Componentes del sistema de bombeo solar
Bomba eléctrica
Inversor de bomba solar
Panel solar
El tipo de energía que proporciona en su salida es de corriente continua, y se diseña para valores concretos de tensión, que definirán la tensión a la que trabaja el sistema fotovoltaico.
¿Qué aspectos debo de tomar en cuenta para el diseño y dimensionamiento del sistema?
Ubicación de la instalación del Sistema
Es necesario tomar en cuenta la Hora Solar Pico de la región.
Hora Sol Pico
Es el número de horas sol que con una radiación global de 1000 W/m2 proporciona una energía equivalente a la radiación global recibida en un periodo de tiempo. Para obtener este dato existen tablas ya definidas, recomendamos usar las tablas de la unión europea: https://ec.europa.eu/jrc/en/pvgis
La aplicación que se pretende dar al agua extraída
Por ejemplo, abrevaderos para ganado, irrigación, consumo humano, riego, etc.
Almacenamiento de agua
Es recomendable contar con un tanque de almacenamiento de agua para tener de reserva en caso de días nublados. Almacenar agua en tanques es mucho más económico que almacenar energía en baterías.
El almacenamiento por baterías normalmente se justifica sólo cuando el rendimiento máximo del pozo durante las horas de sol es insuficiente para satisfacer las necesidades diarias de agua y cuando se requiere bombear agua durante la noche.
Fuente de agua para bombeo
El tipo de sistema de bombeo a emplear en cada caso está condicionado por las características de la fuente de agua a la que está destinado. Rio, laguna, pozo, depósito, etc.
En el caso de que la fuente de agua sea de un pozo considerar las características del pozo, como ser la profundidad, el nivel estático, el nivel dinámico, el caudal de prueba, la altura del depósito y la distancia del pozo al depósito.
El nivel del agua en el pozo tiene un valor estático (sin bombeo) y otro dinámico, cuando inicia el proceso de extracción:
Altura de nivel estático (H2): Es la distancia desde la superficie al nivel del espejo de agua.
Altura de nivel dinámico (H3): Es la distancia desde la superficie al nivel que adquiere el espejo de agua durante el proceso de bombeo. Se debe tomar en consideración los nuevos niveles de succión, así como las pérdidas por fricción dentro de la cañería.
Altura vertical boca de pozo – deposito (H1): Altura de descarga, es la distancia vertical a la que hay que subir el agua medida desde el nivel del suelo hasta el borde superior del tanque de almacenamiento.
Distancia horizontal boca de pozo – deposito (L).
Altura manométrica total (TDH): Es la presión a la que el líquido es impulsado, expresando también los metros de columna de agua (m.c.a) a los que la bomba es capaz de impulsar el fluido.
Para calcular la altura manométrica total, también conocida como TDH, por sus siglas en inglés, necesitamos calcular dos cosas:
- Altura vertical desde el nivel dinámico del agua en el pozo, hasta el punto de entrega más elevado.
Altura vertical = H1 + H2 + H3
- Las pérdidas por fricción de toda la tubería y componentes que el líquido encuentra en la descarga de la bomba. Para calcular la pérdida por fricción, primero se necesita saber cuál es el flujo deseado. Cada flujo tendrá una pérdida por fricción diferente. Cuanto más flujo atraviese una tubería, más pérdida por fricción habrá
Altura manométrica total (TDH) = H1 + H2 + H3 * 0,1 + L * 0,04
Dependiendo del valor de la profundidad máxima del pozo, la estimación para las pérdidas mecánicas representará un incremento en la altura dinámica de un 2 a un 4% de la longitud de cañería.
Caudal Nominal de Bombeo: Depende de radiación solar en la zona de instalación y el Volumen Diario de agua requerido (m3/h)
Selección del tipo de bomba a usarse
Cuando ya se conoce el caudal de la bomba, y la altura manométrica total, con estos parámetros se selecciona el modelo de la bomba.
Diseño de la fuente de generación FV
Una vez que la bomba ha sido seleccionada, se conocerá el valor de potencia que ésta requiere para extraer el caudal diario.
Se realiza los cálculos para establecer el número de paneles solares en función de las condiciones de radiación más desfavorables.
Derrateo por altura
Todo sistema de aislación eléctrica sufre una degradación cuando permanece sobre una cierta elevación o altitud geográfica por encima de un límite dado (> 1.000 m.s.n.m.). Para que el inversor pueda trabajar a una determinada altura hay que calcular un derrateo.
La forma en que se produce la disminución de la presión atmosférica en función de la altitud es aproximadamente exponencial, según la expresión:
Antes de los 1.000 m.s.n.m. la presión atmosférica decrece a razón de 1 mmHg por cada 10 metros de elevación.
La capacidad de carga se reduce si la altitud del lugar de instalación supera los 1.000 metros o si la temperatura ambiente supera los 40 °C.
Ejemplo de cálculo estimado de bombeo solar fotovoltaico
Para poder comprender mejor cómo se realiza el dimensionamiento de un sistema de bombeo solar tomaremos como ejemplo un pozo superficial de vertiente ubicado en la localidad de San Ramón, ubicado en la Provincia Ñuflo de Chaves del departamento de Santa Cruz, el pozo cuenta con las siguientes características:
Una vez obtenemos los datos necesarios para el dimensionamiento, procedemos a calcular la Altura Manométrica Total, reemplazando los valores en la siguiente formula:
Altura manométrica total (TDH) | = H1 + H2 + H3 * 0,1 + L * 0,04 |
Altura manométrica total (TDH) | = 52m + 3m + 2m * 0,1 + 337m * 0,04 |
Altura manométrica total (TDH) | = 68,7 m |
También debemos calcular el Caudal Nominal de Bombeo (Qb) considerando el caudal requerido a suministrar (Qr) y la HSP estimada en la Zona.
Una vez que conocemos el caudal de la bomba de 0,9 (m3/h) y la altura manométrica total de 68,7m, con estos parámetros elegimos el modelo de la bomba.
Para realizar la elección de la bomba trabajaremos con los parámetros de las bombas solares de la marca DIFFUL, como se muestra a continuación:
La bomba solar seleccionada para el sistema de bombeo es el modelo 3DSS1.7-109-48-500. Según las especificaciones técnicas de la bomba se conoce el valor de potencia que ésta requiere para extraer el caudal diario, como se muestra en la siguiente
Para el dimensionamiento de los paneles solares fotovoltaicos debemos preseleccionar el panel que deseamos utilizar, en este caso elegiremos el panel solar de 380W de Peimar con las siguientes características:
En base al resultado obtenido conectaremos los 2 paneles solares fotovoltaicos en serie, con esta configuración obtenemos el voltaje del sistema fotovoltaico solar 82,8V que cumple con el rango de voltaje permitido por la bomba (<100V).
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