Bombeo Solar Fotovoltaico

Los kits para bombeo de agua solar son la mejor solución para extraer agua de pozos o estanques. Además de eso, la rentabilidad está asegurada ya que no tendrás que depender de motores de gasoil o red eléctrica. 

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¿En qué consiste el bombeo fotovoltaico?

El bombeo solar consiste, al igual que un sistema de bombeo tradicional, en extraer agua de un pozo, balsa o similar por medio de una bomba solar hidráulica. Algunas aplicaciones típicas del bombeo fotovoltaico son:

Esa bomba solar funciona gracias a la energía de las placas fotovoltaicas conectada a ella y a un variador solar de frecuencia, y con ese aporte de energía impulsará el agua para su posterior uso.

Se suele utilizar un depósito para acumulación del agua bombeada para las horas que no hay radiación solar y que sea necesario el uso del agua.

Video con bombeo solar directo

Sistemas de Bombeo Solar

Cálculo y Presupuesto a Medida

Componentes de un sistema de bombeo solar fotovoltaico:

Como decíamos, las aplicaciones de bombeo solar, aparte de las placas fotovoltaicas, tienen los siguientes componentes:

  • Variadores Solares o de Frecuencia: Se encargan de adaptar la tensión de las placas fotovoltaicas a las necesidades de la bomba solar. Una bomba hidráulica convencional funciona a una tensión de 220 o 400V. Sin embargo la tensión de las placas solares va variando en proporción a la variación de la irradiación solar a lo largo del día. El variador se encarga de adaptar la tensión variable de las placas fotovoltaicas a una tensión constante que es la que necesita la bomba para funcionar.
  • Bombas solares: Están fabricadas específicamente para ser alimentadas por paneles fotovoltaicos. No sirven para su uso con otro tipo de alimentación.

Cálculo básico de bombeo solar fotovoltaico

¿Cómo se calcula un proyecto de bombeo con energía solar?

Veamos un ejemplo paso a paso para que cada uno pueda estimar cuál es el kit de bombeo solar directo más adecuado.

Lo primero que debemos saber para una correcta configuración de un kit de bombeo:

  • Caudal diario que deseamos suministrar (m3/día).
  • Altura total de bombeo (altura manométrica) en metros.
  • Localización del proyecto.
  • Periodo de funcionamiento (si es anual o estacional).

Esquema bombeo solar

Supongamos entonces que en este caso real queremos un caudal diario de 24m3/día , salvando una altura de 50m (estática + dinámica) y el sistema de bombeo de agua con energía solar se instalaría en la zona Norte de Italia.

Una vez que ya sabemos la localización del proyecto de bombeo solar, debemos averiguar las Horas Solar Pico (kWh/m2) que tenemos en esa zona.

Para ello debemos ayudarnos de alguna herramienta como el PVGIS que nos puede fácilmente dar esa información.

En este caso, sería:

Radiación media Bombeo

Bien, ahora es cuando vamos a calcular cuál sería el kit más adecuado para este caso particular. En función del caudal horario (m3/hora) que necesitemos, se eligirán las potencias de las bombas solares de agua y en función de la potencia de la bomba, el número de módulos solares necesarios.

Supondremos dos casos, uno para funcionamiento anual y otro para funcionamiento estacional.

Cálculo para un Funcionamiento Anual:

Al ser anual, tomamos la media de HSP (Horas Sol Pico) anual, que en este caso son 3,85. Es decir, la bomba funcionaría a pleno rendimiento 3,85 horas cada día de media.

Entonces, sabiendo esto, ya podemos calcular el caudal horario (Qh): Qh = 24m3/día / 3,85HSP = 6,23 m3/h

Ya tenemos todos los datos importantes, es decir:

Necesitamos tipos de bomba solares de agua que en las condiciones de nuestra zona sea capaz de mover un caudal horario de 6,23 m3/h y salvar una altura de 50m. Ahora solo hay que recurrir a las tablas de la bomba para saber el modelo y potencia que necesitamos.

En este caso:

Tabla bomba-4HS bombeo solar

Así pues, mirando la tabla, vemos claramente que para la línea de los 50m de altura de aspiración y 6,23 m3/hora nos da una P1 (potencia de la bomba) de 2400W aproximadamente.

