Ficha técnica

El bombeo solar híbrido
LORENTZ PSk

La familia PSk hace trabajar juntos el campo fotovoltaico y una segunda fuente de energía, sobre la misma bomba y en continuo. El PSk3 lleva su entrada en corriente alterna dentro del regulador, para los sistemas de 8,3 y 16 kVA. Por encima, el PSk2 recibe la misma capacidad a través del smartPSUk2, hasta los reguladores de 100 kWp de entrada solar y 75 kW de potencia de motor. El smartStart añade el mando automático del grupo electrógeno.

Mezcla continua de las dos fuentes PSk3: entrada CA integrada PSk2 + smartPSUk2 Día y noche
El principio

Las dos fuentes alimentan el mismo bus, el sol primero

Un sistema PSk híbrido posee una sola electrónica de potencia y un solo motor. El campo fotovoltaico y la fuente alterna desembocan en el mismo bus de continua, el que alimenta el regulador de bomba. Las fichas técnicas del smartPSUk2 describen el comportamiento en una frase: el sistema combina la energía de forma continua, de modo que solo se toma de la fuente no solar la cantidad necesaria.

La consecuencia práctica se resume en tres puntos. El fotovoltaico conserva la prioridad y aporta lo que puede en cada instante, en función de la irradiación. La segunda fuente aporta el complemento, al instante y a la altura de lo que falta. El caudal o la presión requeridos se mantienen mientras el aporte exterior varía, minuto a minuto, en sentido inverso al del sol.

En un emplazamiento conectado a la red, esto equivale a consumir kilovatios hora de apoyo únicamente durante los valles de irradiación y las horas sin sol. En un emplazamiento equipado con grupo electrógeno, la máquina gira a carga parcial la mayor parte del tiempo, ya que solo cubre la diferencia entre la necesidad de la bomba y la producción del campo. Es este funcionamiento el que permite, como describe la nota smartSolution hybrid pumping, elegir un grupo netamente más pequeño que el que impondría un accionamiento puramente térmico.

Continuolas dos fuentes trabajan al mismo tiempo, el apoyo sigue a la irradiación en espejo
Nocheel bombeo continúa con la fuente alterna cuando la programación lo pide
Un solo motorla misma bomba y el mismo regulador sirven a los dos regímenes
PumpScannertoda la configuración híbrida se ajusta desde la aplicación, sensores incluidos
La familia

El PSk3 lleva su entrada CA, el PSk2 la recibe del smartPSUk2

Dos arquitecturas cubren la gama. En el PSk3, la entrada en corriente alterna está integrada en el regulador: el cable trifásico entra directamente en el aparato, igual que el campo fotovoltaico. En el PSk2, la función corre a cargo de un cuadro específico, el smartPSUk2, que recibe el campo solar y la fuente alterna y entrega al regulador la corriente continua combinada.

Regulador PSk3PSk3‑7PSk3‑15
Potencia de salida nominal8,3 kVA16 kVA
Potencia nominal del motor5,5 kW11 kW
Entrada solar, rango de tensión400 a 850 V400 a 850 V
Tensión MPPT mínima575 V575 V
Entrada CA, tensión nominal380 a 480 V ±10 %380 a 480 V ±10 %
Entrada CA, corriente máxima17,5 A30 A
Calibre máximo de los fusibles CA20 A35 A
Grado de protección del reguladorIP 66IP 66

La corriente de arranque de la entrada alterna alcanza 42 A en los dos tamaños, valor que hay que retener para elegir los órganos de corte. El rango de frecuencia admitido en la entrada es de 45 a 60 Hz según la tabla de datos técnicos, y el manual añade que el regulador vigila la tensión de la red antes de conectarse a ella, y después durante todo el funcionamiento: se conecta cuando la tensión se sitúa dentro del rango previsto, y se detiene con una red inestable.

