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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.106.2023.tde-13122023-211120
Document
Author
Full name
Lúcio Carlos Resende
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Zilles, Roberto (President)
Macêdo, Wilson Negrão
Maranhão, Geraldo Neves de Albuquerque
Pinho, João Tavares
Title in Portuguese
Desenvolvimento de um método empírico de estimativa do volume diário de água bombeado por Sistemas Fotovoltaicos de Bombeamento.
Keywords in Portuguese
Bombeamento Fotovoltaico.
Dimensionamento
Regressão linear simples
Abstract in Portuguese
O acesso à água é fundamental para a sobrevivência humana e para o desenvolvimento econômico das atividades campestres. Uma das alternativas para garantir tal acesso é a utilização de Sistemas Fotovoltaicos de Bombeamento (SFB), os quais devem estar adequadamente dimensionados para atender as demandas hídricas dos seus usuários. Um dos desafios enfrentados pelos projetistas no dimensionamento de SFB é a discrepância entre os dados provenientes dos catálogos dos fabricantes e aqueles medidos nas condições de campo. Neste sentido, o presente trabalho visou ao desenvolvimento de um modelo empírico geral para estimativa do volume bombeado por SFB compostos por módulos fotovoltaicos de silício cristalino, bombas centrífugas multiestágios submersas, motores de indução trifásicos e conversores de frequência. Para tal, foram realizados ensaios a sol real com oito configurações de SFB, com motobombas de 0,5 cv, 1 cv, 1,5 cv e 2 cv. Por meio de uma bancada laboratorial capaz de estabilizar a altura manométrica, foram monitorados e coletados dados de irradiância, vazão e altura manométrica, que permitiram, respectivamente, a obtenção da irradiação diária no plano do gerador fotovoltaico, o volume bombeado diário e a altura manométrica média diária. Os dados de potência nominal real dos geradores fotovoltaicos foram obtidos por meio de medições feitas por traçadores de curva I-V e P-V. A partir desses dados mensurados, foram desenvolvidos três modelos de regressão linear simples: o primeiro contendo apenas amostras com proporção de irradiação difusa (PD) 25%; o segundo contendo dias com PD 30% e o último, com amostras contendo PD 40%.Todos os modelos foram submetidos a testes de significância estatística de seus coeficientes, testes de hipótese para verificação de cumprimento de premissas do Método de Mínimos Quadrados Ordinários (MMQO) e a métricas de avaliação da qualidade do ajuste, como o Coeficiente de Determinação (R²) e Erro Médio Percentual Absoluto (MAPE). Por fim,foi selecionado o melhor modelo empírico e indicadas as condições de contorno para as quais este modelo é válido.
Title in English
Development of an empirical method for estimating the daily volume of water pumped by Photovoltaic Pumping Systems.
Keywords in English
Photovoltaic pumping.
Simple linear regression
Sizing
Abstract in English
Access to water is crucial for human survival and the economic development of rural activities.One alternative to ensure such access is the utilization of Photovoltaic Pumping Systems (PVPS), which must be adequately sized to meet the water demands of their users. One of the challenges faced by designers in the sizing of PVPS is the discrepancy between data provided by manufacturers catalogs and those measured under field conditions. In this context, the present study aimed to develop a general empirical model for estimating the volume pumped by PVPS composed of crystalline silicon photovoltaic modules, submersible multi-stage centrifugal pumps, three-phase induction motors, and frequency converters. For this purpose, real-time tests were conducted with eight configurations of PVPS, with motor pumps of 0.5 hp, 1 hp, 1.5 hp, and 2 hp. Through a laboratory setup capable of stabilizing the manometric head, data on irradiance, flow rate, and manometric head were monitored and collected, allowing the determination of daily irradiation on the photovoltaic generator plane, daily pumped volume, and daily average manometric head, respectively. The actual nominal power data of the photovoltaic generators were obtained through measurements performed by I-V and P-V curve tracers. Based on these measured data, three simple linear regression models were developed: the first containing only samples with diffuse irradiation proportion (DI) 25%; the second containing days with DI 30%; and the last one with samples containing DI 40%. All models underwent statistical significance tests of their coefficients, hypothesis tests to verify the fulfillment of Ordinary Least Squares Method (OLSM) assumptions, and evaluation metrics for fit quality, such as the Coefficient of Determination (R²) and Mean Absolute Percentage Error (MAPE). Finally, the best empirical model was selected, and the boundary conditions for which it is valid were indicated.
 
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Publishing Date
2023-12-22
 
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