Qué es una bomba de agua solar y para qué son utilizadas?

Las bombas solares de agua son de corriente directa (DC), son usadas para bombeo profundo, sistemas de presión de agua, tanques y muchos otros usos.

Estos sistemas de bomba solar permiten tener un sistema adecuado para bombeo profundo a un costo moderado.

¿Una bomba de agua solar requiere de un controlador de carga, banco de baterías y/o inversores?

Muchas de estas bombas solares requieren un controlador de carga especial conocido como “controlador de bomba o arrancador” si van a estar directamente energizadas por módulos fotovoltaicos (sin baterías). El controlador de carga (MPPT) actúa como una transmisión automática, permitiendo que la bomba arranque en condiciones ligeras. Con un banco de baterías como fuente de energía, no se requerirá controlador de carga a menos que se requiera de un controlador que convierta 12 Volt de la batería como fuente de energía a 30 Volt para que la bomba trabaje a máxima velocidad. Ya que la bomba solar funciona con corriente directa (DC) no necesita de un inversor en ningún momento.

¿Cómo se compone el sistema de conexión por medio de tuberías del pozo de agua a la bomba?

Se utiliza tubería especial de polietileno negro para la conexión del pozo de agua con la bomba, a esta tubería se le llamada “drop pipe”. Debe tener al menos un rango de 100 PSI, en la mayoría de los casos se usa tubería de ½ pulgada de diámetro para 12 Volt y ¾ de pulgada de diámetro para 24 Volt. Se debe usar el mínimo de diámetro posible para “drop pipe”.

Hay que mantener la distancia entre el suministro de agua y la bomba lo más corto posible.

¿Cuáles son los tipos de sistemas para alimentar una bomba de agua solar?

Existen dos tipos de sistemas para alimentar a la bomba, sistema dedicado y sistema integrado, donde un sistema dedicado es un sistema exclusivo para la alimentación de la bomba y no está unido a ningún sistema eléctrico hogareño y un sistema integrado es aquel que una a la bomba como una carga más a un sistema eléctrico antes creado. Un sistema integrado es más versátil y barato que un sistema dedicado, si es que el pozo no está muy lejos de la fuente eléctrica.

¿Cuál es el voltaje de operación para estas bombas solares?

Estas bombas están diseñadas para ser operadas a 24 Volts, ya que casas que consumen altas cargas son diseñadas con 24 Volt y sistemas más chicos son diseñados con 12 Volt, estas bombas a 12 Volt operan solo a mitad de potencia no hay ningún problema que la bomba opere en estas condiciones, hay bombas disponibles para 180 Volt o más. Usar altos voltajes en bombas grandes es una ventaja ya que reduce la caída de tensión y permiten usar un calibre más delgado.

¿Cuál es la función de un controlador de carga de bomba o arrancador en estos sistemas?

La función del controlador de carga de bomba, arrancador o comúnmente conocido es estos sistemas como “Linear Current Booster (LCB)” es hacer llegarle un voltaje adecuado a la bomba mejorando la eficiencia de esta a lo largo del día, ya que en algunas ocasiones como días nublados, puestas de sol u horas muy tempranas donde el sol no da la potencia adecuada a los paneles, el voltaje que proporciona el arreglo de paneles puede ser muy bajo para la alimentación de la bomba.

También ayudan a que la bomba alcance el pico de corriente que necesita para completar su arranque eléctrico y luego trabajar con sus parámetros nominales ya que en las mañanas cuando el sol comienza a salir no provee de la suficiente energía para alcanzar ese pico.

¿Cuáles son los tipos de bombas solares que existen y en qué casos se utilizan?

Bombas solares sumergibles : levantan hasta 650 pies y caben en un pozo de 4 pulgadas o más grande y son usadas cuando el suministro de agua está más debajo de 20 pies de la superficie. Pueden operar directamente de los paneles solares, baterías o algunos casos con AC.

Bombas solares de superficie : Son buena opción para pozos superficiales, estanques o tanques de almacenamiento. Son mejores si el suministro de agua está a 20 pies o menos de la superficie.

Dependiendo de la distancia del nivel del agua a la superficie, es el tipo de bomba que se utilizara.

¿Cuáles son los componentes básicos para un sistema de bombeo de agua común en un hogar?

