Estudio del sistema de riego fotovoltaico: nuevos índices y valores experimentales

QPV y el Instituto de Energía Solar, de la Universidad Politécnica de Madrid, han realizado un estudio sobre 2 años de funcionamiento de un riego fotovoltaico sin baterías de alta potencia

QPV y el Instituto de Energía Solar, de la Universidad Politécnica de Madrid, han realizado un estudio sobre 2 años de funcionamiento de un sistema de riego fotovoltaico sin baterías de alta potencia situado en Aldeanueva de Ebro, La Rioja. El diseño de estos sistemas fotovoltaicos aún no ha alcanzado su madurez y no se dispone de datos experimentales sobre su rendimiento o su comportamiento ante fluctuaciones de potencia fotovoltaica. Este hecho hace que los estudios experimentales de instalaciones reales sean de gran interés. Este trabajo se ha presentado en las conferencias EU PVSEC 2021, que este año se celebran de forma telemática.

El artículo presentado incorpora la definición de nuevos índices utilizados para evaluar tanto la robustez del sistema frente a las fluctuaciones de potencia fotovoltaica (el "Número de paradas bruscas" y el "Índice de resistencia al paso de nubes") como el rendimiento (factorizando el PR tradicional para determinar la influencia de distintos factores externos al sistema). Además, presenta los valores experimentales de un sistema de riego fotovoltaico de 213 kWp (PVIS: sistema de riego fotovoltaico) bombeado a balsa sin baterías.

El PVIS estudiado está formado por un generador FV de 213 kWp conectado a dos variadores de frecuencia (FCs: frequency converters) de 110 kW, cada uno de los cuales alimenta a una bomba de 75 kW. Estas bombean agua del canal de Lodosa a una balsa situada a una altura manométrica total de 225 m. El PVIS se controla por medio de un PLC que estima la potencia FV disponible y arranca o para los variadores. Cuando se pone en marcha un variador la bomba a la que alimenta comienza a bombear.

El primer dato relevante utilizado para evaluar el sistema de riego FV es el número de paradas bruscas FV. Una parada abrupta es una parada repentina e incontrolada de un accionamiento que suele estar causada por una rápida intermitencia de la potencia FV o por una inestabilidad en el sistema de control debida a un mal funcionamiento del mismo. Las paradas bruscas provocan golpes de ariete y sobretensiones que amenazan seriamente la integridad de la parte hidráulica y eléctrica del sistema.

El segundo índice que evalúa la calidad del PVIS es el índice de resistencia al paso de nubes. Un paso de nubes es una fluctuación de la potencia fotovoltaica, normalmente debida al paso de una nube sobre el generador fotovoltaico que le hace sombra parcial o totalmente, que puede ser resistida o provocar el apagado brusco del sistema. El índice de resistencia al paso de nubes es la relación entre el número de pasos de nubes resistidos y el número total de pasos de nubes soportados por el sistema.

Por último, el coeficiente de rendimiento (PR) se utiliza para analizar el rendimiento global de un sistema FV. Debido a las particularidades de los sistemas de riego FV de alta potencia, es interesante distinguir entre las pérdidas de RP debidas a tres motivos diferentes: el periodo de no riego, asociado a las necesidades de agua del cultivo; las características intrínsecas del diseño del sistema FV; y circunstancias externas al sistema, como los hábitos de la comunidad de regantes o las diferentes precipitaciones a lo largo del tiempo, que también pueden afectar al RP. Teniendo esto en cuenta, la RP puede expresarse como el producto de 4 factores diferentes:

  • PRPV: es el PR considerando sólo las pérdidas estrictamente relacionadas con el propio sistema fotovoltaico.
  • URIP: coeficiente de utilización relacionado con el periodo de riego.
  • URPVIS: El ratio de uso relacionado con el diseño PVIS: tipo de sistema de riego, ratio entre la potencia fotovoltaica pico y la potencia fotovoltaica necesaria para el riego, el tipo de seguimiento del generador fotovoltaico y la precisión del ajuste de los algoritmos de control del PLC.
  • UREF: coeficiente de utilización relacionado con las decisiones tomadas por la comunidad de regantes.

El estudio se realiza a lo largo de dos años de funcionamiento real del sistema. El porcentaje de paradas bruscas y el índice de resistencia al paso de nubes, tras una adecuada puesta a punto del sistema, alcanzaron valores del 1,3% y el 99,8%, respectivamente. Para calcular el índice de resistencia al paso de nubes, el estudio considera nubes asociadas a caídas de irradiancia del 50% que generan una caída de potencia del 40% en 3 ó 4 segundos. Este criterio se estableció tras analizar las nubes a lo largo de tres meses y comprobar que el 97,3% de ellas estaban asociadas a caídas de irradiancia iguales o inferiores al 50% y que la mayor frecuencia de este tipo de nubes correspondía a las que provocaban una fluctuación de potencia de 3 ó 4 segundos de duración.

El valor de PR durante el primer año fue del 60,0% y del 46,8% durante el segundo año. Para comprender los valores obtenidos, conviene analizar los valores de PRPV, URIP, URPVIS y UREF. Los valores PRPV son similares a los valores PR esperados para los sistemas FV conectados a la red (>80%). El valor URIP es del 100% o muy cercano cuando el periodo de riego se extiende durante la mayor parte del año, pero desciende considerablemente cuando el periodo de riego es más corto. Los valores URPVIS, que se ven más afectados por las condiciones meteorológicas y las paradas de los accionamientos, son superiores al 70,0% y mejoran en el segundo año. Los valores UREF están muy próximos al 100%.

Como conclusión, se puede afirmar que en el caso de sistemas de riego FV de alta potencia, sin baterías y bombeando a un estanque:

  • Se puede exigir un valor del 95% para el índice de resistencia al paso de nubes.
  • El RP esperado en los sistemas de buena calidad es del 65%. Los valores esperados para los distintos factores son: PRPV > 80%, similar al valor esperado en sistemas fotovoltaicos conectados a la red; URIP≈100% si las necesidades de riego de los cultivos se reparten a lo largo de la mayor parte del año y/o si el dimensionamiento del depósito y del generador fotovoltaico es el adecuado; URPVIS > 85% cuando la potencia pico fotovoltaica se ajusta correctamente a la potencia fotovoltaica necesaria para el riego y los algoritmos de control PLC y la sintonización de los variadores de frecuencia son correctos; y UREF≈100% si el usuario final hace un uso adecuado del sistema.

El artículo completo puede consultarse en la publicación de los conferenciantes.

díganos cómo podemos ayudarle

Maximice la rentabilidad de su planta

Nuestra experiencia, conocimientos y clientes nos avalan, lleve su planta solar al siguiente nivel con QPV.

¡Contáctanos hoy para comenzar!
Ir arriba