Bombeo de agua fotovoltaico basado en inducción de bobinado abierto

Investigadores de la India han desarrollado una novedosa máquina de inducción de bobinado abierto (OWIM, por sus inciales en inglés) alimentada por energía fotovoltaica para el bombeo de agua en la agricultura.

En un sistema OWIM, los puntos finales de cada fase están separados, lo que permite un control y un funcionamiento más flexibles del motor. “Esta configuración facilita la disposición óptima de los paneles solares, elimina la necesidad de grandes cadenas y mejora el rendimiento de los sistemas solares al permitir un amplio rango de tensión de funcionamiento”, explica el grupo de investigación. “Además, la reducción de los potenciales nominales de las capacitancias de enlace de CC y de los elementos de conmutación del esquema supone un ahorro de costes”.

Los científicos realizaron el modelado numérico del sistema mediante el software MATLAB. Constaba de paneles fotovoltaicos con una capacidad combinada de 3,65 kW, inversores dobles que permitían las funcionalidades de los inversores de tres niveles utilizando al mismo tiempo tensiones de bus de CC de menor valor, y un OWIM trifásico con accionamientos de bombeo de 4,2 kW. Además, incluyeron un controlador de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) que utiliza modulación por ancho de pulsos (PWM) y algoritmos de optimización de enjambre de partículas modificado (MPSO).

“Este algoritmo crea los impulsos de controlador PWM necesarios para los inversores duales segmentados”, subrayaron. “La técnica MPPT maximiza la extracción de potencia de la fuente solar para una utilización eficiente. El PWM integra controles V/f, manteniendo fijo el flujo valorado en la máquina para optimizar la capacidad de par. Esto garantiza la máxima utilización de la fuente fotovoltaica en aplicaciones de accionamiento de bombas en las que el par depende de la velocidad”.

Según se informa, este algoritmo de conmutación es capaz de calcular el tiempo de activación de los interruptores superiores de uno de los dos inversores, mientras que el periodo de activación del segundo inversor se obtiene directamente utilizando su tiempo de activación. “Además, el sistema de control sólo necesita detectar la tensión y la corriente solares, lo que reduce el número de sensores y mejora la simplicidad y la rentabilidad del sistema”, subraya el grupo de investigación.

Los académicos simularon el funcionamiento del sistema en diferentes condiciones, como la temperatura y la irradiación. “Una observación notable es la presencia de contenido ondulado en las formas de onda del par y la corriente de fase del motor, que corresponde directamente a miliamperios. La ondulación del par es muy pronunciada en condiciones de insolación reducida y disminuye a medida que aumenta la insolación”, dijeron.

Además, descubrieron que el rendimiento del sistema en cuanto a distorsión armónica total (THD) mejora con una mayor potencia fotovoltaica. “Examinando el resultado, se puede observar el comportamiento dinámico del sistema, que ilustra cómo responde durante el funcionamiento la solución propuesta que utiliza OWIM e inversores dobles”, concluyeron.

Sus conclusiones se presentan en el artículo “A novel approach for solar combined open-ended winding induction machine for agriculture water pumping applications” (Un enfoque novedoso para la máquina de inducción de bobinado abierto combinada solar para aplicaciones de bombeo de agua agrícola), publicado en Measurement: Sensors. La investigación la llevaron a cabo científicos del Instituto de Tecnología Karunya de Inbdia y de la Escuela Superior de Ingeniería Jyothi.