En modo híbrido, la tensión del campo fotovoltaico gobierna el acceso a la mezcla. El PSk3 rectifica internamente la tensión alterna; para que las dos fuentes trabajen juntas, la Vmp real del campo debe mantenerse por encima de esa tensión rectificada. El manual da la correspondencia: 380 V CA exigen 535 V CC como mínimo, 400 V CA piden 565 V CC, 460 V CA elevan el umbral a 650 V CC y 480 V CA a 680 V CC. El mismo capítulo establece una regla de instalación breve y tajante: en modo híbrido, el campo fotovoltaico no debe ponerse a tierra.
Regulador PSk2Entrada solarMotorCorriente de salidaEntrada CA máx. por fase
PSk2‑2121 kWp15 kW3 × 33 A38 A
PSk2‑2525 kWp18,5 kW3 × 40 A45 A
PSk2‑4040 kWp30 kW3 × 65 A70 A
PSk2‑100100 kWp75 kW3 × 160 A170 A

Dos cuadros cubren esta gama. El smartPSUk2‑40 se asocia a los reguladores PSk2‑21 a PSk2‑40: su entrada alterna acepta 3 × 380 a 415 V ±10 % en 50 o 60 Hz, dentro del límite de 38 kW y 48 kVA, y su salida en continua está dada para 850 V como máximo y 70 A. El smartPSUk2‑100 sirve a los PSk2 por encima del PSk2‑40, hasta el PSk2‑100, con el mismo rango de tensión de entrada, una potencia máxima de 95 kW y una salida en continua de 170 A. Los dos cuadros admiten una tensión de circuito abierto del campo de 850 V, están protegidos IP 54 en una envolvente de acero inoxidable termolacado, funcionan de −10 a 50 °C de temperatura ambiente e incorporan una protección contra el sobrecalentamiento así como una refrigeración activa.

El smartPSUk2‑100 exige 380 V alternos como mínimo. Su ficha técnica lo señala como advertencia: por debajo de ese umbral, la potencia de motor disponible queda limitada. En una red débil o sujeta a variaciones de tensión, LORENTZ orienta hacia dos respuestas, la reducción del límite de potencia en el regulador PSk2 desde los parámetros de funcionamiento de PumpScanner, o la instalación de un transformador, preferiblemente de salidas múltiples entre 400 y 460 V para ajustarse a las condiciones locales.

En cuanto a la compatibilidad, el artículo de la base de conocimientos es claro: los componentes smartSolution, smartPSUk2 y smartStart funcionan con los sistemas PSk2‑x de generación actual, reconocibles por su envolvente azul. Estos sistemas sustituyen a los PSxk2 de envolvente gris, pero ninguna tarjeta electrónica es común a las dos generaciones.
El smartStart

El grupo arranca y se detiene a petición de la bomba

El smartStart es la caja que da al sistema el mando sobre el grupo electrógeno. Se conecta al regulador mediante un cable preparado, que lleva a la vez la alimentación y el diálogo entre los dos aparatos. Según la programación elegida, el sistema pone la máquina en marcha y la detiene, sin que el explotador tenga que desplazarse al emplazamiento.

La condición de empleo recae sobre el propio grupo, que debe disponer de un arranque automático remoto de dos hilos. El smartStart proporciona entonces un contacto de conmutación libre de potencial, cerrado cuando se dispara la petición de arranque. Los manuales PSk2 y PSk3 dan la misma capacidad máxima para ese contacto de relé: 250 V alternos o 30 V continuos, 2 A. En cuanto a las características admitidas para la máquina, la documentación smartSolution del PSk2 acepta 380, 400 o 415 V trifásicos en 50 o 60 Hz; el manual del PSk3 amplía esa lista a las tensiones de 440, 460 y 480 V.

Una batería se aloja en el interior del cuadro, una AGM de plomo de 12 V y 7 Ah como mínimo, del tipo Genesis NP‑12 o similar. El regulador la recarga durante el funcionamiento solar o en red. Sirve precisamente para las horas en que ya nada produce: sin ella, un sistema cuyo bombeo debe empezar a las dos de la madrugada no tendría con qué alimentar sus tarjetas lógicas para ordenar el arranque. La caja se instala a menos de un metro del regulador, con un espacio libre de 250 mm por encima y por debajo.

