Los bombeos solares son de las instalaciones de autoconsumo más antiguas, su implantación fue muy anterior al auge del autoconsumo residencial e industrial y tienen ciertas peculiaridades en su funcionamiento que la distinguen del resto de plantas fotovoltaicas.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
- Características diferenciales
- Equipos y componentes principales
- Bombeo a balsa o depósito
- Bombeo directo o por goteros
- Otras tipologías de instalaciones
CARACTERÍSTICAS DIFERENCIALES
Las instalaciones de bombeo solar tienen la peculiaridad de que únicamente sirven para alimentar los motores eléctrico de bombas hidráulicas, grupos de presión o depuradoras, normalmente no son capaces de abastecer otras cargas eléctricas.
Su ventaja fundamental radica en que pueden operar sin baterías aún sin disponer de suministro eléctrico o apoyo de un generador, lo cual supone un ahorro respecto a una instalación aislada convencional con almacenamiento superior al 50%.
La posibilidad de prescindir de acumuladores hace muy rentables estos sistemas, especialmente en zonas sin acceso a la red eléctrica, ya que permiten sustituir grupos electrógenos de manera fácil y económica, cuya electricidad cuesta unas tres veces más que la suministrada por la red, ~ 0,40 [€/kWh] frente a ~ 0,13 [€/kWh], impuestos incluidos (precios a junio de 2021).
Si se desea monitorizar la instalación, es necesario comprar una centralita a parte, ya que en este caso los inversores-variadores, a diferencia de los inversores convencionales, rara vez son capaces de realizar la recopilación y subida de datos al portal web de monitorización.
EQUIPOS Y COMPONENTES PRINCIPALES
Los principales equipos que integran un bombeo solar son los paneles fotovoltaicos, sus estructuras soporte, el inversor-variador de frecuencia, las protecciones eléctricas, los sensores de nivel o presión y la propia bomba a alimentar.
El componente clave de estas instalaciones es el inversor-variador, que es el encargado de optimizar el rendimiento de los paneles (MPPT) y convertir su corriente continua a alterna, además de alterar la frecuencia eléctrica del sistema según la energía solar incidente y demanda de la bomba.
Cabe destacar que existen bombas que permiten el acoplamiento directo de los paneles solares sin requerir de un inversor-variador, sin embargo, estos equipos están ideados únicamente para pequeñas instalaciones debido a su limitada potencia e incapacidad de operar conjuntamente con otras fuentes de energía (e.g. grupo electrógeno).
Uno de los fabricantes más reconocidos de este tipo de bombas es Grundfos. A continuación, se muestra el rango de funcionamiento (hasta 200 [m] de presión | 90 [m3/día] de caudal) de su gama SQFLEX Solar en función de la potencia pico instalada (de 100 a 1400 [Wp]).
BOMBEO A BALSA O DEPÓSITO
En bombeos cuyo fin sea llenar un depósito o balsa, la instalación fotovoltaica hace funcionar la bomba que alimente a un ritmo acorde a la energía solar disponible, para ello el sistema manipula la frecuencia de la corriente eléctrica generada, de la cual depende la potencia demandada.
Por ejemplo, si la radiación solar bajase, el inversor-variador disminuiría la frecuencia del sistema ([Hz]) rebajando así la velocidad de giro del motor eléctrico y por lo tanto también el caudal, adecuando de este modo el consumo de la bomba a la energía fotovoltaica utilizable.
Radiación solar ↓ ≡ Frecuencia del sistema ↓ ≡ Velocidad del motor ↓ ≡ Potencia ↓ ≡ Caudal ↓
Se opera de este modo debido a que, aunque la energía demandada por una bomba es proporcional al caudal y a la presión de trabajo, esta última, también denominada altura manométrica, es constante, ya que depende de aspectos invariables como la profundidad del pozo, la longitud de las tuberías, la presión de los goteros o el desnivel del terreno.
Es decir, para poder ajustar la potencia demandada por la bomba (PT) solo queda manipular el caudal (QT), que depende a su vez de la velocidad de giro de la bomba (w), la cual se altera mediante la frecuencia del circuito eléctrico (f) que la alimenta:
PT = (γ x QT x Hm) / ηB = f(QT) ≡ [W]
QT = f(w) → w = (120 x f) / p ≡ [rpm]
| Parámetros de la potencia y caudal |
|---|
| PB ≡ Potencia eléctrica demanda por la bomba ≡ [W] PB ≤ PN ≡ Potencia nominal de la bomba ≡ [W] |
| γ ≡ Peso específico del fluido, normalmente agua = g x ρ ~ 12.000 [N/m3] |
| QT ≡ Caudal de trabajo del circuito hidráulico ≡ [ m3/s] |
| Hm ≡ Altura manométrica o presión de trabajo ≡ [m] |
| ηB ≡ Rendimiento global de la bomba ~ 0,8 [-] |
| w ≡ Velocidad de giro del motor ≡ [rpm] |
| f ≡ Frecuencia eléctrica del circuito ≡ [Hz] |
| p ≡ Número de polos del motor eléctrico = 2, 4, 6, 8, … [-] |
Normalmente la potencia nominal del inversor-variador y la potencia pico instalada en paneles solares son mayores que la potencia nominal de la bomba, por lo tanto esta última es la máxima que podrá alcanzar la instalación, es decir, el exceso de producción fotovoltaica se pierde:
BOMBEO DIRECTO O POR GOTEROS
Sin embargo, no todos los bombeos solares operan de este modo, ya que muchas instalaciones de riego requieren de un caudal de trabajo fijo, es decir, demandan una potencia de trabajo constante e inferior a la nominal de la bomba. Esto ocurre normalmente cuando el riego es por goteros, también denominado riego directo.
En estos sistemas toda la potencia fotovoltaica disponible por encima de la de trabajo es desaprovechada al tener que limitarse la potencia entregada para mantener unas condiciones de operación constantes. Lo mismo ocurre cuando no se genera suficiente potencia, el sistema en este caso se detiene por completo:
Por lo tanto, este tipo de instalaciones son menos eficientes y van a requerir de un mayor número de paneles para asegurar que se alcanza la potencia de trabajo requerida durante suficientes horas al día, obligando a sobredimensionar el campo fotovoltaico.
OTRAS TIPOLOGÍAS DE INSTALACIONES
En bombeos en los que la energía solar por si sola no es suficiente, o es necesario de disponer de una fuente auxiliar, siempre es viable hibridar, es decir, añadir un generador secundario, normalmente un grupo electrógeno, si bien también es posible que sea la propia red eléctrica, un aerogenerador o un sistema de baterías.