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¿Qué es un sistema solar para bombas de agua?

bomba solar

El agua es un recurso fundamental y de suma utilidad para diversas actividades,  por ejemplo de tipo agropecuario y municipal, en el mundo la manera de distribución en la mayoría de los lugares se da por medio de bombas, dentro de la clasificación de bombas, nos encontramos con un sin fin de tipos, el uso de cada una va a depender de la aplicación para que se requiera. El sector agrícola por ejemplo de gran importancia para la economía mexicana, representa 8.4 puntos del PIB, cifra considerable que mantiene en empleo al 23% de la población activa mexicana.

Lo cierto es que el consumo eléctrico de las bombas es muy alto e incluso hay muchos lugares donde aún no se cuenta con red eléctrica CFE.

Es un sistema que permite energizar bombas eléctricas trifásicas de corriente alterna de distintas magnitudes de potencia (H.P) con energía eléctrica suministrada por paneles solares fotovoltaicos que generan energía eléctrica a traves de la radiación solar.

México cuenta con 2457 municipios y según la Secretaría de Energía (SENER) en el 2016 eran 33,256 usuarios de energía eléctrica para bombeo de agua que consumen anualmente un promedio de 2,963 GWh y el consumo energético municipal ha ido en aumento, de hecho se estima que ha crecido hasta un 50% desde el 2002. El gasto en energía eléctrica seguirá ejerciendo presión sobre las finanzas públicas municipales, lo que en muchas ocasiones limita el desarrollo económico y social de los municipios.

El ahorro de energía en sistemas de bombeo de agua, permitirá mayor disponibilidad en el suministro del recurso, ya sea a la población de los municipios o a los cultivos en el caso de los sistemas de riego. De igual manera promete reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y la contribución a la conservación de los recursos no renovables.

Por ello vamos a considerar el gran recurso solar con el que contamos en el mundo y su uso dentro de las energías renovables para satisfacer la alimentación de diferentes sistemas de bombeo.

Los sistemas de bombas solares representan una oportunidad de mantener lazos de respeto hacia el medio ambiente así como también la responsabilidad de realizar las actividades diarias pero sin descuidar temas como dinero y naturaleza.

La energía Solar Fotovoltaica es una rama de las energías renovables en México más representativas, ¿Te has imaginado regar tus cultivos con la energía que genera el Sol? o ¿Llenar tus tinacos de agua? ¿O que tu municipio haga llegar el agua a tu casa por medio de paneles solares? CPM Solar representa la mejor opción para satisfacer estos tipos de necesidades, lo que buscamos es que cada familia, cada agricultor y cada municipio nos dé la oportunidad de entrar a sus hogares, a su cultivos y de esa manera comprueben que los sistemas de energía Solar si funcionan así como también pasar la cultura de utilización de energías renovables de generación en generación.

Los sistemas de bombas solares se diferencian de los sistemas comerciales por su fuente de alimentación.

 Las principales ventajas de los sistemas de bombeo solar son:

  • No dependen de la existencia de una red distribuidora de energía eléctrica para funcionar.
  • Su diseño es simple y para uso diurno no necesitamos un banco de baterías, lo que hace que el costo disminuya.
  • Las bombas modernas pueden operar a grandes profundidades y son confiables, durables y eficientes.
  • Son de fácil instalación u operación.

Los componentes de un sistema de Bombeo Solar son:

  • Generador fotovoltaico
  • Convertidor de potencia
  • Motobomba
  • Estructura hidráulica

La elección de cada componente depende de las necesidades y condiciones de cada sistema, por lo cual pueden incorporarse algunos otros componentes.

Los principales factores que determinan la configuración de un sistema de Bombeo Solar son:

  • Las condiciones hidráulicas.
  • La profundidad del nivel de agua en el pozo bajo la superficie.
  • La altura estática de elevación del agua por encima de la superficie del suelo (por ejemplo hasta un depósito de almacenamiento).
  • La energía suministrada por el generador fotovoltaico a lo largo del día, determinada por las condiciones climatológicas y la radiación solar.
  • Las pérdidas adicionales de presión en tuberías y accesorios (altura dinámica).

 

Con todos los factores antes mencionados, podemos determinar entonces un sistema de Bombeo Solar: sumergible, flotante, con bomba centrifuga o de desplazamiento positivo, con motor de corriente continua o de corriente alterna, etc.

