Las bombas alimentadas por energía solar funcionan con electricidad generada por paneles fotovoltaicos (PV) o con la energía térmica radiada disponible a partir de la luz solar recolectada, a diferencia de las bombas de agua que funcionan con electricidad de la red o con diésel. [1] Generalmente, las bombas alimentadas por energía solar constan de un conjunto de paneles solares, un controlador de carga solar, una bomba de agua de CC, una caja de fusibles/disyuntores, cableado eléctrico y un tanque de almacenamiento de agua. [2] El funcionamiento de las bombas alimentadas por energía solar es más económico principalmente debido a los menores costos de operación y mantenimiento y tiene un menor impacto ambiental que las bombas alimentadas por un motor de combustión interna . Las bombas solares son útiles cuando la electricidad de la red no está disponible o no es práctica, y las fuentes alternativas (en particular la eólica) no proporcionan suficiente energía.
Un sistema de bombeo alimentado con energía solar fotovoltaica consta de tres partes principales: uno o más paneles solares , un controlador y una bomba. Los paneles solares representan la mayor parte (hasta el 80 %) del costo del sistema. [1] [ cita requerida ] El tamaño del sistema fotovoltaico depende directamente del tamaño de la bomba, la cantidad de agua que se requiere y la irradiación solar disponible.
El controlador tiene una doble función. En primer lugar, hace coincidir la potencia de salida que recibe la bomba con la potencia de entrada disponible de los paneles solares. En segundo lugar, un controlador suele proporcionar una protección de bajo o alto voltaje, por lo que el sistema se apaga si el voltaje es demasiado bajo o demasiado alto para el rango de voltaje operativo de la bomba. Esto aumenta la vida útil de la bomba, reduciendo así la necesidad de mantenimiento. Otras funciones auxiliares incluyen apagar automáticamente el sistema cuando el nivel de la fuente de agua es bajo o cuando el tanque de almacenamiento está lleno, regular la presión de salida de agua, mezclar la entrada de energía entre los paneles solares y una fuente de energía alternativa como la red eléctrica o un generador alimentado por motor, y monitorear y administrar de forma remota el sistema a través de un portal en línea ofrecido como un servicio en la nube por el fabricante.
El voltaje de los motores de las bombas solares puede ser de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC). Los motores de CC se utilizan para aplicaciones pequeñas y medianas de hasta unos 4 kW de potencia nominal y son adecuados para aplicaciones como fuentes de jardín, paisajismo, agua potable para el ganado o pequeños proyectos de riego. Dado que los sistemas de CC tienden a tener niveles de eficiencia generales más altos que las bombas de CA de un tamaño similar, los costos se reducen, ya que se pueden utilizar paneles solares más pequeños.
Por último, si se utiliza una bomba solar de CA, es necesario un inversor para convertir la corriente continua de los paneles solares en corriente alterna para la bomba. El rango de potencia admitido por los inversores va de 0,15 a 55 kW y se puede utilizar para sistemas de riego más grandes. Sin embargo, el panel y los inversores deben tener el tamaño adecuado para adaptarse a la característica de entrada de un motor de CA. Para ayudar a realizar un dimensionamiento adecuado, los principales fabricantes proporcionan un software de dimensionamiento patentado probado por empresas certificadoras de terceros. El software de dimensionamiento puede incluir la producción de agua mensual proyectada, que varía debido al cambio estacional en la insolación.
Las bombas de agua alimentadas con energía solar pueden suministrar agua potable, agua para el ganado o agua para riego. [1] Las bombas de agua solares pueden ser especialmente útiles en el riego a pequeña escala o comunitario, ya que el riego a gran escala requiere grandes volúmenes de agua que, a su vez, requieren un gran sistema fotovoltaico . [3] Como el agua puede requerirse solo durante algunas partes del año, un gran sistema fotovoltaico proporcionaría un exceso de energía que no es necesariamente necesaria, lo que haría que el sistema fuera ineficiente, a menos que se pueda encontrar un uso alternativo.
Los sistemas de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica se utilizan para riego y agua potable en la India . La mayoría de las bombas están equipadas con un motor de 2,0 a 3,7 kW que recibe energía de un conjunto fotovoltaico de 4,8 kW . Los sistemas de 3,7 kW pueden suministrar unos 124.000 litros de agua al día desde un total de 50 metros de altura de compensación y 70 metros de altura dinámica. Hasta el 30 de agosto de 2016, se habían instalado un total de 120.000 sistemas de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica en todo el mundo. [4] El almacenamiento de energía en forma de almacenamiento de agua es mejor que el almacenamiento de energía en forma de baterías para bombas de agua solares porque no se necesita una transformación intermedia de una forma de energía a otra. Los mecanismos de bombeo más comunes utilizados son bombas centrífugas, bombas multietapa, bombas de pozo y bombas helicoidales. Conceptos científicos importantes de dinámica de fluidos, como presión vs. altura, alturas de bomba, curvas de bomba, curvas de sistema y altura de succión neta, son realmente importantes para la implementación y el diseño exitosos de bombas alimentadas con energía solar. [5] [6] [7] [8] [9] [10]
Para combatir la publicidad negativa relacionada con los impactos ambientales de los combustibles fósiles, incluido el fracking , la industria del petróleo y el gas está adoptando sistemas de bombeo alimentados con energía solar. [11] Muchos pozos de petróleo y gas requieren la inyección precisa (dosificación) de varios productos químicos bajo presión para sostener su operación y mejorar las tasas de extracción. Históricamente, estas bombas de inyección química (CIP) han sido impulsadas por motores alternativos de gas que utilizan la presión del gas del pozo y expulsan el gas crudo a la atmósfera. Las bombas eléctricas alimentadas con energía solar (CIP solares) pueden reducir estas emisiones de gases de efecto invernadero. Los paneles solares (células fotovoltaicas) no solo proporcionan una fuente de energía sostenible para las CIP, sino que también pueden proporcionar una fuente de electricidad para ejecutar diagnósticos remotos de tipo SCADA con control remoto y comunicaciones satelitales/celulares desde ubicaciones muy remotas a una computadora de monitoreo de escritorio o portátil.
En lugar de generar electricidad para hacer girar un motor, la luz solar se puede concentrar en el intercambiador de calor de un motor Stirling y utilizarla para accionar mecánicamente una bomba. Esto permite prescindir del coste de los paneles solares y del equipo eléctrico. En algunos casos, el motor Stirling puede ser adecuado para la fabricación local, eliminando la dificultad de importar el equipo. Una forma de motor Stirling es el motor Fluidyne , que funciona directamente sobre el fluido bombeado como un pistón. Las bombas solares Fluidyne se han estudiado desde 1987. [12] Al menos un fabricante ha realizado pruebas con una bomba Stirling alimentada por energía solar. [13]
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: |first=tiene nombre genérico ( ayuda )Mantenimiento de CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )