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Universidade de Lisboa (2019)

Large power hybrid PV pumping for irrigation

Hogan Teves de Almeida, Rita

Titre : Large power hybrid PV pumping for irrigation

Auteur : Hogan Teves de Almeida, Rita

Université de soutenance : Universidade de Lisboa

Grade : Doctor en Fisica 2019

Résumé
El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de soluciones técnicas para el funcionamiento fiable y eficiente de sistemas híbridos de riego fotovoltaico (FV) de alta potencia. Estas soluciones técnicas se han aplicado al diseño e instalación de dos demostradores de riego FV por goteo a escala real – uno de 140 kWp híbrido FV-diésel en Alter do Chão, Portugal, y otro de 120 kWp híbrido FV-red en Tamelalt, Marruecos. Los dos sistemas están en pleno funcionamiento desde el 2016 y ambos cuentan con sistemas de monitorización. Para validar técnica y económicamente ambos demostradores a partir de estos datos de monitorización, ha sido necesario desarrollar nuevos índices de calidad de su operación ya que, a diferencia de los sistemas FV de conexión a red, el funcionamiento de este tipo de sistemas se ven afectados por factores ajenos a su calidad. Así, el tradicional performance ratio (PR) ha sido factorizado en 4 indicadores distintos : PRPV (que incluye las pérdidas relacionadas con el sistema FV), URIP (que varía con el cultivo y su periodo de riego), URPVIS (que depende del diseño del sistema de riego FV), y UREF (que cuantifica la utilización real del sistema por el usuario). Las principales soluciones técnicas desarrolladas incluyen, primero, un algoritmo que permite eliminar los problemas asociados a la intermitencia de la potencia FV causada, por ejemplo, al efecto del paso de nubes ; segundo, el ajuste entre la producción FV y la demanda de agua a través de la utilización de seguidores de eje norte-sur horizontal (N-S) ; y, tercero, la integración de los sistemas FV en los sistemas de riego que ya existían en las fincas mediante configuraciones de diseño que permiten maximizar el aprovechamiento de la energía solar. La tesis se estructura en 2 partes. En la primera se presentan los resultados de la evaluación técnica y económica de los dos demostradores. El de Portugal muestra penetraciones FV durante el periodo de riego de 0.49 (en 2017) y 0.36 (en 2018), y PR de 0.16 (en 2017) y 0.22 (en 2018) fuertemente influenciados por la utilización del usuario (UREF de 0.29 y 0.44 respectivamente). En el caso de Marruecos la penetración FV, en 2017 y 2018, es de 0.48 y 0.55, y el PR de 0.24 y 0.29 (UREF de 0.32 y 0.36), respectivamente. A nivel económico, la inversión inicial en ambos sistemas es 1.2 €/Wp, el período de retorno de la inversión es 8.8 años en Portugal y 7 en Marruecos y, finalmente, el Levelized Cost of Energy es 0.13 €/kWh en Portugal y 0.07 €/kWh en Marruecos, llevando a ahorros del 61% y 66% en Portugal y Marruecos, respectivamente. En la segunda parte de la tesis, se realizan otras tres contribuciones novedosas para el diseño de sistemas de riego FV de alta potencia. La primera es un nuevo tipo de estructura, llamada Delta, que tiene por objetivo conseguir un perfil constante de irradiancia con una estructura estática para los casos en que los usuarios no deseen instalar seguidores solares. Es interesante subrayar que la potencia pico necesaria en esta estructura para llegar al mismo volumen de agua del sistema con seguidor N-S es más pequeña que la necesaria con la típica estructura estática orientada al ecuador. El segundo estudio evalúa las pérdidas en un sistema de riego FV dependiendo del número de módulos en serie del generador FV. Se puede concluir que en la mayor parte de los casos, estas pérdidas no son significativas por lo que carecen de sentido los complejos diseños que está ofreciendo el mercado para evitar estas pérdidas. En localizaciones con muy altas temperaturas medias, en un sistema aislado estas pérdidas disminuyen con el aumento del número de módulos en serie, mientras que en un sistema híbrido con la red eléctrica estas pérdidas son inevitables independientemente del número de paneles, aunque se pueden minimizar. Finalmente, se propone un nuevo método de selección de bombas para sistemas de riego FV a frecuencia variable. Un ejercicio de simulación hecho para 3 lugares distintos de la cuenca mediterránea demuestra que el volumen de agua bombeada por un sistema de riego FV con una bomba seleccionada por este nuevo método tiene incrementos entre el 7.3 y el 20.5% cuando se compara con una bomba seleccionada con el método tradicional.

Présentation

Version intégrale (4 Mb)

Page publiée le 30 janvier 2020