego technificado:
Comportamiento de cintas, goteros, etc.
Banco de prueba bombeo
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15. Caudales de agua, bombeo y riego, Parcela Vitor:
Bombeo solar con estanque
6,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
0:
00
1:
30
3:
00
4:
30
6:
00
7:
30
9:
00
10
:3
0
12
:0
0
13
:3
0
15
:0
0
16
:3
0
18
:0
0
19
:3
0
21
:0
0
22
:3
0
Caudal en m 3 /hora
5,00
Caudal de riego
Caudal bomba
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16. Ejemplo: Proyecto IV. Región
GEF-PNUD-CNE-GORE
- Combarbalá
- Canela
- Illapel
- La Higuera
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17. Ejemplo: Proyecto IV. Región
GEF-PNUD-CNE-GORE
Estanque de agua, Combarbalá
- Estanque con tapa
- Flotador
- Ubicación estanque
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18. Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )
- Parcela La Carmelita, La Tirana
Riego tecnificado por gravedad, con estanque
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19. Esquema general, bombeo y riego directo:
Generador solar
con tracker
Inversor / Control
p2
p1
Caudal
Filtro
Motobomba sumergible
Aspectos principales:
- Configuración sin estanque: riego tecnificado directo ( ahorro de costos )
- Sistemas típicos: altura total hasta 30-40 metros, volumen diario hasta 80 m3/día
- Generador solar con tracking
- Adaptación caudal, presión bomba con sistema de riego !!
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20. Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )
- Parcela Efrain Cabrera, La Tirana
Riego de 1000 granados, melón, zapallo
- Generador solar de 1 kWp, con seguimiento solar
- Volumen diario aprox. 45 m3/día
- Costo de inversión: aprox. 6.000.000.- neto
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21. Instalación fija
Seguidor de 1 eje, azimut
N
S
Seguidor de 1 eje, norte-sur, horizontal
Seguidor de 2 ejes, azimut e inclinación
S
N
Seguidor de 1 eje, norte-sur, inclinada
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22. Estación de medición, Arica, Pampa Dos Cruces
Radiación global horizontal y en seguimiento
Perfil diario, 24.09.12
1200
1000
W/m
2
800
600
400
200
Gd = 10,94 kWh/m2día - seguimiento
Gd = 7,37 kWh/m2día – horizontal
Ganancia: 48,4 %
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19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
0

23. Estación de medición, Arica, Pampa Dos Cruces
Radiación global horizontal y en seguimiento
Perfil diario, 13.11.12
1200
1000
W/m
2
800
600
400
200
Gd = 9,68 kWh/m2día - seguimiento
Gd = 7,43 kWh/m2día – horizontal
Ganancia: 30,3 %
XX Simposio Peruano de Energía Solar, Tacna 2013
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
0

24. Funcionamiento del tracker
Generador solar, 1 kW p, con seguimiento
Parcela La Tirana, 01.04.2010
800
600
600
400
400
200
200
0
6:
00
7:
00
8:
00
9:
00
10
:0
0
11
:0
0
12
:0
0
13
:0
0
14
:0
0
15
:0
0
16
:0
0
17
:0
0
18
:0
0
19
:0
0
20
:0
0
0
G track
G hor
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P sg
Watt
1000
800
Watt/m 2
1000

25. Ejemplo Bombeo Solar ( Proyecto con Ministerio de Energía, Mun. Pozo Almonte, 2010-11 )
Instalación en La Tirana
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26. Componentes del sistema de bombeo solar:
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27. Esquema del sistema de bombeo solar:
Generador solar
Ppeak
Motobomba sumergible
Control
Inversor
S en Watt/m
2
Pel.cc
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Phidraulica ~ H ∙ Q

28. El generador solar:
Generación directa de un voltaje eléctrico en la celda
mediante la absorción de radiación solar
- Tipo celdas, paneles
- Ppeak
- Curva IV
- MPP
- Conexión en serie, paralela
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29. Características eléctricas del generador fotovoltaico
Potencia peak en Watt, Pp
Temperatura de la celda, Tcelda
Entrada:
Salida:
- Irradiancia S en W/m2
- Radiación global Gdia en kWh/m2día
- Temperatura ambiental, Tamb
- Voltaje V en Volt, V
- Corriente I en Ampere, A
- Potencia eléctrica Pel en Watt, W
- Energía electrica Eel en Watthoras, Wh
Panel solar produce corriente continua
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30. Ejemplo: Curva IV
Corriente, I
Curva IV
Módulo 80 Wp , 36 celdas
6,0
Voltaje, V
Corriente en A
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
2
4
6
8
10
12
14
Voltaje en Volt
25 ºC
55 ºC
Potencia eléctrica: Pel = V ∙ I
Energía eléctrica:
Eel = P ∙ t
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16
18
20
22
24

