¿Qué es el bombeo solar?

 

Principalmente es un sistema de extracción o impulsión de agua utilizando únicamente  energía solar. Sus principales componentes son:

• Paneles Fotovoltaicos (placa solar)
• Bomba y motor para bombear el agua requerida
• Regulador o Cuadro de Gestión Solar

Éstos son los componentes básicos, pero hay algunos otros como tuberías, válvulas, depósitos, etc…

El bombeo solar es una de las aplicaciones de la energía solar de mayor crecimiento en la actualidad. En muchas ocasiones no se dispone de sistemas de alimentación de red eléctrica para los sistemas de riego, agua potable y, en general, para el bombeo de agua. En estos casos, el bombeo solar es una solución ecológica, económica y perfectamente viable.

Las instalaciones de bombeo solar consisten básicamente en el reemplazo de la fuente tradicional de energía eléctrica (la red eléctrica nacional), por un sistema de generación de energía eléctrica a través de paneles solares. Las bombas que se utilizan en estas instalaciones son especiales para uso en sistemas de energía solar, para aprovechar con la mayor eficiencia la energía generada.

Las aplicaciones del bombeo solar no se limitan a instalaciones en zonas rurales,  y explotaciones agrícolas o ganaderas, donde no hay acceso a la red eléctrica. También son una excelente solución para reducir el consumo de energía eléctrica en instalaciones domésticas para la alimentación de bombas en sistemas de almacenamiento de agua de aljibe . En estos casos, el sistema solar permite una alimentación de energía confiable y económica sin depender de la alimentación de la red eléctrica, con lo que se reducen los costos de consumo de electricidad y se aumenta la confiabilidad de la instalación.

 

 

Cálculo básico de bombeo solar directo fotovoltaico

• Caudal diario que deseamos suministrar (m3/día).
• Altura total de bombeo (altura manométrica) en metros.
• Altura total de elevación ( desnivel ) desde la boca del pozo al punto más alto del riego

 

 

Ventajas de los sistemas de bombeo solar

• Las instalaciones de bombeo solar son muy rentables, el costo-beneficio es alto
• Mantenimiento casi nulo
• No requieren combustible
• Instalación sencilla y rápida
• Altamente confiable
• Los meses de más rendimiento de una instalación de bombeo solar casi siempre coinciden con los de mayor demanda de agua
• En instalaciones domésticas, contrarresta los costos cada vez más elevados de las tarifas de energía eléctrica de CFE
• Funcionamiento automatizado
• Sistema ecológico
• Puede usarlo en riego, ganadería, uso doméstico y cualquier otra aplicación donde requiera bombeo de agua.
• Larga vida útil sin costos mayores.

El bombeo solar en España, es la rama que mas a crecido dentro de la fotovoltaica, siendo una vía de trabajo para muchas empresas del sector.

En conclusión podemos resumir el bombeo solar como un sistema fiable, rentable y sin limitaciones de potencia ni caudal.

 

 

Componentes de las instalaciones solares fotovoltaicas

Regulador de carga

Un regulador o controlador de carga es un equipo electrónico encargado de controlar y regular, de ahí su nombre, el paso de corriente eléctrica desde los módulos fotovoltaicos hacia la bomba de agua. Es un dispositivo que evita que se produzcan sobrecargas y a la vez limita la tensión de alimentación a la bomba a unos valores adecuados para su funcionamiento.

De este modo, un regulador de carga se encarga de controlar la alimentación de corriente a la bomba, haciendo que ésta sea segura cuando por ejemplo, los paneles solares están recibiendo mucha radiación solar evitando que se produzcan cargas excesivas por picos de corriente.

De un modo sencillo, un regulador se puede entender como un interruptor colocado en serie entre los paneles solares y la bomba, que está cerrado y conectado para el proceso de alimentación de la bomba, y abierto cuando los niveles de tensión o intensidad de corriente no son los adecuados para alimentar los bornes del motor de la bomba.

Asimismo, en la actualidad la mayoría de los reguladores de carga disponen de una función que permite maximizar la energía capturada por el generador fotovoltaico mediante el uso de una tecnología específica de seguimiento y búsqueda del punto de máxima potencia de funcionamiento del generador (MPP, Maximum Power Point), también llamado MPP-tracking ó MPPT (del inglés, track: seguir, rastrear).

El regulador de carga se seleccionará para que sea capaz de resistir sin daños unos valores de tensión nominal e intensidad máxima de acuerdo a la configuración del sistema de generadores fotovoltaicos instalados.

De esta manera, el regulador o controlador de carga deberá estar dimensionado para soportar la intensidad máxima de corriente generada en el sistema, tanto en la línea de entrada al regulador procedente de los generadores fotovoltaicos, como en la línea de salida hacia las cargas que alimenta.