Una segunda salida del smartStart gobierna los equipos vecinos. La nota ancillary equipment switching enumera sus usos y sus disparadores: poner en marcha una bomba de inyección de fertilizante cuando la bomba LORENTZ está funcionando, lanzar un pívot de riego cuando la potencia disponible basta para el caudal previsto, o arrancar un segundo sistema de bombeo cuando la sonda de sondeo se dispara o cuando el primer sistema recibe su orden de marcha.
El grupo electrógeno

Un dimensionado que parte de la potencia en el punto de funcionamiento

La nota de aplicación dedicada al diseño de los sistemas híbridos PSk2 y smartPSUk2 establece una regla sencilla y la demuestra sobre dos casos. La potencia que hay que retener para el grupo es la que absorbe el motor en el punto de funcionamiento previsto, multiplicada por un coeficiente de seguridad de 1,5, y se entiende como potencia constante, la que la máquina mantiene en continuo.

Primer ejemplo de la nota: una instalación que debe producir 25 m³/h bajo 50 m de altura manométrica total. La potencia absorbida por el motor en ese punto vale 6 kW, lo que conduce a un grupo de 9 kW en potencia constante. Esa máquina es más pequeña que el motor de la bomba, y el documento extrae la consecuencia sin rodeos: no sostiene la bomba a plena potencia sin el concurso del campo fotovoltaico. Segundo ejemplo, la misma instalación llevada a plena potencia absorbe 12,5 kW en el motor, es decir, 18,75 kW de grupo, y ahí la autonomía completa queda garantizada.

La elección entre estas dos lógicas corresponde al proyecto. La nota smartSolution hybrid pumping documenta el caso del grupo deliberadamente compacto: un límite de velocidad, ajustado en PumpScanner bajo el epígrafe PSU speed limit, limita el régimen de la bomba en modo híbrido y permite que un grupo de potencia constante inferior a la del motor haga funcionar el conjunto. El manual PSk2 menciona el mismo ajuste para un sondeo de caudal bajo o para un grupo de menor tamaño. Por último, el comportamiento de las máquinas térmicas varía de un modelo a otro: si aparecen oscilaciones o vibraciones inhabituales al arrancar el sistema híbrido, la nota aconseja reducir la velocidad de la bomba hasta recuperar un funcionamiento estable.

× 1,5coeficiente aplicado a la potencia del motor para obtener la potencia constante del grupo
6 → 9 kWel ejemplo de la nota para 25 m³/h bajo 50 m de altura manométrica total
Carga parcialel régimen normal del grupo, ya que solo cubre la diferencia que deja el sol
Temporizaciónel retardo de arranque evita calar el motor al lanzar el modo híbrido

Esta temporización, ajustada también en PumpScanner, reaparece en cada una de las notas de aplicación en cuanto entra en juego un grupo electrógeno. Deja a la máquina el tiempo de alcanzar su régimen antes de que la bomba le exija su potencia.

Los modos de conducción

Cuatro formas documentadas de conducir un sistema híbrido

Las notas de aplicación LORENTZ describen cuatro modos de conducción, cada uno con sus sensores, sus ajustes de PumpScanner y su caso de uso. Se eligen en el momento de la puesta en servicio y se modifican después a distancia, por temporada o según la necesidad del cultivo.

Presión constante

Un sensor de presión LORENTZ se conecta a una entrada analógica del regulador y se parametriza en PumpScanner; en las bombas de superficie CS‑F y CS‑G, la documentación indica los emplazamientos de montaje previstos en el cuerpo de bomba y en las bridas.

