Fundamentos de los sistemas de bombeo solar con aplicación fotovoltaica

Fundamentos de los sistemas de bombeo solar con aplicación fotovoltaica
Una aplicación muy común de los sistemas fotovoltaicos es el bombeo de líquidos. Esto implica mover un fluido de un punto A a un punto B, venciendo las fuerzas de fricción y gravedad que se presenten en el camino, con la finalidad de satisfacer ciertas demandas a lo largo de un periodo de tiempo.

Una aplicación muy común de los sistemas fotovoltaicos es el bombeo de líquidos. Esto implica mover un fluido de un punto A a un punto B, venciendo las fuerzas de fricción y gravedad que se presenten en el camino, con la finalidad de satisfacer ciertas demandas a lo largo de un periodo de tiempo.

Para ejecutar este tipo de proyectos, se necesita hacer una conjunción entre tres ramas de la ciencia e ingeniería: hidráulica, electricidad y energía solar.

¿Qué es un sistema de bombeo fotovoltaico?

Un sistema de bombeo tiene un elemento principal: el equipo de bombeo, el cual necesitará ser alimentado con energía eléctrica para poder impulsar el fluido de un punto a otro. Dicha energía eléctrica será generada por un sistema fotovoltaico, el cual capta la luz del sol, la transforma en energía eléctrica y permite la operación del equipo de bombeo.

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Generalmente, los sistemas de bombeo se instalan en comunidades lejanas, para transportar agua para uso humano, de ganadería, riego, entre otros.

Los equipos de bombeo realmente están conformados por dos elementos; un motor, el cual convierte la energía eléctrica en energía mecánica y la bomba, la cual transforma y traspasa la energía mecánica en energía cinética en el agua. Estos equipos de bombeo pueden ser alimentados tanto por Corriente Directa como por Corriente Alterna.

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Los equipos de bombeo pueden ser energizados con CD (Izquierda) o CA (derecha)

El papel de los variadores de frecuencia

En el caso de los equipos que funcionan con Corriente Alterna, necesitan de un componente adicional conocido como variador de frecuencia, el cual al mismo tiempo ejecuta las funciones de un inversor de corriente.

El variador de frecuencia toma la energía variable de Corriente Directa entregada por los módulos fotovoltaicos y proporciona el voltaje y corriente necesarios al equipo de bombeo (generalmente 230 V, 3 fases para equipos de menos de 50 HP).

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Existe una gran variedad de variadores de frecuencia solares en el mercado, se recomienda seleccionar aquel que mejor se acople a las necesidades de alimentación y control del proyecto en cuestión.

Dependiendo del variador y su tecnología, se puede decir que este equipo es el cerebro del sistema, pues permite variar algunos parámetros de operación bajo ciertas condiciones, como en los siguientes ejemplos:

  • Reducción de la entrega de agua en el lugar de almacenamiento en función de la irradiancia
  • Apagado del sistema si la presión aumenta a valores que superen lo permitido por la tubería.
  • Apagado del sistema si el nivel del tanque de almacenamiento llega a un nivel determinado.

La clave de diseño de un sistema de bombeo solar está en encontrar la correcta correspondencia entre el arreglo fotovoltaico, el variador de frecuencia y el equipo de bombeo.

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Los sensores y transductores permiten ofrecer un mayor grado de automatización en el sistema de bombeo solar.

 

Consideraciones generales de diseño

Para el correcto diseño y selección de componentes de un sistema de bombeo solar hay que tomar en cuenta los siguientes factores:

    1. Aplicación
      Las aplicaciones de los sistemas de bombeo van desde el riego de cultivos, el suministro de agua para comunidades lejanas, tratamiento de aguas negras y hasta abrevaderos para ganado.
      Dependiendo de la aplicación que se le dé, se tomarán en cuenta o no algunas variables hidráulicas y de control para integrar el sistema.
    2. Demanda de agua
      La demanda de agua en cierto periodo de tiempo varía de proyecto en proyecto, aún si se trata de la misma aplicación (ya sea porque los tamaños de las comunidades varían, el tipo de ganado a servir, etc.)
    3. Fuente de agua
      La fuente principal de agua puede ser un yacimiento subterráneo, un lago, un río, entre otras, y cada una de ellas posee su propio método de extracción de agua, con los componentes e ingeniería necesarios para ejecutar un buen proyecto.

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4. Condiciones generales de diseño

Adicional a los tres puntos anteriores, se debe considerar las variables generales de sistemas fotovoltaicos, entre las cuales se incluyen:

  • El recurso solar
  • Espacio disponible
  • Posible sombreado
  • Temperaturas máximas y mínimas

En conclusión, diseñar completamente un sistema de bombeo requiere del conocimiento de los fundamentos de energía solar, así como una buena base de conceptos hidráulicos, para así poder ofrecer soluciones integrales y sistemas completamente funcionales, tanto en la parte de fuerza como en la de control.

¿Te gustó el tema de bombeo solar? ¡No olvides dejar tus comentarios! Y recuerda que en el CCEEA te puedes capacitar no solo en sistemas fotovoltaicos interconectados a la red y autónomos, sino también en sistemas de bombeo solar.

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