Cómo diseñar un sistema de bomba solar: un tutorial paso a paso

Cómo diseñar un sistema de bomba solar: un tutorial paso a paso

Cómo diseñar un sistema de bomba solar: un tutorial paso a paso

Introducción

En este tutorial, profundizamos en las complejidades del diseño de un sistema de bomba solar, una solución sostenible que aprovecha la energía solar para bombear agua. Ideales para ubicaciones remotas o fuera de la red, estos sistemas son cada vez más fundamentales en la agricultura moderna, la gestión ganadera y el suministro de agua rural.

Descripción general

Un sistema de bomba solar utiliza paneles fotovoltaicos para alimentar una bomba de agua, eliminando la necesidad de electricidad convencional o diésel. Sus aplicaciones abarcan desde riego hasta suministro de agua potable en áreas que carecen de conectividad a la red.

Beneficios

La principal ventaja de los sistemas de bombas solares radica en su fuente de energía renovable, lo que reduce los costos operativos y la huella de carbono. Son particularmente beneficiosos en áreas remotas y ofrecen una solución de bombeo de agua confiable y ecológica.

Paso 1: Evaluación de los requisitos de agua

  • Determine el caudal y la altura dinámica total (TDH): Calcule el caudal de agua necesario, expresado en litros por segundo o galones por minuto. TDH abarca elevación vertical, distancia horizontal y pérdidas por fricción dentro del sistema.

Por ejemplo: Tipo de bomba: Bomba sumergible, Caudal: 6 m³/, Altura vertical: 60 metros Distancia horizontal: 100 metros

Análisis de requerimientos:
Requisito de caudal: 6 m³/h
Cabeza vertical: 63,3 metros (distancia horizontal de 100 metros = cabeza vertical 3,3 metros)
Tiempo de funcionamiento del sistema por día: 6 horas (suponiendo un día soleado)

Paso 2: Seleccionar la bomba

  • Tipo de bomba: Elija entre bombas sumergibles para pozos o bombas de superficie para fuentes de agua como ríos o lagos.
  • Especificaciones de la bomba: Asegúrese de que el caudal de la bomba y la capacidad de carga cumplan con los requisitos calculados.

Bomba: La bomba de 2,2 kW de 220V o 380V. Su altura máxima es de 127 metros.
El caudal es de 6 m³/h a 83 metros, lo que cumple con el requisito.

Nota:
Como la bomba y el inversor de 380 V requieren una entrada de voltaje más alto, lo que puede provocar un desperdicio de energía cuando se conecta a paneles solares, sugerimos elegir una bomba de 220 V.
Para una bomba monofásica de 220 V, el condensador externo es necesario (ya que el inversor ya realiza el cambio de fase internamente), mientras que el condensador de arranque/funcionamiento debe retirarse.

Paso 3: elegir el inversor adecuado

  • Tipo de inversor: Opte por un inversor con MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia) para mejorar la eficiencia.
  • Tamaño y especificaciones: El inversor debe coincidir con los requisitos de energía de la bomba y la salida del panel solar.

Según las especificaciones conocidas de la bomba (2,2 kW, 220 V, monofásica), el modelo de inversor recomendado es HSPH2200L y el rango de voltaje de entrada de CC MPPT recomendado es el siguiente:
300 Vmp <DC Input<450Voc (Only Solar)
340 Vmp <DC Input<400Voc (Hybrid Power)

Nota: El voltaje de entrada máximo y el voltaje de trabajo del inversor determinarán el método de conexión de los paneles solares.

Paso 4: Cálculo del panel solar

  • Energía del panel solar: La energía total requerida por la bomba debe multiplicarse por 1,5 para compensar las ineficiencias y la variabilidad de la luz solar.
  • Número de paneles: Calcule el número de paneles necesarios según la potencia del panel individual.

Energía del panel solar

La potencia total de los paneles solares debe ser 1,5 veces la potencia de la bomba de agua, que es 2,2 kW * 1,5 = 3,3 kW. 3,3 kW / 0,405 kW = 8.148 paneles.