Componentes de un sistema solar para bombas de agua:

Panel solal

Panel Solar-min

Inversor de bombeo solar

La principal y única diferencia que se tiene en este inversor en comparación con un string, es el hecho de mantener un voltaje estable a diferencia de un inversor normal que presenta variaciones por que no siempre se usa la misma energía en un hogar o industria, mientras que para bombeo es necesario mantener la bomba fija o de lo contrario podrá dañar la bomba o si es para un proceso y se reduce el flujo podría causar pérdidas de producción.

Inversor CC/AC para bombas de agua trifásicas

Inversor para bombas de agua

Sistemas solares aislados para bombas de agua trifásicas

sistemas solares aislados para bombas de agua(1)

Figura 2. Ejemplo de sistema con paneles solares e inversor Jntech para una bomba de agua superficial.

Sistema de bombeo solar

El funcionamiento de este tipo de instalación es  sencillo. Los paneles solares puestos al Sol transforman la luz en electricidad que sirve para alimentar la bomba que extrae agua del subsuelo. Cuando los paneles alimentan directamente a la bomba se produce una fluctuación del flujo del agua bombeada en función de la variación de la intensidad de la radiación solar a lo largo del día. Así en las primeras horas el flujo de agua será pequeño e irá aumentando conforme nos acercamos a las horas centrales del día cuando es máxima la radiación. A partir de este momento vuelve a descender hasta que se hace nulo en el momento de anochecer

Este sistema se suele usar cuando el acceso a agua potable es mediante pozos, ya sea para uso doméstico o industrial y se ocupa un inversor especial permitiendo mantener con flujo constante de bombeo.

De esta manera se consigue enviar a la bomba corriente en potencia suficiente para que comience antes su funcionamiento en las primeras horas del día y termine más tarde en las últimas. Así se gana tiempo de bombeo y por lo tanto rendimiento.

En este sistema no se requiere baterías ni controlador de carga, pero si se requiere usar el agua para uso de noche, se recomienda colocar tanques y llenarlos en el día.

sistemas solares aislados para bombas de agua(2)(1)

Figura 3. Ejemplo de sistema con paneles solares e inversor Jntech para una bomba de agua sumergible.

Función de los inversores para bombas solares:

Estos inversores son exclusivos para energizar bombas de agua trifásicas, recibiendo como entrada energía solar fotovoltaica proporcionada por un cierto arreglo de paneles solares y otorgando una salida de corriente alterna trifásica para la alimentación de la bomba.

Ventajas de utilizar un inversor de bombas solares:

    • Es más práctico que un sistema aislado convencional ya que este no necesita de ningún controlador de carga, ni tampoco de un banco de baterías lo cual reduce mucho el costo final de la solución.

Ayuda al medio ambiente sustituyendo el consumo de energía eléctrica generada por quema de combustibles por consumo de energía eléctrica generada con un método limpio y renovable, en este caso la radiación solar, reduciendo el CO2 que contamina al medio ambiente lo que equivale a plantar grandes cantidades de nuevos árboles.

Desventajas de inversor para bombas de agua:

    • Solo funciona única y exclusivamente para bombas de agua trifásicas ya que necesita detectar una carga balanceada para funcionar. Si se le conectara una bomba de agua monofásica tres hilos (bifásica) una fase quedara sin uso y el inversor lo detectaría como error.
    • El inversor solamente puede entregar energía a la bomba cuando reciban una radiación solar satisfactoria.
    • Este inversor no puede entrega energía de noche ya que no dispone de un banco de baterías.

 

Campos de aplicación para sistemas solares para bombas de agua:

Ya que el fin de estos sistemas es el de producir electricidad para energizar bombas de agua su campo de aplicación se vuelve extremadamente extenso pero muy sencillo, aplica en todo lugar donde se necesite una bomba de agua trifásica. Algunos de los campos comerciales de aplicación pueden ser los siguientes.

  • Aplicaciones de pozos profundos.
  • Suministro de agua para pueblos.
  • Tratamiento de agua en departamentos, hoteles y hospitales
  • Maquinaria de aireación, torres de enfriamiento y otros usos industriales.
  • Limpieza para estaciones de plantas solares.
  • Bombeo para irrigación.
  • Toda casa que disponga de una alberca o un flujo de agua grande donde las bombas sean indispensables.
  • Conjuntos de cotos residenciales en construcción con planeación de albercas privadas o en áreas comunes.
  • Lugares donde la red eléctrica pública sea muy problemática o prácticamente inalcanzable y el uso de una bomba de agua sea indispensable.