31. Relación corriente – voltaje de la celda fotovoltaica
Voc :
Isc :
MPP:
T:
Voltaje circuito abierto
Corriente de cortocircuito
Punto de máxima potencia, Vm, Im
Temperatura de la celda
Especificaciones del fabricante:
Pp:
Potencia máxima ó peak con:
S = 1000 W/m2
T = 25 ºC celda
Espectro solar AM 1.5
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32. Efecto de temperatura de la celda
Debido a la absorción de la radiación solar en el panel, la temperatura de la celda ( interior )
sube:
Aprox. para paneles de silicio cristalino:
Tcelda ≈ Tamb + 27 ºc
con I = 1000 Watt/m2
Voltaje = ?
Corriente = ?
Potencia = ?
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33. Efecto de temperatura de la celda
Los fabricantes entregan coeficientes de temperatura para voltaje, corriente y potencia:
Valores aprox.:
Voltaje:
Corriente:
Potencia:
CT = - 0.35 % / K
CT = 0.03 % / K
CT = - 0.50 % / K
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34. Datos medidos: Potencia eléctrica vs. Intensidad de radiación solar
Soga – Pampa del Tamarugal
Ppeak = 1760 W
32 paneles 8s * 4p, 55 Wp
Pel.max = 1380 W
1400
Potencia generador solar (W)
1200
1000
800
600
400
200
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Intensidad de la radiación solar (W/m2)
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800
900
1000

35. Relación radiación solar y potencia eléctrica
Generador
solar
S en W/m2
Pel. en W
Pel. en W
Pp
1000
S en W/m2
Pel. =
Ppeak
1000 W/m2
( Tcelda = 25 ºC ! )
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∙ S

36. Relación radiación solar y potencia eléctrica
En realidad : Tcelda = 40 – 60 ºC
Pel. = FCp ∙
 Factor de correción, FCp
Ppeak
∙ S
1000 W/m2
Valores FCp : 0,8 – 0,9
Ejemplos......
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37. Relación radiación solar y energía eléctrica
General:
Pel. = FCp
Eel. =
Pel. ∙ t
Ppeak
∙
∙ S
1000 W/m2
Eel día. = FCp ∙
Ppeak
1000 W/m2
Valores FCp : 0,8 – 0,9
∙ Gd
Ejemplos......
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38. Motobombas solares:
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39. Ejemplos de motobombas solares
Motobombas superficiales
Motobombas sumergibles
hdin = 10 - 50 m, típico
succiónmax = 6 m
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40. Esquema:
Bomba centrífuga
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41. Bomba de tornillo, tipo Arquimedes
Motobomba helicoidal:
Tornillo excentrico se mueve dentro de una camisa
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42. Esquema Bombeo fotovoltaico, Sistema SQFlex:
Generador solar
Motobomba sumergible
Unidad de control
CU 200
Inversor
Motor
Bomba
Esquema Bombeo fotovoltaico, Lorentz:
Generador solar
Unidad de control
Motobomba sumergible
PS ...
Motor
Bomba
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43. Motobombas Grundfos
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44. Ejemplo: Motobombas Lorentz
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45. Ejemplo: Grundfos SQF 5A-6
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46. Proyecto INDAP Azapa: Lorentz – PS21K-CS
Bombas solares superficiales
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47. Generador solar instalado:
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48. Curva de la motobomba utilizada:
1 US gpm = 0,228 m3/h
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49. 50 m
50 m
Automatización:
V3
V4
líneas de cinta
estación # 3
líneas de cinta
estación # 1
V1
V2
líneas de cinta
estación # 4
líneas de cinta
estación # 2
presión 2
medidor de caudal
Filtro
control
automático
reloj
presión 1
Motobomba
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50. Dosificación de nutrientes
Alternativa 1: con uso de motobombas de riego superficiales
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51. Alternativa 2: Dosificadora de nutrientes
Reg.
Panel
fotovoltaico
Bomba dosificad.
Batería
Q
Medidor de
caudal
Tubería PVC al riego
Datos técnicos :
Panel fotovoltaico : 20 Wp
Batería : 40 Ah, 12 V
Bomba dosificadora, 12 V
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52. Proyecto de Bombeo solar, instalación este-oeste 45º
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53. Sistemas fotovoltaicos con alimentación a la red
- sistemas decentrales
generación distribuida
( típico: 1 kW – 100 kW )
- plantas fotovoltaicas
( típico: 1 – 50 MW )
Inversor
Arica Solar
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Red eléctrica

54. Generación distribuida – Preferencia consumo propio:
Medidor
bi-direccional
Generador solar
Inversor
Medidor
consumo
Red
Consumo
propio
Arica Solar
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55. Proyecto piloto San Miguel
Generador solar de 1 kWp
con seguidor de 1 eje
Tablero con inversor, datalogger
Arica Solar
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