CÁLCULO DE BOMBEO SOLAR

En España, el sol y la agricultura destacan como fuentes de recursos en la actualidad. Uno de los resultados de combinar estos dos es el bombeo solar, cuyo objetivo reside en el control de los sistemas hídricos disponibles.

 Un sistema de bombeo solar consiste en una bomba hidráulica alimentada de forma directa con paneles fotovoltaicos. Esto sustituye los combustibles tradicionales y el uso de electricidad que en muchos casos pueden ser elevados.

Las ventajas de estos sistemas se pueden resumir en: gran ahorro, mayor vida útil, bajo mantenimiento, reducción de contaminantes, comodidad y fiabilidad. En contraposición, la inversión puede ser algo elevada y se necesita espacio para colocar los paneles.

Tipos de bombeo solar según bomba:

• Bombas solares: aquellas que se fabrican para ser alimentadas con paneles solares directamente en corriente continua (CC). Tienen mejor rendimiento, pero no poseen entrada de corriente a 230 V por lo que se recomiendan para determinadas aplicaciones ya que su uso está mas limitado.

Bombas convencionales con variador de frecuencia solar: En este tipo se utilizan bombas alimentadas en corriente alterna 230 o 380 V a través de un variador de frecuencia para uso solar que adecua la corriente continua producida en los paneles.  Además, permite la conmutación o hibridación de una red de alterna o baterías para períodos en los que no haya sol. Son soluciones más económicas pero que requieren de equipos de control, siendo algo menos eficientes.

Dentro de las bombas convencionales se pueden distinguir:

• Helicoidales: Puede montarse de forma horizontal y tiene ventaja con poca potencia disponible
• Centrífugas: necesitan una frecuencia mínima, pero dan mayores caudales para una misma altura

Además, estas pueden ser sumergibles o de superficie dependiendo de la aplicación y las necesidades de caudal y altura.

Aplicaciones de bombeo solar:

• Bombeo a balsa o a depósito: Su objetivo es bombear agua a un punto fijo a una determinada altura. En este tipo de aplicaciones no es importante el caudal sino el volumen de agua en un cierto período. Normalmente se mide en torno a un día. Es el sistema donde mejor se aprovecha la energía fotovoltaica ya que funciona siempre limitado por la energía disponible desde la frecuencia mínima.

• Bombeo con riego directo: Se tiene la necesidad de regar a presión constante y caudal marcado, por este motivo se precisa también una potencia constante. Por este motivo se tienen que controlar la curva H/Q de la bomba. En algunos casos existen rangos de presión y caudal que proporcionan un mejor aprovechamiento.

Ejemplo de cálculo estimado de bombeo solar fotovoltaico

Se dispone de una balsa con unas necesidades de: una altura total de 70 m y un caudal diario de 13 m³. Durante 2-4 h de trabajo (24/3,5≈6,5). Para este ejemplo se trabaja con el catálogo de la marca Grundfos.

En primer lugar, se obtiene el caudal nominal que resulta 13/6,5=2m³/h con este dato y una altura de 70 m en la curva se obtiene el valor de 650 W (potencia necesaria de la bomba)

La potencia necesaria de paneles disponible debe mayorarse un 30% para el caso de balsas y un 80% si se tratara de un sistema de riego por lo que:

• Para paneles de 270 W en balsa, 650*1,3/270 = 3,12 ≈ 4 paneles
• Para paneles de 270 W en riego, 650*1,8/270 = 4,33 ≈ 5 paneles

Procurando que no se supere la tensión máxima por string de 300 V.

Ejemplo de cálculo de bombeo solar con variador de frecuencia

Se dispone de un bombeo a balsa con las siguientes características:

• Período de bombeo de mayo a septiembre con un caudal diario de 30 m³ en 6 h.
• Altura del pozo de 90 m
• Nivel mínimo del agua: profundidad del pozo
• Abatimiento desconocido
• Desnivel del terreno de 2 m
• Altura del depósito de 10 m
• Distancia horizontal de pozo a tanque 100 m.

Con estos datos se obtiene que la altura total es de 104 m.

El caudal nominal es de 30/6= 5 m³/h

Con las fórmulas de leyes de semejanza de las bombas se obtienen las curvas. En este caso se seleccionan las de una bomba Caprari E4XED30/43

Se observa que se consiguen más de5 m³/h a 50 Hz por lo que se selecciona esta bomba como válida.

A partir de esta bomba se selecciona un variador de frecuencia solar necesario. Para ello habrá que recurrir a la ficha de características del fabricante teniendo en cuenta la potencia de la bomba, el voltaje y la intensidad nominal.

En cuanto al dimensionamiento fotovoltaico se aplica la siguiente fórmula:

Coeficiente*Pot.Bomba(CV)*1000=Pot.Campo FV(W)

• Coef 1,3 si el bombeo es a balsa o riego para 3-5 h al día
• Coef 1,5 en riego para 5-7 h al día
• Coef 1,8 en riego para 7-8 h al día

En este caso: 1,3*5,5*1000=6500 W que equivale a 19,69 ≈ 20 paneles de 330 V

Siendo el voltaje máximo de 300 V monofásico u 800 trifásico por string. Con un VOC=45,9 V por panel tenemos 800/(45,9*1,1)=15,84 ≈ 15 paneles máximo.

Con estos ejemplos se puede resumir el cálculo de forma general tanto de bombas solares como de bombas con variador solar. Desde Garcigas, contamos con experiencia en dimensionado y ejecución de este tipo de instalaciones, así del resto de instalaciones fotovoltaicas en el sector industrial, terciario y residencial.

Redactado por: Joaquín Fernández Lagares