Bombeo de agua

Los sistemas de bombeo alimentados por paneles solares fotovoltaicos pueden proporcionar agua, mediante su conexión a bombas tanto de corriente continua como de corriente alterna, el punto de rentabilidad se situará en función del coste de otro tipo de energía (líneas eléctricas, grupos electrógenos, etc.), sumando no sólo el coste inicial, sino también el de mantenimiento.

Evidentemente, los sistemas de bombeo de agua adquieren dimensiones diferentes en lugares donde se carece totalmente de líneas eléctricas o facilidad de suministro de combustible para grupos electrógenos y motobombas.

La bomba solar es un sistema pensado y fabricado especialmente para su uso con paneles fotovoltaicos de una forma directa, sin utilizar baterías de almacenamiento.

Estos modelos suelen ser del tipo sumergible y elevan agua en una cantidad proporcional a la radiación solar que incide en los módulos fotovoltaicos conectados a la bomba.

Así pues, en función del sol, los paneles solares suministran al motor una potencia eléctrica mayor o menor, que mueve la bomba sacando más o menos caudal. Normalmente, este sistema empieza dando un caudal reducido durante las primeras horas del día, para ir aumentando progresivamente hasta el mediodía y disminuir hacia la tarde.

En estos tipos de bombas se habla en términos de litros/día y no de litros/hora como es habitual en el resto de los equipos de bombeo, ya que no se puede asegurar un caudal definido a la hora, puesto que tampoco se puede asegurar una insolación fija a lo largo del día. En las bombas solares de almacenamiento, en vez de realizarse éste como electricidad en las baterías, se hace con agua en depósitos, solució n mucho más barata y duradera que la primera.

Otro sistema empleado habitualmente consiste en el método tradicional de extracción de agua mediante bomba de corriente alterna. El conjunto, en este caso, estaría compuesto por paneles fotovoltaicos, reguladores de carga, baterías de acumulación y convertidor cc/ca, donde se conectaría la bomba.

Como ejemplo ilustrativo, imaginemos que deseamos sacar un caudal diario de 10000 litros para regar, encontrándose el agua a una profundidad de 25 metros.

Para ello, el primer paso consistirá en buscar una bomba capaz de poder aspirar a 25 m y proporcionamos el mayor caudal posible, en función de la menor potencia eléctrica que sea necesaria para optimizar al máximo el sistema fotovoltaico.

Supongamos que esta bomba es del tipo sumergible de 0.9 CV a 220 V monofásicos y que su curva nos marca un caudal de 4000 l/h para una altura manométrica de 25 metros. En estas condiciones, y para extraer al día 10000 litros de agua, calcularemos el número de horas necesarias para que se cubran las necesidades previstas y que resulta ser:

(10000 l) / (4000 l/h) = 2.5 horas

Para calcular la potencia diaria absorbida: 1 CV = 736W

736 W x 0.9 = 662.4 W

662.4 W x 2.5 h = 1656 Wh/día

Puesto que nuestra bomba es de 0.9 CV (662.4 W), será preciso un convertidor de 1200 W – 24 V capaz de soportar la punta de arranque. Como la potencia consumida es aproximadamente el 50% de la potencia nominal de ese convertidor y los datos del fabricante nos señalan un rendimiento del 70% para la mitad de la carga, tenemos:

n = Potencia de salida del convertidor / Potencia de entrada al convertidor Potencia de entrada = Potencia de salida / n

Potencia absorbida de batería = (1656 Wh/día) / 0.7 = 2365.7 Wh/día (2365.7 Wh/día)/(24 V) = 98.57 Ah/día (a 24 V)

98.57 Ah/día + 10 % (seguridad) = 108.4 Ah/día

Si el valor de radiación en la zona donde estuviese situado el sistema fuera de 458 langleys y el módulo fotovoltaico utilizado, de 2.5 A de corriente pico, se tendrá:

458 langleys x 0.0116 = 5.3 h.s.p.

5.3 h.s.p. x 2.5 A = 13.25 Ah/día de producción por módulo

N° de módulos en paralelo = (108.4 Ah/día) / (13.25 Ah/día) = 8.1  8

Luego, el número total de módulos sería de 16, distribuidos en dos series de ocho en paralelo.

El sistema de regulación deberá tener capacidad para aguantar como mínimo 8 x 2.5 A = 20 A
Si damos 5 días de autonomía al sistema, la capacidad resultante será: Capacidad = (98.57 x 5)/0.6 = 821.4 Ah (a 24 V)

Para una profundidad máxima de descarga del 60%. Si los acumuladores fueran estacionarios, tendríamos que disponer de doce de ellos en serie, con una capacidad aproximada de 821.4 Ah.

Para el cálculo de las secciones de conductor necesarias, según las longitudes indicadas en el esquema de la figura 12, aplicaríamos la fórmula ya conocida de

S = 2.L.I / [56 (Va – Vb)]

Luego, para la línea paneles-batería, como la intensidad máxima (ya calculad anteriormente) es de 20 A, la sección para una caída de tensión de 0.3 V sería de

S = (2 x 15 m x 20 A) / (56 x 0.3 V) = 35.7 mm2

En el caso de la línea batería-convertidor: 662.4 W 10.7 = 946.2 W

946.2 W / 24 V = 39.4 A

S = (2 x 3 m x 39.4A)/(56 x 0.3 V)= 14mm2 = 16 mm2

Fuente: Guía técnica de aplicación para instalaciones de energías renovables del Gobierno de Canarias