Bombeo Solar

Bombear Agua con Energía Solar

El riego es un gran desafío que enfrenta la agricultura en el Perú. Frecuentemente no queda otra solución que bombear agua diariamente para asegurar una producción rentable.

Bombeo solar para el riego en SamacaCon una parte importante de las vastas áreas de agricultura no conectadas a la red eléctrica, se mantiene grupos electrógenos de diesel que generan la electricidad para el bombeo. Es la forma más costosa:

  • Diesel, por el transporte y el almacenaje, cuesta considerablemente más que en las estaciones de servicio.
  • Gastos de mantenimiento de los grupos, cambios de aceite y filtros, etc. añaden a los costos.
  • Reparaciones son frecuentes.
  • La eficiencia es menos de 45% por la baja conversión de la energía del diesel a la electricidad, además no operan en su mayoría a su óptimo punto energético, contrario de las generadores grandes que producen electricidad para la red.
  • La vida de las generadores depende de la calidad, del buen manejo y el mantenimiento. Frecuentemente es corta.

El ruido y los gases tóxicos no entran en las cuentas fiscales, pero son otros aspectos desagradables. Un generador, por ende, aunque no muy caro para comprar, es una inversión muy alta por sus elevados gastos continuos y una vida reducida.

Costos de Bombear Agua con Energía Solar

La excelente radiación en el Perú y la reducción de los precios de los sistemas fotovoltaicos permiten reemplazar gran parte de estos generadores con energía solar. A pesar de una inversión inicial considerable, la ausencia de gastos corrientes para combustibles, un mantenimiento muy reducido y su larga vida, los vuelven frecuentemente económicamente más viables.

En un sitio de buena radiación con los precios actuales del diesel (a pesar de su reciente reducción), el tiempo de amortización puede ser de seis años. La vida de un sistema solar frecuentemente es más de 20 años, solamente hay que cambiar baterías (si las hay).

Una idea muy aproximada sobre los rangos de precios: desde un tamaño de bombeo de 20 hp, cada hp generado por energía solar completo cuesta en un sitio de buena radiación entre 2500.-US$ para un sistema sin baterías y 4700.-US$ para un sistema con baterías que también puede generar electricidad para otros fines. Más grande el tamaño, el precio disminuye, mientras más pequeño, el costo por hp es más elevado. Les animo hacer sus propios cálculos: ¿Cuando les cuesta su riego con generadores de diesel con todos los gastos sobre los años?

Puntos Importantes para el Riego con Energía Solar

Esquema de un bombeo solar con bomba sumergibleQueremos explicar las pautas para el uso de la energía solar para los sistemas de bombeo que es determinado fuertemente por la radiación solar en cada lugar:

  • Uno o más reservorios, tanques o depósitos elevados para asegurar el riego por gravedad es la mejor solución. Representa según volumen una reserva que permite el riego independiente de la energía solar del momento y permite ajustar el flujo del agua según la necesidad del riego. La instalación de filtros es más simple. Además brinda la posibilidad de realizar mantenimientos y reparaciones al sistema de energía sin interrumpir el riego. Como la radiación solar varía sobre el día, nubes y neblina afectan la producción de electricidad en el momento, mantener el volumen y la presión constante en un sistema sin reservorio o tanque elevado es técnicamente más exigente.
  • Adaptar el bombeo a la disponibilidad de la energía solar reduce o elimina (según sistema) los altos costos de baterías. Es más apropiado bombear el máximo del agua durante las horas de buena radiación que bombear menos agua durante más horas.
  • Si es necesario bombear durante más horas que el sol permite, puede ser más económico usar parcialmente un generador en vez de instalar una alta cantidad de baterías.

Tipos de Sistemas para el Bombeo Solar

Diagrama del bombeo solar con una bomba sumergibleHay bombas solares de todo tamaño (hasta aproximadamente 40hp c/u) que se pueden implementar según sus requerimientos. Hay bombas sumergibles y de superficie que se elige según su fuente de agua. Principalmente el volumen requerido y la altura del bombeo necesario determinan el tamaño y la característica de cada bomba. Un click sobre el diagrama a la derecha abre el diagrama (fuente: Lorentz).

Para el bombeo de agua en la agricultura existen tres formas para el uso de la energía solar para el bombeo. Se puede combinar según cada situación.