En este sentido, la corriente máxima prevista por la línea de entrada al regulador desde los generadores fotovoltaicos es la correspondiente a la corriente de cortocircuito (I_SC) del generador fotovoltaico más un margen de seguridad (generalmente un 25%), para tener en cuenta los posibles picos de irradiancia o los cambios de temperatura.

Por otro lado, la corriente máxima prevista por la línea de salida viene dada por el consumo de las cargas del sistema (en este caso, el motor eléctrico de la bomba) también incrementada en un 25% (I_salida). La elección del regulador será aquel que soporte la mayor de las dos anteriores corrientes eléctricas, como se verá más adelante en este tutorial.

Como ya se ha indicado, el regulador también actuará interrumpiendo el suministro de electricidad desde los paneles fotovoltaicos hacia la bomba cuando, debido a una falta de irradiación solar, el voltaje en los terminales de alimentación del motor sea inferior a su valor de tensión mínima (que suele ser su tensión nominal menos el 10%), con objeto de evitar dañar el motor de la bomba.

Igualmente, durante los periodos de máxima insolación donde los paneles solares están generando electricidad y el voltaje a un valor límite máximo, el regulador podrá interrumpir la conexión entre los módulos fotovoltaicos y la bomba si pudiera resultar dañino para la integridad de la bomba, o bien podrá actuar también reduciendo gradualmente la corriente media entregada por los paneles hacia el motor de la bomba.

Todo regulador de corriente instalado deberá estar convenientemente protegido frente a cortocircuitos que se produzcan en la línea de consumo de la bomba, además de contra la posibilidad de poder producirse una desconexión accidental de la misma mientras los paneles están generando energía.

 

Bomba solar sumergible

Las bombas solares trabajan por lo general sin baterías, conectadas directamente a los paneles fotovoltaicos a través del regulador o controlador de carga.

Es el elemento encargado de tomar el agua del pozo e impulsarla hasta el lugar en donde se requiere. Existen múltiples tipos de bombas en función de la técnica de impulsión que utilicen aunque en general pueden dividirse en dos grandes grupos: centrífugas y volumétricas. También existen otras divisiones como las de bombas sumergibles y no sumergibles (en el agua del pozo) o aquellas que trabajan con corriente continua y con corriente alterna. Esta último tipo de bomba para poder conectarla a los paneles solares o a la batería requerirá de un transformador de corriente.

Son bombas en acero inoxidable para soportar la agresividad de las aguas subterráneas, y disponen de un motor eléctrico de corriente continua (CC/DC), a una tensión nominal que puede abarcar desde bombas que funcionan a 12/24V hasta modelos de bombas diseñadas para ofrecer grandes caudales y presiones con tensiones nominales de entre 300 y 500 Voltios.

Suelen ser bombas sumergibles que se instalan inmersas en pozos de agua, en cuyo caso, será necesario la instalación de sondas de nivel de agua en el interior del pozo para evitar que el nivel del agua pueda descender durante el bombeo por debajo de la boca de aspiración de la bomba, evitándose así que la bomba trabaje en seco.

Toda bomba deberá trabajar cerca de su máximo rendimiento, el cual se alcanza sólo en un estrecho margen de caudal, que será el criterio que se emplee para la selección del tipo de bomba. Esta información aparecerá en las curvas de funcionamiento de la bomba que deberán ser suministradas por el fabricante en sus catálogos técnicos.

 

Control, potencia y protecciones

Para sistemas simples y de poca potencia se pueden emplear componentes típicos por separado.
Sin embargo, existen equipos especiales que integran sistemas de control, potencia y
protecciones especialmente diseñados para bombeo solar, y que permiten gestionar las
distintas entradas de potencia y el funcionamiento de la bomba, evitando así los posibles
problemas ocasionados por las caídas o variaciones de potencia y otras dificultades asociadas a
los sistemas de bombeo o riego.

 

• El variador gestiona la potencia procedente de las distintas fuentes y genera la corriente trifásica
  que alimenta la bomba. Para ello dispone una entrada en continua para los paneles fotovoltaicos
  y una entrada en alterna para Red o grupos generadores, pudiendo funcionar simultánea o
  alternativamente.
  La gama de potencias de variadores es muy amplia, pudiendo encontrar desde 1 kW hasta 280
  kW, pasando a continuación a los modelos industriales.
  La tensión nominal del variador (230 V o 400 V) limitará el voltaje en circuito abierto mínimo y
  máximo, en condiciones estándar (STC), de los paneles fotovoltaicos.
• Detección de niveles. Posibilidad de conectar sensores de nivel configurables. Útil para
  controlar el llenado de balsas y depósitos.
• Filtros y protecciones, Medidas para evitar funcionamientos del sistema no deseados y posibles averías derivadas de
  los mismos.