1.-Sequías
En un contexto de sequías cada vez más frecuentes y persistentes, conciencia ambiental y desarrollo sostenible, la integración de tecnologías como el bombeo solar con variadores de frecuencia se presenta como una opción cada vez más necesaria en la gestión del agua. La búsqueda de nuevos puntos de extracción y la distribución cada vez más eficiente del agua lleva a instalar puntos de bombeo en zonas alejadas donde no hay acceso a la red eléctrica o bien donde se prefiere una aportación prioritaria de energía renovable.
Hoy exploraremos los aspectos fundamentales relativos a los campos de módulos solares utilizados en el bombeo con variadores de frecuencia, desde la elección y diseño de la instalación hasta consejos prácticos y errores comunes a evitar.
Lo primero que debemos tener claro es el tipo de instalación de bombeo solar, ya que esto condicionará el diseño de nuestro campo solar.
2.-Tipos de instalación
Dividiremos las instalaciones en tres tipos según se conecten las fuentes de energía al variador de potencia: Hibridada, Conmutada o Aislada.
Para un buen diseño del campo solar en sistemas hibridados, es importante que la tensión del campo solar esté sobredimensionada para asegurar que siempre se aporte toda la energía solar disponible al variador.
3.-Sistemas hibridados y comuntados
Las instalaciones hibridadas aportan múltiples fuentes de energía al variador, combinando la potencia solar con otras fuentes como la eléctrica, convencional o eólica. Este enfoque proporciona mayor flexibilidad y fiabilidad, ya que el sistema adquiere la energía que necesita de manera simultánea. En caso de hibridar un campo solar con la propia red eléctrica (o un grupo electrógeno, por ejemplo), la principal ventaja es que al variador de frecuencia no le afectan los cambios repentinos en las condiciones ambientales o los requisitos de carga. Además, el campo solar siempre aportará toda la energía que pueda generar en cada instante, ya que la red eléctrica complementará lo que falte para que la bomba funcione día y noche.
- Aporte de red
- Aporte solar
Otro punto a tener en cuenta en sistemas hibridados es el uso obligatorio de diodos de polarización en el lado de la corriente continúa para asegurar que la corriente siempre fluye desde los paneles solares hacia el bus de corriente continua del variador de frecuencia y evitar que la energía aportada por la red que entra en el bus de corriente continua pueda dañar el campo solar.
En una instalación conmutada, se utiliza o bien la energía solar o bien la energía de red, pero no ambas al mismo tiempo. Este tipo de sistema se caracteriza por su capacidad para operar en modo automático, alternando entre las fuentes según las condiciones del entorno. Es una solución necesaria cuando se deba asegurar la desconexión de la red convencional en aquellos tramos horarios donde el coste de la energía es cara y se asegura un aporte 100% solar. La principal desventaja es que cuando se trabaja conectado a red, la energía solar está desacoplada y no se aprovecha la producción.
En estos casos, el campo solar se ha de dimensionar con una potencia tal que asegure un funcionamiento al 100% de carga sin otro aporte exterior de energía. Normalmente, la potencia solar instalada se calcula entre 1.5 a 2 veces la potencia de la bomba. Los principales factores a tener en cuenta son: el tamaño e instalación del conjunto motor-bomba, la eficiencia del conjunto motor-variador y las horas efectivas diarias de extracción de agua requeridas.
4.-Instalaciones aisladas
Son completamente dependientes de la energía solar. No tienen conexión a la red eléctrica convencional.
Una instalación aislada podría ser ideal en áreas remotas sin acceso a la red eléctrica convencional. Aquí el variador de frecuencia ha de ser capaz de modular la energía con la que mueve la bomba para evitar paradas y mantener el bombeo el máximo de tiempo posible. Al igual que pasaba con las instalaciones conmutadas, el campo solar se ha de dimensionar con una potencia tal que asegure la extracción de agua durante el mayor tiempo posible a lo largo del día.
Además de lo anterior, la elección del tipo de instalación para el bombeo solar dependerá de factores como la ubicación, los requisitos de caudal y horas de bombeo de agua y los costos asociados. Cada enfoque tiene sus propias ventajas y desafíos, pero todos representan pasos importantes hacia la utilización sostenible de la energía solar en la agricultura y el suministro de agua.
5.- Consejos para elegir y diseñar el campo de módulos solares adecuado
Los módulos solares se conectan al bus de corriente continua del variador como muestra la figura. El número de módulos en serie necesarios queda determinado por la tensión mínima y máxima del variador:
- La tensión mínima será aquella que determina el variador de frecuencia para que pueda mover la bomba y extraiga agua a velocidad nominal. Además, para este cálculo se tendrá en cuenta la suma de la tensión de trabajo de los paneles solares (Vmpp) conectados en una serie (llamado ‘string’), y no la tensión de circuito abierto (Voc). Es importante un buen análisis de la zona geográfica que determina la temperatura ambiente y la radiación disponible, ya que el calor afecta negativamente a la tensión que los módulos solares pueden aportar de manera efectiva.
- La tensión máxima debe estar siempre por debajo de la tensión máxima admisible del bus de continua del variador de frecuencia. La tensión máxima se calcula como la suma de la tensión de circuito abierto (Voc) de todos los módulos conectados en una serie (llamado ‘string’) a la temperatura mínima ambiente de la zona geográfica, ya que la tensión Voc crece a medida que baja la temperatura.
Las series o “Strings” se conectan en paralelo para alcanzar la potencia necesaria que pueda mover la bomba y extraer agua. El número de series (‘strings’) en paralelo determina la corriente total que se le suministrará al variador de frecuencia. En este caso, no hay límite de ‘strings’ que se pueden añadir en paralelo. El mínimo recomendable es aquel que asegura una potencia de entre 1.5 a 2 veces al potencia de la bomba instalada.
6.-Resumen
Los requisitos para el campo solar son:
- Potencia: debe ser adecuada a la de la bomba
- Nº de módulos en serie:
- Deberá adecuarse a la tensión nominal del bus CC del variador.
- No podrá exceder la máxima tensión del bus CC del variador.
- · Nº de series en paralelo: Se añaden tantos ‘Strings’ como sea necesario para conseguir la potencia requerida en la instalación de bombeo, y podrá exceder la máxima corriente nominal del convertidor de frecuencia.
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