RIEGO
Bombeo Solar 230 kW – 500 V híbrido – Comunidad de Regantes Aguas de Santa María
30 May, 2023
Resumen de la aplicación
La instalación está compuesta de 2 pozos de captación para elevación de agua de riego a 2 balsas. Una de las balsas está situada a unos 20 m de los pozos de captación con una capacidad de 60.000 m3; y la otra ubicada a 800 m con un volumen de 100.000 m3. El agua de las balsas se utiliza para regar por gravedad los campos colindantes de viña, olivo, almendro, hortalizas y árboles frutales.
Para la elevación del agua a balsa se cuenta con 2 bombas sumergidas a 150 m: la primera de 230 kW, 500 V y la otra de 150 kW, 500V. Los pozos están a una distancia de 25m hasta el cuadro de control.
La tensión de red disponible en la instalación es de 500 V. Las bombas eran alimentadas directamente antes de la instalación del campo solar.
La propuesta final fue instalar un bombeo solar híbrido con conmutación a red. Trabajará de forma totalmente aislada (100 % solar) durante las horas centrales del día y en caso de necesidad es posible conectarse a la red eléctrica.
El campo solar fotovoltaico instalado consta de 756 módulos de 545 Wp para conseguir un total de 412 kWp. La configuración final fue 42 series de 18 módulos agrupadas en 3 grupos de 137 kWp con 14 series cada uno.
1
Campo solar fotovoltaico de 412 kWp.
Formado por 756 módulos de 545 Wp.
2
Interior del cuadro de control.
Contiene el variador FRENIC-HVAC de 300 CV – 575 V.
3
Solución para monitorización remota.
Compuesta por la pantalla V9, y el software V9-APP-SP para Bombeo Solar.
Requerimientos de la aplicación
El objetivo principal de este proyecto es disminuir el consumo procedente de la red eléctrica usado en el bombeo de agua para el riego. Con dicho ahorro energético se espera generar un importante ahorro económico del coste energético que permita una rápida amortización del mismo.
Bomba de riego a 500V.
Una de las peculiaridades de esta aplicación fue que los motores de las bombas se alimentaban a 500 V, tensión poco habitual. Por tanto, era necesario instalar un variador con posibilidad de regular una bomba a 500 V. Fuji Electric posee un modelo de la familia FRENIC-HVAC que permite trabajar con un rango de voltaje adecuado para bombas de 500 V. La configuración del campo solar planteada ofrece una tensión máxima en circuito abierto de 891 V necesaria para alimentar el FRENIC-HVAC sin superar el límite de los 900 V.
Distancia motor a variador superior a 50 metros.
La gran distancia de cable desde las bombas hasta los variadores (175 m) amplifica los picos de tensión de alta frecuencia a la salida del variador, este fenómeno puede producir efectos adversos en el aislamiento de los motores. Para solucionarlo, es necesaria la instalación de un filtro sinusoidal de salida entre el variador y la bomba.
Configuración especial de bombeo solar.
Como consecuencia del uso del FRENIC-HVAC para gobernar el motor de 500V, ha sido necesario incluir un variador FRENIC-Ace para Bombeo Solar que funcione como control del sistema de bombeo solar. Con esta configuración, hemos podido ofrecer una solución que se adapta a la necesidades de especiales de alimentación y potencia sin perder la capacidad de control del bombeo solar.
Control de nivel de balsa.
La instalación requiere un control de los niveles de las balsas. El sistema debe de asegurar los niveles mínimos y máximos para evitar reboses o falta de agua. Por esa razón fue necesario el uso de las señales provenientes de las sondas de nivel.
Uso conmutado del variador para las 2 bombas.
En esta primera fase el sistema contempla la posibilidad de utilizar un solo variador para regular las dos bombas de forma independiente, nunca funcionarán de forma simultánea. Como consecuencia, a la salida del variador se instaló una maniobra de conmutación.
Gestión remota de la instalación.
Por último, dada la importancia de la instalación, el usuario requiere una monitorización remota las 24h del día para obtener el estado de funcionamiento o estadísticas de funcionamiento. Además en caso de averías, necesita un sistema de supervisión de alarmas y ajustes del variador que le permita actuar rápidamente ante cualquier incidente.
Solución Fuji Electric
Fuji Electric, el gran especialista en Bombeo Solar.
Gracias a la amplia gama de variadores que ofrece Fuji Electric, somos capaces de ofrecer soluciones flexibles y ajustadas a las necesidades de cada proyecto. En este caso de éxito, la solución ofrecida consistió en instalar nuestro robusto FRENIC-HVAC de 575 V como etapa de potencia, gobernado por un equipo de poca potencia FRENIC-Ace para Bombeo Solar. Permitiendo cumplir con los rangos de tensión establecidos por las bombas y dar solución a las exigencias de una aplicación de bombeo solar.
Una gran variedad de opciones y accesorios completan la gama de productos de Fuji Electric
En este caso podemos destacar el uso de dos tipos de filtros: Filtros de salida (dU/dt o sinusoidales) que protegen el aislamiento del motor en caso de largas distancias de cable desde variador a motor, y los filtros CEM de entrada que trabajan a nivel de interferencias conducidas de sistemas eléctricos con variador de frecuencia.
Equipos instalados
1 ud. Variador serie HVAC, 300 CV, 575 V modelo FRN300AR1S-5U.
1 ud. Variador Ace para Bombeo Solar de 1,1 kW, 400 V modelo FRN0004E2E-4GA-CLI-SOL.
1 ud. Filtro sinusoidal de salida 350 A modelo CNW 933/350.