  • Bombas especiales (a veces incorrectamente conocidas como tipo DC) que son alimentadas directamente de los paneles solares a través de controladores especiales. Son sistemas completos con las bombas bien adaptadas para el uso solar.
  • Bombas convencionales (AC, mono o trifásicas) con un inversores especial para el bombeo solar que lleva incorporado un variador de frecuencia.
  • Bombas convencionales (AC, mono o trifásicas) con un sistema solar que produce una corriente similar a la de la red o de un generador. Un ejemplo es el bombeo solar para el riego en el fundo Samaca.

Mientras las primeras dos opciones tienen la ventaja de no usar baterías, no da electricidad para otros fines, la última puede dar corriente para todo. Se puede alimentar, dentro del límite de la capacidad instalada, todo tipo de aparatos eléctricos como maquinas, computadoras, ventiladores, luz, etc.

La selección depende de la situación individual. Aquí una lista de ventajas y desventajas de cada sistema.

Bombas especiales para el uso solar

Ventajas:

  • No requieren baterías. Siempre bombean cuando hay una radiación y el flujo se ajusta directamente a la radiación solar disponible en el momento.
  • Estas bombas son considerablemente más eficientes que las bombas tradicionales tipo AC. Requieren menos módulos solares.
  • Las bombas son en general de buena calidad con una larga vida (depende las características del agua, pueden durar más de 20 años).

Desventajas:

  • no se puede usar bombas ya instaladas,
  • no se puede usar la energía para otros fines (eg. alumbrar casas),
  • hay muy pocos fabricantes de calidad al nivel mundial,
  • algunas reparaciones solamente pueden realizar técnicos especializados,
  • conseguir repuestos especiales puede durar tiempo y a veces son costosos.

Bombas AC con inversor especial

Ventajas:

  • Tampoco requieren baterías. Siempre bombean cuando hay una radiación y el flujo de agua es directamente relacionado a la radiación solar del momento,
  • Se puede usar las bombas ya instaladas o seleccionar entre la gran variedad de bombas tradicionales en el mercado local,
  • Técnicos locales pueden realizar el mantenimiento y reparaciones de las bombas,
  • Repuestos a precios accesibles en su gran mayoría son disponibles localmente.

Desventajas:

  • No se puede usar la energía para otros fines (eg. alumbrar casas),
  • La eficiencia depende de la calidad de las bombas y puede ser alrededor de 50%,
  • Reparaciones del inversor pueden ser caras.

Bombas AC con un sistema solar con baterías

bombas convencionales para el bombeo solarVentajas:

  • Bombas existentes se puede usar,
  • Se instala bombas comunes que son disponibles localmente,
  • Reparación de las bombas se realiza con técnicos locales,
  • Repuestos en su gran mayoría son disponibles localmente,
  • Un sistema central puede alimentar varias bombas (requiere líneas eléctricas),
  • La electricidad generada se puede usar para otros fines (como la luz, maquinas, etc.),
  • Se puede apoyar todo el sistema con una fuente exterior (con la red o con un generador) en un solo punto.

Desventajas de los sistemas AC con baterías:

  • Requieren baterías para generar y mantener la red, también si se bombea solamente durante el día,
  • La eficiencia de las bombas depende de su calidad y puede ser alrededor de 50%,
  • La adaptación de las bombas a la disponibilidad de la electricidad es más complicado. Requieren según la situación variadores de frecuencia. Tener varias bombas pequeñas en vez de pocas grandes es favorable para ajustar el bombeo a la radiación durante el día.

La Selección

No es difícil y el principio es simple:

Si todavía no hay bombas instaladas y solamente se requiere bombear durante el día sin necesidad de electricidad para otros fines, un sistema completo con bombas especiales es recomendado. Su buena eficiencia reduce la cantidad de módulos necesarios.

Si ya tienen bombas instaladas y no necesitan electricidad para otros fines, es recomendable usar un sistema con un inversor especial que incorpora un variador de frecuencia. Este también es su solución si se prefiere usar bombas convencionales disponibles localmente. Estos inversores se ajusta dentro del limite de su capacidad a las diferentes características de cada bomba, por ejemplo la velocidad.

Si se necesita electricidad también para otros fines o prefiere alimentar diferentes bombas con un solo sistema fotovoltaico, un sistema con baterías es mandatorio. Brinda además la ventaja, que la energía es disponible fuera de las horas de la radiación. Ampliar este sistema es fácil. Una conexión externa, por ejemplo a un generador o la red es simple que puede extender las horas del bombeo sin límite.

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