El sistema ajusta el régimen para mantener la consigna, y el aporte alterno cubre lo que la irradiación no proporciona. El manual PSk2 sitúa explícitamente la exigencia de presión constante entre las que motivan el empleo del smartPSUk2. El caso español publicado por LORENTZ adopta así una consigna de 2,5 bar para una red de riego.

Manual PSk2, capítulos 10.5 y 15.2.1; caso práctico Hybrid irrigation in Spain.

Caudal constante

Un contador de agua con salida de impulsos mide el caudal y el sistema ajusta la velocidad de la bomba para mantener el valor programado. La potencia alterna solo se solicita cuando se vuelve necesaria para mantener esa consigna.

La nota toma como ejemplo una azucarera que exige 130 m³/h en continuo durante dieciséis horas, de 4 h 30 a 20 h 30. El arranque automático se produce a la hora elegida, antes o después del amanecer, y la instalación en sistema diésel-híbrido recibe además la temporización de arranque.

Nota de aplicación automatic flow control.

Volumen diario programado

LORENTZ documenta este modo de conducción bajo el nombre « daily flow », ajustado en PumpScanner bajo el epígrafe « daily amount ». Describe una programación del sistema, y no una garantía de resultado asumida por LE LAB. El contador de agua sirve de totalizador: la programación fija la cantidad que hay que bombear y el sistema se detiene en cuanto se alcanza. Si el día solar no ha bastado, la máquina pasa a la fuente alterna y prosigue el bombeo por la noche hasta el volumen requerido.

La puesta a cero del contador se programa a la hora deseada, lo que permite situar el apoyo en una ventana elegida: la nota ilustra un intervalo de 22 h 30 a 4 h y un contador puesto a cero a las 4 h. La necesidad de agua de un cultivo varía a lo largo del año, y el ajuste se retoma temporada a temporada.

Nota de aplicación daily flow.

Solar por defecto

Este modo de conducción se dirige a los emplazamientos que ya poseen un grupo y quieren conservarlo como reserva, sin cambiar las costumbres del explotador. El equipamiento se reduce al regulador PSk2 y al smartPSUk2; el modo PSU se activa en PumpScanner, con un límite de velocidad si es necesario para tener en cuenta un grupo de potencia constante inferior a la del motor.

Después, el uso se resume en un gesto: el explotador pone su grupo en marcha a mano y el sistema pasa a modo híbrido; lo detiene, y la vuelta al solar solo se produce por sí misma. La nota adopta este modo de conducción por la sencillez y la seguridad de explotación que aporta en un emplazamiento ya equipado.

Nota de aplicación solar by default operation.
El punto de instalación

Una corriente no senoidal, y componentes dimensionados sobre el máximo

Es el punto técnico que los manuales tratan con mayor insistencia, y merece plantearse desde el estudio. La entrada en corriente alterna funciona como rectificador: toma de la fuente una corriente no senoidal, cargada de armónicos, cuyo valor máximo supera ligeramente el de una corriente puramente senoidal.

La intensidad realmente absorbida depende de la impedancia y de la tensión de la fuente. Los valores publicados corresponden al caso más exigente, el de un grupo sobredimensionado o el de una red potente, cuando el sistema funciona a plena potencia. El manual PSk3 anuncia hasta 30 A eficaces por fase para un motor de 11 kW llevado a plena potencia, ya que sus datos técnicos se establecen sobre una red trifásica de 400 V de baja impedancia. Para el PSk2, la tabla de secciones de cable y de corrientes de entrada alternas sube de 38 A por fase en el PSk2‑21 a 170 A en el PSk2‑100, pasando por 70 A en el PSk2‑40. La consigna es idéntica en los dos manuales: todos los componentes de la instalación se dimensionan sobre ese valor de corriente máxima.

