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Energía solar para riego de un país en desarrollo como Sri Lanka Cont.
Continuación de: Energía solar para riego: caso de Sri Lanka
Se han realizado varios estudios con respecto a los sistemas de riego solar, pero la mayoría de ellos se refieren a los sistemas de bomba de motor de CC y los sistemas de riego por goteo. Estas investigaciones afirman que los sistemas existentes deben desarrollarse más para obtener la máxima eficiencia de la energía solar.
Aquí hay información resumida sobre los estudios que se han realizado anteriormente.
Abu-Aligah (2011) informó que en lugares donde no hay electricidad disponible, el sistema de bombeo fotovoltaico es una buena opción para regar cultivos y suministrar agua potable. El Programa de Energía Renovable de Namibia (NAMREP) realizó un estudio sobre la viabilidad de la bomba solar en Namibia. Este informe proporcionó que para los pozos pequeños y medianos, la bomba solar fotovoltaica era mucho más barata en función del costo del ciclo de vida que las bombas alimentadas con diesel. Al mirar más allá del precio de compra original, los sistemas de bombeo solar cuestan entre un 22% y un 56% más del costo de las bombas diesel y pueden lograr una recuperación de la inversión en comparación con las bombas operadas con motor diesel en tan solo 2 años.
Tabla 01: Comparación de características de los métodos existentes y el sistema solar
Hahn (2000) ha informado de que en regiones con altos niveles de insolación, los sistemas de bombeo fotovoltaicos eran técnicamente adecuados para su uso, beneficiosos para el medio ambiente y podían producir ventajas de costo sobre las bombas impulsadas por motores diesel.
Burkec et al (2010) realizaron un estudio en la región rural de Sudano-Sahel en África occidental. Informaron que el riego por goteo con energía solar aumentó significativamente tanto los ingresos familiares como la ingesta nutricional, particularmente durante la estación seca, y fue rentable en comparación con tecnologías alternativas.
Bhat SR et al (1987) mencionaron que los motores de inducción debido a las ventajas inherentes son preferidos a los motores de corriente continua para aplicaciones de bombeo de agua.
Existen varios esquemas de bombeo experimentales, que son impulsados por motores de CC. Betka A. et al (2013) han observado, sin embargo, que muchos de estos esquemas adolecen de problemas de mantenimiento debido a la presencia de conmutador y escobillas. Dado que el uso de motores de imanes permanentes sin escobillas se limita a los sistemas fotovoltaicos de baja potencia debido a su alto costo, un sistema de bombeo basado en un motor de inducción alimentado por un inversor de fuente de voltaje o un inversor de fuente de corriente se ha propuesto como una alternativa atractiva donde la confiabilidad y el mantenimiento se puede garantizar.
En las investigaciones se han realizado varios proyectos sobre sistemas de riego con energía solar basados en motores de inducción. Pero la mayoría de los proyectos cubrieron el riego por goteo. (Karve, Khatri y Rohit, 2013). Los sistemas con motores de inducción más grandes que funcionan con sistema fotovoltaico son costosos que no podrían soportar las industrias agrícolas de pequeña escala.
De acuerdo con los puntos resumidos anteriormente de esas investigaciones, el sistema de riego acoplado a CC es muy popular ya que su construcción es muy simple y fácil de operar. Pero tiene problemas de mantenimiento y estos no son económicamente viables cuando se trata de bombas de agua más grandes o de alta eficiencia.
Consideremos un sistema de riego solar. Hay varias topologías que se utilizan ampliamente en todo el mundo.
Primero considere los sistemas de bombas de CC. Hay dos topologías principales para los sistemas de riego acoplados a CC.
(01) Sistemas de bombeo de agua acoplados a baterías
Figura 1: Sistemas de bombeo de agua acoplados a batería.
En este sistema, los paneles solares están conectados a la bomba de agua a través de una batería de respaldo. La batería de respaldo está conectada al panel solar a través del dispositivo controlador de carga. A controlador de carga solar administra la energía que ingresa al banco de baterías desde el panel solar. Asegura que las baterías de ciclo profundo no se sobrecarguen durante el día, y que la energía no corra hacia atrás a los paneles solares durante la noche y agote las baterías. Esta topología es capaz de suministrar agua independientemente de la luz solar.
(02) Sistemas de bombeo de agua de acoplamiento directo
Figura 2: Sistemas de bombeo de acoplamiento directo
En este método, los paneles solares se conectan directamente al motor a través de un controlador de carga solar. Este sistema está diseñado para bombear solo durante el día.
En conjunto, estos sistemas de riego de CC tienen algunos inconvenientes. Esos son,
- El impulsor no se puede acoplar directamente.
- La corriente es alta en comparación con la CA.
- El par es bajo debido a las bajas RPM.
- La pérdida de calor es alta.
- El tiempo de vida es bajo.
- El costo inicial es alto.
Cuando se trata de sistemas de riego solar acoplados con motor de inducción, su construcción se puede ilustrar de la siguiente manera.
Figura 3: Sistema de riego solar acoplado con motor de inducción
Este tipo de sistemas de riego son muy populares en el riego a gran escala, ya que estos sistemas pueden manejar grandes cantidades de agua con alta eficiencia. Estos sistemas se pueden clasificar según la tecnología utilizada para operar el inversor. Además, estos sistemas son costosos, ya que para operar el motor de inducción se necesita un conjunto de paneles solares en lugar de un solo panel. En el sistema de motor de CC, puede funcionar incluso con un solo panel. Pero la vida útil de estos sistemas acoplados por inducción es mayor que la de los sistemas acoplados con motores de CC y el mantenimiento es menor.
Se necesitan más desarrollos para aplicar el sistema de energía solar en el riego a pequeña escala, ya que esos sistemas existentes son costosos e ineficientes.
Referencias
- Abu-Aligah M. (2011): Diseño de sistema de bombeo de agua fotovoltaico y compararlo con diesel. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, vol 5, págs. 273-280.
- Betka A., Moussi A. (2013): Sistema de bombeo de agua solar optimizado basado en un motor de inducción que acciona una bomba centrífuga. Instituto de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Oum El Bouaghi, Argelia.
- Bhat SR, Pittet A., Sonde BS (1987): Optimización del rendimiento del sistema de motor-bomba de inducción utilizando una fuente de energía fotovoltaica. Instituto de Transacciones de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos en Aplicaciones Industriales. págs. 995-1000.
- Burkec M., Burney J., Naylora R., Pasternakb D., Woltering L. (2010): El riego por goteo con energía solar mejora la seguridad alimentaria en el Sudano–Sahel, Ciencia de la Sostenibilidad. págs. 1848-1853.
- Hahn (2000): Riego con conservación de recursos con sistemas de bombeo fotovoltaico.16a Conferencia Europea de Energía Solar Fotovoltaica, Glasgow, Reino Unido.
- Karve, Prof. GM, Khatri y Rohit, KB (2013): Sistema de Bombeo de Agua Solar. Disponible en: (Consulta: agosto de 2016).
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