Conexión de paneles solares

El voltaje máximo del circuito de entrada del inversor es 450Voc. Si consideramos la tensión de trabajo recomendada de 300Vmp, podemos calcular el número de paneles que se pueden conectar en serie.

450Voc/37,58Voc = 11,97 paneles (máx.)

300 Vmp/31,47 Vmp = 9,53 paneles (mínimo)

Nota
Ajustar la potencia del panel solar a 1,5 veces la potencia de la bomba de agua es un valor teórico. Se puede ajustar según las condiciones locales de luz solar. Si las condiciones de luz solar son buenas, puedes reducir el número de paneles solares. Por el contrario, es posible que deba aumentar el número de paneles solares para garantizar un suministro de energía adecuado.

Paso 5: Configuración del sistema

  • Disposición de los paneles: Decida una configuración en serie o en paralelo según las especificaciones de voltaje y corriente del inversor.
  • Montaje y Orientación: Planifique una exposición óptima a la luz solar al montar y orientar los paneles.
  1. ¿Cómo funciona el sistema con 11 paneles solares conectados en serie?
    Conectar 11 paneles en lugar del mínimo requerido de 8 paneles tendrá un impacto en el funcionamiento del sistema. El suministro total de agua por día se puede calcular en base a 7 horas de funcionamiento. Con más paneles solares instalados, el tiempo nominal de salida de agua será mayor. Por el contrario, si se conectan menos paneles, se reducirá el suministro total de agua. Por lo tanto, la cantidad de paneles solares conectados afecta directamente la capacidad general de suministro de agua del sistema.
  2. ¿Cómo funciona el sistema con un panel solar de 6 piezas conectado en serie?
    6 * 31,47 = 188,82. Debido a que el requisito mínimo de voltaje de entrada del inversor es de 200 voltios o más, conectar solo 6 paneles puede activar potencialmente la protección de bajo voltaje del inversor.
  3. ¿Cómo funciona el sistema con un panel solar de 7 piezas conectado en serie?
    El uso de 7 paneles no activará la protección de bajo voltaje del inversor (7 * 31,47 V = 220,29 V). El sistema aún puede funcionar, pero la salida de la bomba de agua se reducirá y es posible que no alcance el caudal nominal.

entonces la configuración del sistema:

Flujo de agua: 6 m³/h, altura de elevación vertical: 60 m,

Distancia horizontal 100 metros.

Solución:

Bomba: 2,2 KW 220 V monofásica (condensador externo)

Inversor: HSPH2200L

Paneles solares: 9 unidades de 405 W en serie.

Flujo nominal: 6 m³/h*6 = 36 m³ @ 80 cabeza (día soleado)

Paso 6: Conexiones Eléctricas

  • Alambrado: Detallar el proceso de conexión de paneles al inversor y luego a la bomba.
  • Precauciones de seguridad: Resalte la importancia de cumplir con las normas de seguridad eléctrica y utilizar dispositivos de protección adecuados.

Paso 7: Sistema Instalación

  • Preparación del sitio: Listo el sitio para la instalación de bombas, paneles e inversor.
  • Proceso de instalación: Proporcione una guía detallada para instalar cada componente.

Paso 8: Prueba y puesta en servicio

  • Pruebas del sistema: Describir los procedimientos para garantizar que el sistema funcione correctamente.
  • Consejos para solucionar problemas: Ofrecer soluciones para problemas comunes del sistema.

Paso 9: Mantenimiento y Monitoreo(Cómo realizar el mantenimiento del sistema de bomba solar)

  • Mantenimiento regular: Establecer un cronograma de mantenimiento para la bomba, paneles e inversor.
  • Rendimiento del sistema de monitoreo: Analizar métodos para monitorear y garantizar la eficiencia del sistema a largo plazo.

Conclusión

Hemos cubierto los pasos esenciales en el diseño de un sistema de bomba solar. Para obtener más información, consulte los recursos adicionales proporcionados.

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