Nueva estrategia de control para bombas de agua fotovoltaicas que funcionan en condiciones atmosféricas variables

Un grupo de investigación turco ha creado un novedoso algoritmo de control para bombas de agua alimentadas con energía fotovoltaica que funcionan con una intensidad de irradiación variable.

Las bombas de agua alimentadas con energía fotovoltaica se utilizan principalmente en el riego agrícola, en lugares donde el transporte de energía es caro o no está disponible. Suelen utilizar motores de inducción por su pequeño tamaño, robustez y alto rendimiento. Sin embargo, según los investigadores, controlar los motores de inducción para que produzcan un par constante es un reto, ya que implican una dinámica no lineal y entradas de carga desconocidas, así como parámetros mecánicos y eléctricos variables en el tiempo.

Los científicos explicaron que su nueva técnica de control adaptativo de potencia (APC) tiene una estructura que permite a la bomba de agua trabajar con un alto rendimiento y eficiencia en cada punto de funcionamiento, ya que el algoritmo es capaz de determinar con precisión el punto de máxima potencia del sistema fotovoltaico y la velocidad del rotor de un motor de inducción en condiciones atmosféricas variables.

“Al emplear un único sensor de irradiancia y eliminar la necesidad de un sensor de velocidad, el método resulta más rentable y práctico”, afirman. “El método propuesto de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) sin sensores rastrea con éxito los puntos de máxima potencia del sistema fotovoltaico y transfiere eficientemente la potencia variable producida por el sistema fotovoltaico a la bomba”.

Para calcular la velocidad real del motor sin el sensor de velocidad, el nuevo método también utiliza el filtro Extended Kalman-Bucy, que suele emplearse para estimar vectores de estado de objetos en seguimiento. “El filtro Extended Kalman-Bucy fue seleccionado por su reputación como el estimador de estados y parámetros más eficaz y sistemático de la literatura”, señalan los académicos. “La capacidad del filtro para aplicarse fácilmente al modelo de espacio de estados de un sistema conocido, su capacidad para la estimación de parámetros y, lo que es más importante, su capacidad para filtrar el ruido son las razones para elegir este algoritmo”.

Mediante una simulación, el grupo comprobó la eficacia del algoritmo en un sistema de bombeo de agua basado en un conjunto fotovoltaico de 1,2 kW y un motor de inducción de 1,1 kW. Se comprobó que el motor sigue correctamente la velocidad de referencia generada por el APC.

“El método adaptativo desarrollado no sólo mejora la eficiencia global del sistema fotovoltaico de bombeo de agua, sino que también contribuye a la sostenibilidad y viabilidad de las aplicaciones de energías renovables”, concluyen los científicos. “Al reducir la dependencia de sensores y hardware de control adicionales, el método propuesto proporciona una solución rentable para aprovechar la energía solar en aplicaciones de bombeo de agua”.

Presentaron el algoritmo en el artículo “Speed sensorless Adaptive Power Control for photovoltaic-fed water pump using Extended Kalman-Bucy filter” (Control adaptativo de potencia sin sensor de velocidad para bombas de agua alimentadas con energía fotovoltaica mediante el filtro Kalman-Bucy ampliado), publicado en energy reports. Los investigadores proceden de la Universidad Batman y la Universidad Firat de Turquía.

De cara al futuro, sugirieron seguir probando el novedoso controlador en un sistema de bombeo de agua alimentado por energía fotovoltaica a mayor escala, junto con su combinación con distintas técnicas de almacenamiento de energía.