1 ud. Filtro de entrada CEM de CC y 400 A modelo FN 2200-400-99.
1 ud. Solución de monitorización remota para Bombeo Solar V9-APP-SP.
1 ud. Pantalla HMI modelo V906iTD
Detección del nivel de balsa para prevenir rebose.
Gracias a este sencilla y útil función, es posible detener la bomba mediante el uso de una boya de nivel conectada a una de las entradas digitales del variador FRENIC-Ace para Bombeo Solar. Además, cuenta con retardo a la conexión y a la desconexión para evitar arranques y paros indeseados debidos a las oscilaciones del agua.
Conectados con el mundo. Soporte 24h 365 días
Gracias a la solución V9-APP-SP instalada podemos ofrecer una conexión remota segura que nos permite monitorizar y generar informes de funcionamiento del bombeo, ajuste y puesta en marcha del variador y monitorización y control de las alarmas de forma rápida y sencilla. Además, incorpora control de grupo electrógeno y programador de riego hasta 17 sectores.
Ventajas de la solución
Ahorro en el coste energético del 80 %
El uso del bombeo solar en las horas centrales del día a permitido conseguir un ahorro del 80 % en la factura eléctrica del cliente. Como especialistas en bombeo solar hemos optimizado el uso del riego solar versus la conexión eléctrica, reduciendo los paros por paso de nubes y garantizando un arranque y paro de la bomba óptimos independientemente de las condiciones de trabajo. Además, en el caso de trabajo con red, hemos reducido el consumo de energía reactiva ayudando también al ahorro eléctrico de la instalación.
Solución robusta y fiable.
El FRENIC-Ace para bombeo solar no necesita el sensor de irradiancia para conocer la potencia disponible en los paneles fotovoltaicos. Gracias a esta prestación, evitamos paradas inesperadas debidas a la inestabilidad de la potencia disponible en los días con nubes. Además, permite evitar paros por fallo del sensor de irradiancia.
Durabilidad y fiabilidad gracias a la gran robustez de los variadores Fuji Electric.
La calidad y robustez de los componentes utilizados en la fabricación de nuestros variadores, garantiza una gran durabilidad en las condiciones más exigentes de trabajo. Aspectos como las altas temperaturas en verano y ciclos de trabajo de la instalación son aspectos muy importantes a tener en cuenta para asegurar la fiabilidad del riego. Las garantías de 3 años en el FRENIC-Ace y de 5 años en el FRENIC-HVAC, confirman compromiso.
Resultado obtenido
Fuji Electric como gran especialista en bombeo solar y sistemas de automatización ofrece soluciones flexibles y adaptadas a los requerimientos de cada aplicación. En este caso, podemos resumir la solución en dos partes, hardware y software.
HARDWARE
La aplicación ha sido resuelta con un variador FRENIC-HVAC de 300 CV – 575 V trabajando como etapa de potencia, para adaptar el voltaje necesario de 500 V de la bomba y gobernado por un variador FRENIC-Ace para Bombeo Solar que trabaja como “cerebro” del bombeo solar. Como consecuencia, solucionamos los siguientes puntos:
1: El variador admite el voltaje máximo suministrado por el campo fotovoltaico.
2: Proporcionamos al motor de la bomba ya instalada la tensión de 500 V requerida.
3: Dotamos al sistema de riego de la inteligencia, autonomía y funciones especiales que requiere una instalación de bombeo solar.
Instalación de filtros de salida para evitar los efectos adversos producidos por la gran longitud de cable desde las bombas al variador (200 m. aprox.)
Además, se han instalados filtros CEM de entrada y reactancia DCR para mejorar aun más la eficiencia energética del sistema.
SOFTWARE
El FRENIC-Ace para bombeo solar incorpora todas las funciones especiales y dedicadas necesarias para el buen funcionamiento: Funciones de bombeo solar (MPPT, Paso de nube, etc.), de protección de la bomba (Smart Start, dormir/despertar o pozo seco) y dedicadas al riego como el control de nivel.
En este caso con la función “Detección de nivel de tanque”, el variador controla la bomba en función del nivel máximo o mínimo de la balsa.
Por otro lado gracias a la V9-APP-SP, el cliente puede acceder a su instalación desde cualquier parte, ya sea desde móvil, Tablet o PC. El cliente tiene controlada la instalación y en caso de cualquier alarma recibe aviso de lo ocurrido automáticamente vía email. Diariamente recibe estadísticas de funcionamiento para evaluar su funcionamiento.
FUNCIONAMIENTO
Durante el día se prioriza el funcionamiento en modo 100 % solar, siempre y cuando exista energía suficiente para mantener los niveles de balsa deseados. Cuando es necesario, se conecta a red eléctrica de 500 V para trabajar en modo híbrido o durante la noche con tarifas nocturnas más económicas.
Después de varios meses de funcionamiento, los resultados muestran el gran ahorro conseguido en la factura de electricidad gracias a nuestra solución de Bombeo Solar :
-La puesta en marcha se realizó el 27 de julio de 2022.
-Desde agosto a octubre de 2022, la comunidad de regantes certifica un ahorro de 70.000 €. Supone una reducción en el recibo de electricidad de más del 80 %, con respecto a los meses previos a la puesta en marcha del sistema de bombeo solar.
-Se traduce en una gran reducción del precio del metro cúbico de agua bombeada.
-El periodo de amortización de la inversión se sitúa entorno 4 años.
Por último recordar que gracias a la solución Fuji Electric, la instalación ofrece una gran autonomía, fiabilidad y viabilidad económica a futuro ante la incertidumbre de los costes energéticos.
