No full-text available
To read the full-text of this research,
you can request a copy directly from the authors.
CONVERSOR DE FREQUÊNCIA COM CLP PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE BOMBEAMENTO: CARACTERIZAÇÃO OPERACIONAL
Abstract
O artigo apresenta a caracterização operacional de um sistema fotovoltaico de bombeamento usando conversor de frequência com CLP (Controlador Lógico Programável) e suas vantagens (apresenta algoritmo de controle de tensão fixa e MPPT do gerador fotovoltaico e proteção de poço seco mediante monitoração da frequência e torque do motor elétrico) em relação ao conversor de frequência convencional sem CLP, ambos de fabricação nacional. O desenvolvimento da caracterização é resultado do aprendizado adquirido em projetos piloto e concretizado pela parceria entre o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da Universidade de São Paulo e a empresa Weg.
No Brasil apesar de já terem sido instalados centenas de sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água, há pouca informação sobre a operacionalidade e adoção desses sistemas. Para identificar as vantagens e problemas desta aplicação foram visitados sistemas fotovoltaicos de bombeamento instalados em cinco estados. Observou-se que muitos desses sistemas encontram-se atualmente desativados, devido aos problemas técnicos relacionados à substituição e conserto das motobombas, assim como aos erros na concepção, planejamento e implantação dos projetos. Sistemas fotovoltaicos de bombeamento que utilizam conversores de frequência, como o proposto por Brito (2006), apresentam-se como uma alternativa para a solução de alguns problemas técnicos de operação e manutenção. O acompanhamento de projetos com sistemas fotovoltaicos de bombeamento com conversores de frequência com a configuração proposta por Brito (2006) permitiu identificar várias vantagens técnicas e econômicas em relação a outras configurações. Apesar de existirem algumas limitações com a configuração mencionada, muitos dos problemas registrados nos projetos com conversores de frequência são consequência de falhas na concepção e implantação dos projetos e não da tecnologia. Neste sentido, orientações para a implantação de sistemas de bombeamento que utilizam esta configuração foram propostas. Entre estas orientações encontram-se a utilização de um novo modelo de conversor de frequência, a capacitação de técnicos e usuários para manutenção dos sistemas e o cuidado com o planejamento dos projetos.
O trabalho apresenta alguns dos resultados obtidos com o desenvolvimento do projeto denominado “Condicionamento de potência em sistemas fotovoltaicos de bombeamento”, contemplado pelo Edital MCT/FINEP CT-Energ - Energias Renováveis – 01/2006. O projeto foi executado pelo Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo com interveniência da SOLARIS Tecnologia Fotovoltaica e da WEG Automação. As atividades e desenvolvimentos realizados tiveram como objetivo central reduzira dependência de equipamentos importados no condicionamento de potência de sistemas fotovoltaicos de bombeamento, particularmente para sistemas destinados a pequenas atividades produtivas no meio rural; micro irrigação e fornecimento de água para criação animal. Para isso, foram desenvolvidas e testadas configurações usando conversores de freqüência e motobombas centrífugas nacionais com potências entre 0,5 e 2 CV.
Photovoltaic pumping systems (PVPS) based on standard frequency converters (SFCs) are currently experiencing a growing interest in pumping programmes implemented in remote areas because of their high performance in terms of component reliability, low cost, high power range and good availability of components virtually anywhere in the world. However, in practical applications there have appeared a number of problems related to the adaptation of the SFCs to the requirements of the photovoltaic pumping systems (PVPS). Another disadvantage of dedicated PVPS is the difficulty in implementing maximum power point tracking (MPPT). This paper shows that these problems can be solved through the addition of a basic industrial programmable logic controller (PLC) to the system. This PLC does not increase the cost and complexity of the system, but improves the adaptation of the SFC to the photovoltaic pumping system, and increases the overall performance of the system.
From the daily water demand, total head and the daily average irradiation, is possible to determine the size of the PV generator for pumping systems. However, once the equipment is acquired, some tests are recommended, specially to verify its performance. One of the most relevant parameters to qualify a pumping system is the daily water delivered (m3/day) as a function of daily irradiation (Wh/m2). Facilities that fit different boundaries conditions, as for example constant total head (m) are not easily available, and just few laboratories have this capability. In this way, a simple instrumentation with the capability to determine the daily performance of PV pumping systems is presented. The proposed test tools use a hydraulic circuit with two motopumps, one connected to the PV system and the other to the electric grid. The total head is maintained constant by the variable-speed drive connected to the grid. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.
This work presents a systematized procedure for the parameter characterization of a variable-speed drive (VSD) for use in applications to photovoltaic pumping systems (PVPS). The study focuses on the process of the PID controller's tuning of the VSD, in order to optimize the configuration. In this work, three methods of tuning are analyzed and the results show that the methods based on the system's response in open-loop are the most suitable, as well as the use of only the integral proportional control actions (PI). Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.
Standard frequency converters (FCs) are evaluated in this work as a universal solution for photovoltaic (PV) water pumping systems. FCs can be connected directly to a PV generator to power centrifugal submersible pumps driven by three-phase asynchronous induction motors. In comparison with dedicated products, the use of standard FCs and centrifugal motopumps encompasses several advantages: power range, broad range of products and technological independence. This paper describes the main rules to implement standard FCs in PV pumping systems, and presents a model to estimate its performance from standard pumps manufacturers' data. The experimental validation of the model is also presented. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.
A low-cost circuit was developed for stable and efficient maximum power point (MPP) tracking in autonomous photovoltaic-motor systems with variable-frequency drives (VFDs). The circuit is made of two resistors, two capacitors, and two Zener diodes. Its input is the photovoltaic (PV) array voltage and its output feeds the proportional-integral-derivative (PID) controller usually integrated into the drive. The steady-state frequency–voltage oscillations induced by the circuit were treated in a simplified mathematical model, which was validated by widely characterizing a PV-powered centrifugal pump. General procedures for circuit and controller tuning were recommended based on model equations. The tracking circuit presented here is widely applicable to PV-motor system with VFDs, offering an efficient open-access technology of unique simplicity. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.
Impedance matching and new use of speed controllers in PV pumping systems. 14 th European Photovoltaic Solar Energy Conference
- Alonso Abella
- M Chenlo
- F Blanco
Alonso Abella, M., Chenlo, F., Blanco, J., Impedance matching and new use of speed controllers in PV pumping
systems. 14 th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Espanha, pp 2276-2279, 1997.
Otimização do acoplamento de geradores fotovoltaicos a motores de corrente alternada através de conversores de frequência comerciais para acionar bombas centrífugas
- A U Brito
Brito, A.U., Otimização do acoplamento de geradores fotovoltaicos a motores de corrente alternada através de
conversores de frequência comerciais para acionar bombas centrífugas, Tese de Doutorado, PPGE, Universidade
de São Paulo, São Paulo, 2006.
Sistemas fotovoltaicos de abastecimento de água para uso comunitário: lições apreendidas e procedimentos para potencializar sua difusão
- M C Fedrizzi
Fedrizzi, M. C., Sistemas fotovoltaicos de abastecimento de água para uso comunitário: lições apreendidas e
procedimentos para potencializar sua difusão, Tese de Doutorado, PPGE, Universidade de São Paulo, São Paulo,
2003.
Pump genius solar -Manual beta do usuário para instalação e parametrização
- Weg
WEG, Pump genius solar -Manual beta do usuário para instalação e parametrização, WEG, 2015.