Entonces, el kit que necesitaríamos constaría de una bomba 4HS 06/04 de 2400W de potencia, con 2400W de paneles fotovoltaicos.

Para el caso de funcionamiento estacional de verano:

Al ser estacional, tomamos la media de HSP (Horas Sol Pico) de los meses de verano, que en este caso son 6,05 HSP. Es decir, la bomba funcionaría a pleno rendimiento 6,05 horas cada día de media en los meses de verano.

Entonces, sabiendo esto, ya podemos calcular el caudal horario (Qh): Qh = 24m3/día / 6,05HSP = 3,96 m3/h

Ya tenemos todos los datos importantes, es decir, necesitamos una bomba que en las condiciones de nuestra zona sea capaz de mover un caudal horario de 3,96 m3/h y salvar una altura de 50m.

Ahora solo hay que recurrir de nuevo a las tablas de la bomba que más se acerque a ese requisito para saber el modelo y potencia que necesitamos.

En este caso:

tabla bomba-4HS bombeo solar verano

Así pues, mirando la tabla, vemos claramente que para la línea de los 50m de altura de aspiración y 3,96 m3/hora nos da una P1 (potencia de la bomba) de 1800W aproximadamente. Por lo tanto, el kit de bombeo solar que necesitaríamos constaría de una bomba 4HS 04/03 de 1800W de potencia, con 1800W de potencia instalada de placas fotovoltaicas.

También es muy importante tener en cuenta que el caudal diario que puede bombearse nunca puede sobrepasar los recursos hidráulicos disponibles, es decir, no sobrepasar la capacidad de regeneración de agua de la fuente, para evitar la reducción del nivel del agua de la fuente/pozo, que puede provocar que la bomba quede fuera del agua, o aún peor, secar la fuente/pozo.

¿Cómo se calcula la altura total (estática+dinámica) en los bombeos solares?

La altura dinámica total o carga dinámica total, que en nuestro caso eran 50m, se calcula siempre en función de la suma de la carga estática + carga dinámica.

altura de bombeo solar

La carga o altura estática, medida en metros, es la distancia en vertical desde la superficie del agua hasta el nivel de descarga. La carga dinámica, medida en metros, son las cargas que se generan por fricción al recorrer el agua la tubería.

Hay muchas fórmulas para calcularlo, una de ellas sería la de Hazen-Williams: CD = 10,674 * [Q1,852/(C1,852* D4,871)] * L

Siendo:

  • CD: pérdida de carga o de energía dinámica (m)
  • Q: caudal (m3/s)
  • C: coeficiente de rugosidad (adimensional)
  • D: diámetro interno de la tubería (m)
  • L: longitud de la tubería (m)
  • El coeficiente de rugosidad (C), es adimensional, y va en función del material utilizado en la tubería, por ejemplo, para los materiales más habituales como el hierro, cobre, plomo o plástico (PE, PVC) está entre 130 y 140.

Ya solamente habría que sustituir los datos, en la fórmula, calcular la carga dinámica y sumarlo con la carga estática calculada anteriormente para obtener la altura o carga dinámica total de nuestro sistema.

¿Es necesario el uso de baterías en un sistema de bombeo solar?

Lo cierto es que no, aunque pueden usarse baterías solares no es lo más recomendable, pues encarecen enormemente el sistema. Simplemente, si necesitamos bombear agua en horas nocturnas, la solución es incorporar un depósito elevado de agua para almacenarla y poder utilizarla en momentos sin sol. Al final, no es más que almacenar energía, en este caso, sería un bombeo solar con almacenamiento con depósito.  

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Autor Redactor:

Manual redactado por: José A. Alonso (SunFields Europe - Empresa energía solar desde 2007)

José Alfonso Alonso Lorenzo

José Alfonso Alonso Lorenzo

Profesional Fotovoltaico desde 2006.

  • Ingeniero técnico Industrial por la Escuela Politécnica de Ferrol.
  • Experto en Solar Fotovoltaica por el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas de Madrid en 2009-2010.
  • Experto Profesional en Energía Fotovoltaica, por la UNED 2010-2011.
  • Gerente y Responsable de Compras en SunFields Europe desde 2010.
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