Las bombas que funcionan con energía solar funcionan con electricidad generada por paneles fotovoltaicos (PV) o con la energía térmica irradiada disponible a partir de la luz solar recogida, a diferencia de las bombas de agua que funcionan con electricidad de la red o diésel. [1] Generalmente, las bombas que funcionan con 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 bombas alimentadas por energía solar es más económico principalmente debido a los menores costos de operación y mantenimiento y tiene menos impacto ambiental que las bombas alimentadas por un motor de combustión interna . Las bombas solares son útiles cuando la red eléctrica no está disponible o no es práctica y las fuentes alternativas (en particular la eólica) no proporcionan suficiente energía.
Un sistema de bomba solar fotovoltaica tiene tres partes principales: uno o más paneles solares , un controlador y una bomba. Los paneles solares representan la mayor parte (hasta el 80%) del coste del sistema. [1] [ cita necesaria ] El tamaño del sistema fotovoltaico depende directamente del tamaño de la bomba, la cantidad de agua que se requiere y la irradiancia solar disponible.
El objetivo del controlador es doble. 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 normalmente proporciona una protección contra bajo o alto voltaje, mediante la cual el sistema se apaga si el voltaje es demasiado bajo o demasiado alto para el rango de voltaje de funcionamiento 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, combinar la entrada de energía entre los paneles solares y una fuente de energía alternativa como la red o un motor. generador, y monitorear y administrar remotamente el sistema a través de un portal en línea ofrecido como 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 aproximadamente 4 kW de potencia nominal y son adecuados para aplicaciones como fuentes de jardín, paisajismo, agua potable para ganado o pequeños proyectos de riego. Dado que los sistemas de CC tienden a tener niveles generales de eficiencia más altos que las bombas de CA de un tamaño similar, los costos se reducen, ya que se pueden usar paneles solares más pequeños.
Finalmente, si se utiliza una bomba solar de CA, es necesario un inversor para cambiar la energía de CC de los paneles solares a CA para la bomba. El rango de potencia admitido de los inversores se extiende 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 irrupción de un motor de CA. Para ayudar a realizar el dimensionamiento adecuado, los principales fabricantes proporcionan software de dimensionamiento patentado probado por empresas certificadoras externas. 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 por energía solar pueden suministrar agua potable, agua para el ganado o agua de 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 conjunto de paneles solares fotovoltaicos . [3] Como el agua sólo puede ser necesaria durante algunas épocas del año, un gran conjunto fotovoltaico proporcionaría un exceso de energía que no necesariamente se necesita, haciendo así que el sistema sea ineficiente, a menos que se pueda encontrar un uso alternativo.
Los sistemas solares fotovoltaicos de bombeo de agua 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 p . Los sistemas de 3,7 kW pueden suministrar alrededor de 124.000 litros de agua/día con 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 en todo el mundo un total de 120.000 sistemas solares fotovoltaicos de bombeo de agua. [4] El almacenamiento de energía en forma de agua es mejor que el almacenamiento de energía en forma de baterías para bombas de agua solares porque no se necesita ninguna transformación intermedia de una forma de energía en otra. Las mecánicas de bombas más comunes utilizadas son las bombas centrífugas, las bombas multietapa, las bombas de pozo y las bombas helicoidales. Conceptos científicos importantes de la dinámica de fluidos, como presión versus altura, cabezas de bomba, curvas de bomba, curvas del sistema y altura de succión neta, son realmente importantes para la implementación y el diseño exitosos de bombas alimentadas por 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 con energía solar. [11] Muchos pozos de petróleo y gas requieren la inyección (medición) precisa de diversos productos químicos bajo presión para mantener su operación y mejorar las tasas de extracción. Históricamente, estas bombas de inyección de productos químicos (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 por 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 los CIP, sino que también pueden proporcionar una fuente de electricidad para ejecutar diagnósticos remotos tipo SCADA con control remoto y comunicaciones satelitales/celulares desde ubicaciones muy remotas a una computadora de escritorio o portátil de monitoreo. .
En lugar de generar electricidad para hacer girar un motor, la luz solar puede concentrarse en el intercambiador de calor de un motor Stirling y utilizarse para impulsar mecánicamente una bomba. Esto prescinde del coste de paneles solares y equipos eléctricos. En algunos casos, el motor Stirling puede ser adecuado para la fabricación local, eliminando la dificultad de importar equipos. Una forma de motor Stirling es el motor fluidino , 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]
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