Los diferentes componentes básicos que forman un sistema de bombeo de agua en un hogar son:

  1. Bomba (superficie o sumergible) alimentada por energía solar fotovoltaica.
  2. Tanque de almacenamiento de agua o cisterna.
  3. Arreglo de paneles solares para energizar la bomba.
  4. Controlador de bomba o arrancador (LCB) que optimiza la energía entregada de los paneles a la bomba.
  5. Bomba amplificadora de presión para incrementar la presión de agua en el hogar (si la cisterna es ineficiente).

¿Cómo se comienza a crear un sistema de bombeo para agua mediante energía fotovoltaica?

  • ¿Bomba sumergible o superficial?

El primer paso para crear un sistema de bombeo por energía fotovoltaica es saber qué tipo de bomba se va a utilizar, sumergible o superficial. Eso es en base a la cantidad de metros o pies que se encuentra la fuente de agua de la superficie.

  • ¿Selección del modelo de bomba?

Existen dos datos importantes para tomar en cuenta en la selección de la bomba de agua.

  1. Rango de bombeo: ¿cuantos galones por minuto la bomba necesitara mover cuando este energizada?
  2. Eficiencia dinámica: ¿Qué tan alto, verticalmente, la bomba moverá el agua hacia arriba?, además de saber la eficiencia que necesita la bomba debido a las pérdidas por fricción por la tubería.

Una vez determinados estos parámetros se puede elegir una bomba entre los distintos modelos de bombas comerciales que tenga la capacidad que necesitamos en galones por minutos u horas, y la altura y distancia a la cual esta bomba moverá el agua.

Después de determinar el tipo de bomba que se va a utilizar, se necesita evaluar algunos parámetros de bombeo como, cuánta agua se desea bombear al día, cuantos días de almacenamiento en el tanque o cisterna, que tan lejos y alto necesita ser bombeada y cuál es la fuente. 75 galones por día (GPD) es el uso promedio domestico por persona.

  • Sistema de almacenamiento de agua

Para el sistema de almacenamiento por si existe la probabilidad de días lluviosos y poco soleados, se toma la cantidad de agua que usa cada persona por día y se multiplica por el número de personas que utilizan el sistema de agua añadiendo una multiplicación final del número de días que se quiera reflejar en el almacenamiento basado a pronósticos de clima y peores casos con días sin recurso solar.

Un flotador conocido como “float switch” puede ser instalado como un sensor que se conecta al LCB o regulador de carga para darle la orden a la bomba de encender o apagarse cuando el tanque este lleno o vació y que esta no trabaje si no es necesario.

La mayoría de las bombas solares funcionan directamente de los paneles solares y no requieren baterías. En lugar de almacenar energía eléctrica en baterías para días no asoleados, las personas prefieren almacenar agua en tanques de almacenamiento. Esta opción vuelve al sistema más barato y menos complejo.

  • Cantidad de paneles necesarios

Una vez elegida la bomba que cumpla con los dos requisitos anteriores, se deben observar los valores como voltaje nominal, corriente nominal, potencia nominal y corriente de arranque para poder determinar la cantidad y arreglo de paneles necesarios para energizar la bomba, también se puede dar un sobre dimensionamiento en la potencia de la bomba de un 30% para una mejor elección de potencia en la selección de paneles.

  • Elección del controlador de carga o LCB

También es importante elegir el controlador de carga correcto o LCB, cada modelo de bomba tiene su propio LCB recomendado que es proporcionado por los fabricantes.

  • Bomba amplificadora de presión (no siempre es necesaria)

¿Falta de presión en el hogar?

Existen arreglos para aumentar la presión de agua en el hogar, añadiendo una segunda bomba que se conoce como “booster pump”, la cual se pone dentro del hogar y necesita ser conectada a un banco de baterías. Se elige mediante la cantidad de PSI que se quiere crear y en base a eso se elige el amperaje necesario y la bomba necesaria para cumplir con la tarea de aumentar presión en el hogar. También las bombas de superficie pueden cumplir con esta tarea.

  • Tanque de presión de agua (no siempre es necesario)

Un tanque de presión también es recomendado, este se conecta después de la bomba amplificadora de presión, entre más grande sea el tanque de presión, menor uso se hará de la bomba de agua que está directamente conectada al pozo.

Típicamente se recomienda tanques para tamaños de 20 a 100 galones o más, estos tanques son útiles cuando las bombas no tienen energía o se deban someter a mantenimiento.

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