Bomba de energía solar

Una bomba de energía solar es una bomba que funciona con electricidad generada por paneles fotovoltaicos o la energía térmica radiada disponible a partir de la luz solar recolectada en comparación con la electricidad de la red o las bombas de agua de diesel. El funcionamiento de las bombas de energía solar es más económico debido principalmente a los menores costos de operación y mantenimiento, y tiene un menor impacto ambiental que las bombas alimentadas por un motor de combustión interna (ICE). Las bombas solares son útiles cuando la electricidad de la red no está disponible y las fuentes alternativas (en particular, el viento) no proporcionan suficiente energía.

Un sistema de bomba solar consiste en una bomba hidráulica alimentada directamente por paneles solares fotovoltaicos, en lugar de ser suministrada por electricidad convencional o diesel.

Los sistemas de bombeo fotovoltaico, como los que funcionan con energía eólica, son muy útiles cuando no es posible acceder a la red eléctrica general o es un precio prohibitivo. Su costo es generalmente más barato debido a sus menores costos de operación y mantenimiento, y tienen un impacto ambiental menor que los sistemas de bombeo alimentados por motores de combustión interna, que también tienen una menor fiabilidad.

Las bombas utilizadas pueden ser de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC). Normalmente, los motores de CC se utilizan para aplicaciones pequeñas y medianas de hasta 3 kW de potencia, mientras que para aplicaciones más grandes, los motores de CA se utilizan junto con un inversor que transforma la corriente de CC de los paneles fotovoltaicos para su uso. Esto permite dimensionar sistemas de 0.15 kW a más de 55 kW de potencia, que pueden usarse para suministrar sistemas complejos de riego o almacenamiento de agua. En algunos casos, se instala un sistema de potencia híbrido, que puede recibir energía de paneles fotovoltaicos y una turbina eólica, mejorando sustancialmente el bombeo.

Los sistemas de bombeo están dimensionados según las condiciones de irradiación solar del lugar, la altura dinámica total del bombeo y la necesidad de agua por día. No se recomienda el uso de baterías, ya que necesitan mantenimiento y pueden ser un punto de falla. Es aconsejable instalar un tanque de agua que actúe como reserva durante los días en que la radiación solar es baja. Para esto, la instalación de tanques, bandejas o tanques excavados en Australia es común.

Actualmente, las empresas líderes en bombeo solar son Grundfos y Lorentz, esta última desarrolló un novedoso sistema de motor CC sin escobillas que le da una vida útil más larga y requiere menos paneles solares. También hay muchas marcas asiáticas que fabrican bombas solares a un costo menor.

Componentes
Un sistema de bomba solar fotovoltaica tiene tres partes:

paneles solares.
el controlador
la bomba

Los paneles solares constituyen la mayor parte (hasta 80%) del costo del sistema. [Cita requerida] El tamaño del sistema fotovoltaico depende directamente del tamaño de la bomba, la cantidad de agua que se requiere (m³ / d) y la irradiancia solar disponible.

El propósito del controlador es doble. En primer lugar, coincide con la potencia de salida que recibe la bomba con la potencia de entrada disponible de los paneles solares. En segundo lugar, un controlador generalmente proporciona una protección de bajo voltaje, mediante la cual el sistema se apaga, si el voltaje es demasiado bajo o demasiado alto para el rango de voltaje operativo de la bomba. Esto aumenta la vida útil de la bomba, reduciendo así la necesidad de mantenimiento. Otras funciones auxiliares incluyen apagar automáticamente el sistema cuando el nivel de la fuente de agua es bajo o cuando el tanque de almacenamiento está lleno, regulando la presión de salida de agua, mezcla de entrada de energía entre los paneles solares y una fuente de alimentación alternativa como la red o un generador de gasolina. monitorear y administrar remotamente el sistema a través de un portal en línea ofrecido como un servicio en la nube por el fabricante.

