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It is known that the use of Photovoltaic Water Pumping Systems (PVWPS) is a solution to supply water to populations living in arid and remote regions. But there are still problems regarding costs and market availability of PVWPS. These systems are usually sold as closed kits and with solar energy dedicated equipment. This situation makes it difficult to replace damaged equipment for other that would be available on the market. Also, solar dedicated equipment are more expensive than the general-purpose ones. Another issue is the oversizing of the PV panel in terms of power, when installing low power PVWPS that employ conventional AC motor-pumps. The oversizing occurs in order to achieve the voltage requirements of these water pumps.
With the aim of solving the problems mentioned above, this work proposes four innovative solutions for low power PVWPS. The proposed solutions are for installations up to 750W (1HP); employ a maximum of 4 photovoltaic modules; are composed of standard frequency converters and AC motor-pumps. Also, a simple and cost-effective DC-DC voltage step-up converter was conceived to be a part of the suggested PVWPS. It was designed and tested a 750W DC-DC step-up converter with a static gain of 3.44.
One of the proposed solutions for low power PVWPS employing the designed DC-DC step-up converter was tested in a laboratory environment and successfully validated. The system was tested under distinct weather conditions and showed promising results. It was verified that is possible to conceive a PVWPS based on standard frequency converters and other conventional components.
The present work was made in cooperation with the company VALLED. The goal was to work together with the company in order to develop a modular, reliable, robust and cost effective solution.
Sabe-se que o uso de sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água (SFVBA) vieram como uma solução para fornecer água a populações que vivem em regiões áridas e remotas. No entanto, ainda existem problemas em relação aos custos e disponibilidade no mercado dos SFVBA. Esses sistemas geralmente são vendidos como conjuntos fechados e com equipamentos dedicados à energia solar. Essa situação dificulta a substituição de equipamentos danificados por outros que estariam disponíveis no mercado. Além disso, os equipamentos dedicados a uso com energia solar são mais caros que os de uso geral. Outra questão é o superdimensionamento do painel fotovoltaico em termos de potência, ao instalar SFVBA de baixa potência que empregam motobombas CA convencionais. O sobredimensionamento ocorre para que se atinjam os requisitos de tensão dessas bombas de água. Para solucionar os problemas mencionados acima, este trabalho propõe quatro soluções inovadoras para SFVBA de baixa potência. As soluções propostas são para instalações de até 750W (1HP); empregam no máximo 4 módulos fotovoltaicos; são compostas por conversores de frequência padrão e motobombas CA. Além disso, para compor os SFVBA sugeridos, um conversor CC-CC elevador de tensão com estrutura simples e econômica foi concebido. Foi projetado e testado um conversor CC-CC elevador de tensão de 750W com um ganho estático de 3,44. Uma das soluções propostas para SFVBA de baixa potência empregando o conversor CC-CC projetado foi testada em um ambiente de laboratório e validada com sucesso. O sistema foi testado sob condições climáticas distintas e mostrou resultados promissores. Verificou-se que é possível conceber um PVWPS baseado em conversores de frequência de uso geral e outros componentes convencionais. O presente trabalho foi realizado em cooperação com a empresa VALLED. O objetivo era trabalhar em conjunto com a empresa para desenvolver uma solução modular, confiável, robusta e econômica.
Sabe-se que o uso de sistemas fotovoltaicos de bombeamento de água (SFVBA) vieram como uma solução para fornecer água a populações que vivem em regiões áridas e remotas. No entanto, ainda existem problemas em relação aos custos e disponibilidade no mercado dos SFVBA. Esses sistemas geralmente são vendidos como conjuntos fechados e com equipamentos dedicados à energia solar. Essa situação dificulta a substituição de equipamentos danificados por outros que estariam disponíveis no mercado. Além disso, os equipamentos dedicados a uso com energia solar são mais caros que os de uso geral. Outra questão é o superdimensionamento do painel fotovoltaico em termos de potência, ao instalar SFVBA de baixa potência que empregam motobombas CA convencionais. O sobredimensionamento ocorre para que se atinjam os requisitos de tensão dessas bombas de água. Para solucionar os problemas mencionados acima, este trabalho propõe quatro soluções inovadoras para SFVBA de baixa potência. As soluções propostas são para instalações de até 750W (1HP); empregam no máximo 4 módulos fotovoltaicos; são compostas por conversores de frequência padrão e motobombas CA. Além disso, para compor os SFVBA sugeridos, um conversor CC-CC elevador de tensão com estrutura simples e econômica foi concebido. Foi projetado e testado um conversor CC-CC elevador de tensão de 750W com um ganho estático de 3,44. Uma das soluções propostas para SFVBA de baixa potência empregando o conversor CC-CC projetado foi testada em um ambiente de laboratório e validada com sucesso. O sistema foi testado sob condições climáticas distintas e mostrou resultados promissores. Verificou-se que é possível conceber um PVWPS baseado em conversores de frequência de uso geral e outros componentes convencionais. O presente trabalho foi realizado em cooperação com a empresa VALLED. O objetivo era trabalhar em conjunto com a empresa para desenvolver uma solução modular, confiável, robusta e econômica.
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Keywords
Photovoltaic water pumping Frequency converter Switched-capacitor double boost converter AC motor-pump Photovoltaic energy