La red pública impone a veces una restricción adicional. Allí donde unas exigencias locales limitan las distorsiones armónicas, la documentación prevé la instalación de filtros en la entrada alterna. El manual PSk3 añade un efecto útil: esos filtros reducen también la corriente eficaz absorbida de la fuente. Los demás elementos corresponden al instalador, a saber, el cable, el seccionador o interruptor automático alterno y los fusibles, ya que ni fusible ni interruptor automático alterno están integrados en el regulador. En el PSk3, los fusibles recomendados son de tipo gR o gS, calibrados a 20 A para el PSk3‑7 y 35 A para el PSk3‑15. En cuanto a la protección diferencial, la documentación es explícita: este producto puede generar una corriente con componente continua, y solo se admite aguas arriba un dispositivo de tipo B.
En la aplicación

Los sistemas PSk en LE LAB

Los sistemas PSk figuran en el catálogo de la aplicación, con sus curvas y sus límites de empleo: los PSk3‑7 y PSk3‑15 para las potencias compactas, y después los PSk2‑21, PSk2‑25, PSk2‑40 y PSk2‑100 por encima. El cálculo los moviliza allí donde el mando en presión constante y el recurso a un apoyo cobran sentido, es decir, en las redes de riego que exigen una consigna mantenida sea cual sea la luz del día.

Pantalla de resultados de LE LAB en presión constante: histograma del volumen bombeado mes a mes, con la parte cubierta por el sol y la parte aportada por el apoyo, seguido de la tabla de valores mensuales.
El reparto entre el sol y el apoyo, mes a mes, tal como lo devuelve la aplicación en la etapa de resultados. La cuota solar anual y los meses en que trabaja el apoyo aparecen directamente, con la tabla de valores bajo el gráfico.

El informe recoge ese reparto para el proyecto estudiado: el volumen bombeado mes a mes, la parte cubierta por el campo fotovoltaico, la parte aportada por la segunda fuente, y la potencia que el grupo debe mantener en carga continua. Estos tres elementos permiten evaluar la continuidad de funcionamiento prevista por el estudio y el régimen de la máquina térmica.

Fuentes

De dónde vienen estas informaciones

  • Manual de los sistemas de bombeo PSk3, LORENTZ: datos técnicos del regulador, entradas solar y alterna, cableado del funcionamiento híbrido, correspondencia de las tensiones, corriente de entrada y armónicos, fusibles, smartStart y compatibilidad de los generadores.
  • Manual de los sistemas de bombeo PSk2, edición 2023, LORENTZ: datos técnicos de los reguladores PSk2‑21 a PSk2‑100, capítulo smartSolution, instalación y funcionamiento del smartPSUk2, tabla de secciones de cable y de corrientes de entrada alternas, smartStart, contacto libre de potencial de 250 VCA o 30 VCC bajo 2 A, y batería.
  • Ficha técnica smartPSUk2‑40, LORENTZ: compatibilidad, entrada alterna, salida en continua, grado de protección, rango de temperatura, dimensiones y conexión al regulador.
  • Ficha técnica smartPSUk2‑100, LORENTZ: compatibilidad, entrada alterna, salida en continua, advertencia sobre la tensión mínima y la potencia de motor disponible.
  • Nota de aplicación PSk2, smartPSUk2 hybrid system layout and design, LORENTZ: coeficiente de seguridad, ejemplos de dimensionado del grupo, especificaciones de los generadores.
  • Notas de aplicación smartSolution hybrid pumping, automatic flow control, daily flow, solar by default operation y ancillary equipment switching, LORENTZ: modos de conducción documentados, equipos necesarios, ajustes de PumpScanner y explotación.
  • Artículo de la base de conocimientos Compatibility of PSk2 versions, smartPSU, smartSolution components, LORENTZ: generaciones de reguladores y compatibilidad de los componentes smartSolution.
  • Caso práctico Hybrid irrigation in Spain, LORENTZ: configuración de un sistema PSk2‑40 con smartPSUk2, smartStart, sensor de presión y contador de agua.
  • Para continuar: el bombeo solar a presión constante, el solar y el grupo electrógeno en la misma instalación y el caso práctico de un huerto de kiwis en el suroeste de Francia.