El voltaje de los motores de la bomba solar puede ser CA (corriente alterna) o CC (corriente continua). Los motores de corriente continua se utilizan para aplicaciones pequeñas y medianas de hasta 4 kW de potencia nominal, y son adecuados para aplicaciones como fuentes de jardín, jardinería, agua potable para ganado o pequeños proyectos de riego. Como los sistemas de CC tienden a tener niveles de eficiencia más altos que las bombas de CA de un tamaño similar, los costos se reducen a medida que se pueden usar paneles solares más pequeños.

Finalmente, si se utiliza una bomba solar de corriente alterna, se necesita un inversor que cambie la corriente continua de los paneles solares en corriente alterna para la bomba. La gama de potencia admitida de los inversores se extiende desde 0,15 a 55 kW y se puede utilizar para sistemas de riego más grandes. Sin embargo, el panel y los inversores deben tener el tamaño adecuado para acomodar la característica de arranque de un motor de CA. Para ayudar en el tamaño adecuado, los principales fabricantes ofrecen software de dimensionamiento patentado probado por compañías certificadoras externas. El software de dimensionamiento puede incluir la producción de agua mensual proyectada que varía debido al cambio estacional en la insolación.

Bombeo de agua
Las bombas de agua alimentadas con energía solar pueden suministrar agua potable y agua para el ganado o para el riego. Las bombas de agua solares pueden ser especialmente útiles en el riego a pequeña escala o comunitario, ya que el riego a gran escala requiere grandes volúmenes de agua que a su vez requieren un gran sistema de paneles fotovoltaicos solares. Como el agua solo se puede necesitar durante algunas partes del año, un gran conjunto de paneles fotovoltaicos proporcionaría un exceso de energía que no necesariamente se requiere, lo que hace que el sistema sea ineficiente.

Los sistemas de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica se utilizan para el riego y el agua potable en la India. La mayoría de las bombas están equipadas con un motor de 2000 vatios – 3,700 vatios que recibe energía de una matriz FV de 4,800 Wp. Los sistemas de 5hp pueden entregar aproximadamente 124,000 litros de agua / día de un total de 50 metros de altura de separación y 70 metros de altura dinámica. Para el 30 de agosto de 2016, se han instalado un total de 1,20,000 sistemas de bombeo de agua con energía solar fotovoltaica en la INDIA. en este sistema produce 19M.H.W y 26 toneladas de dióxido de carbono

Petróleo y gas
Con el fin de combatir la publicidad negativa relacionada con los impactos ambientales de los combustibles fósiles, incluido el fracking, la industria está adoptando sistemas de bombeo con energía solar. Muchos pozos de petróleo y gas requieren la inyección precisa (dosificación) de diversos productos químicos bajo presión para mantener su funcionamiento y mejorar las tasas de extracción. Históricamente, estas bombas de inyección química (CIP) han sido impulsadas por motores alternativos de gas que utilizan la presión del gas del pozo y el gas crudo que sale a la atmósfera. Las bombas eléctricas con energía solar (CIP solar) pueden reducir estas emisiones de gases de efecto invernadero. Las matrices solares (células fotovoltaicas) no solo proporcionan una fuente de energía sostenible para los CIP, sino que también pueden proporcionar una fuente eléctrica para ejecutar diagnósticos remotos de tipo SCADA con control remoto y comunicaciones satelitales / celulares desde ubicaciones muy remotas a una computadora de escritorio o notebook.

motor Stirling
En lugar de generar electricidad para encender un motor, la luz del sol se puede concentrar en el intercambiador de calor de un motor Stirling y se usa para impulsar una bomba mecánicamente. Esto prescinde del costo de paneles solares y equipos eléctricos. En algunos casos, el motor Stirling puede ser adecuado para la fabricación local, eliminando la dificultad de importar equipos. Una forma de motor Stirling es el motor fluidyne que opera directamente sobre el fluido bombeado como un pistón. Las bombas solares Fluidyne se han estudiado desde 1987. Al menos un fabricante ha realizado pruebas con una bomba de energía solar Stirling.