SOLUCIONES PARA EL CAMPO MEXICANO

Qué es el Bombeo Solar

Deja que el Sol haga el trabajo limpio

El bombeo solar tiene el mismo objetivo que el bombeo de agua tradicional… mover agua de un pozo o afluente a otro punto para su aprovechamiento, ya sea para consumo humano, riego agrícola, uso industrial o simplemente para almacenamiento del vital líquido.

La principal ventaja del bombeo solar es que opera con la energía del Sol, por lo que en principio no requiere una fuente de alimentación de la red eléctrica, sino de la captación de energía solar a través de celdas fotovoltaicas para operar el motor eléctrico de la bomba.

Algunas consideraciones para elegir el bombeo solar como un mecanismo de extracción de agua son: contar con la irradiación solar necesaria para que el sistema pueda funcionar (en zonas de nublados densos o sombras constantes se requerirá una mayor cantidad de paneles fotovoltaicos para que la bomba encienda), las horas de luz solar plena en las que la bomba podrá trabajar, determinar adecuadamente los días de autonomía (en caso de que el sol no se muestre varios días derivado de mal tiempo, por ejemplo) y en consecuencia dimensionar correctamente el tanque elevado o sistema de almacenamiento necesario para garantizar dicha autonomía, el relieve y características orográficas del terreno para determinar la potencia necesaria de la bomba, entre otras consideraciones técnicas.

Además del uso del sistema (bombeo de agua para consumo humano, riego agrícola, etc.), es necesario determinar la tecnología más adecuada para operar el sistema de bombeo solar. Existen bombas de superficie (se instalan en las proximidades de la fuente hidrológica, en un lugar seco) y bombas sumergibles (se instalan dentro de la fuente hidrológica). La decisión dependerá de las características de la fuente hidrológica… a mayor profundidad del manto acuífero una bomba sumergible será más recomendable; por el contrario, a menor profundidad una bomba de superficie es suficiente y más económica.

Configuración típica

Componentes de un sistema de Bombeo Solar

Los principales componentes de un sistema de Bombeo Solar son: la bomba para extracción de agua (de superficie o sumergible), el arreglo de paneles solares para energizar la bomba y el inversor que convierte la energía fotovoltaica (corriente directa) en energía eléctrica (corriente alterna) para energizar el motor de la bomba.

Otros elementos importantes de un sistema de Bombeo Solar son el tanque de almacenamiento en caso de requerirlo, los distintos sensores y actuadores que permiten el funcionamiento automático de la bomba, por ejemplo para detener el funcionamiento si se ha alcanzado el nivel de agua deseado en el tanque de almacenamiento, o bien, para arrancar la bomba si dicho nivel está por debajo del deseado, o detener la bomba si el manto freático está por debajo del nivel mínimo.

En términos de canalización del agua se deben considerar algunos otros elementos como la tubería necesaria para conducir el agua, compuertas y tren de descarga para mantenimiento del sistema, válvulas para controlar la dirección del flujo y posiblemente bombas intermedias de rebombeo.

Finalmente, en cuestiones eléctricas se deben considerar los elementos de protección contra descargas o fallas eléctricas, breakers de encendido y apagado de los distintos elementos del sistema y los elementos de comunicación y control remoto que pudieran acoplarse al sistema.

Para la correcta operación del sistema, es necesario considerar las horas de radiación solar real, operación de los equipos por personal calificado, tener certeza del perfil de consumo (volumen promedio requerido), condiciones de arranque y paro, sistemas de protección tanto del sistema como del personal operativo, validación constante de conexiones mecánicas, niveles de agua, mantenimiento del pozo o fuente hidráulica, no bombear agua con sedimentos, realizar limpiezas de cárcamos periódicamente, proteger las bombas con sensores de nivel para evitar trabajo en seco y en general operar el sistema dentro de los umbrales y parámetros especificados.

Ventajas y desventajas

Cuándo usar Bombeo Solar

El Bombeo Solar puede instalarse en lugares de difícil acceso, no demandan líneas de electrificación por parte de CFE ni transformadores, en general tienen un bajo costo de mantenimiento, permite la automatización del sistema, con la capacitación adecuada la operación del sistema puede estar en manos de la misma comunidad, mejores condiciones socioeconómicas para las comunidades rurales al contar con un sistema de provisionamiento de agua con bajos costos operativos, además de que los meses de mayo rendimiento de una instalación de bombeo solar casi siempre coinciden con los de mayor demanda de agua. Finalmente, la inversión en sistemas de bombeo solar se puede amortizar en un plazo menor a 5 años.

No obstante, existen algunas condiciones que pueden hacer técnicamente inviable un proyecto de Bombeo Solar, Por ejemplo, la inversión inicial puede ser relativamente alta y existen pocos programas de apoyo a este tipo de proyectos. También se debe considerar el grado de aceptación de la tecnología por parte de las comunidades (usos y costumbres), así como posibles condiciones ambientales adversas (a menos horas de radiación solar, mayor cantidad de paneles son necesarios para que el sistema opere). Asdemás, dependiendo de la ubicación de la instalación, puede ser complejo el aprovisionamiento de piezas de reemplazo y las labores de mantenimiento del sistema.

Por lo tanto, es importante apoyarse en profesionales del sector para determinar si existen o no las condiciones apropiadas para ejecutar un proyecto de Bombeo Solar, así como para asegurar la correcta operación en el largo plazo mediante el mantenimiento del sistema y la capacitación de personal local que pueda apoyar en estas funciones de operación y mantenimiento.

Bombeo interconectado a CFE

Bombeo tradicional con paneles solares

Un sistema tradicional de bombeo de agua típicamente consume mucha energía de la red eléctrica de CFE. Para estos sistemas de bombeo es posible adaptar un sistema fotovoltaico que en principio remplace la fuente de energía de CFE por energía solar.
En general, un sistema tradicional de bombeo de agua puede funcionar con paneles solares interconectados a CFE siempre y cuando el sistema de bombeo ya opere con energía de la red de CFE, o en caso de un nuevo proyecto, existan las condiciones para la instalación de una subestación eléctrica conectada a CFE. Si el sistema de bombeo ya opera con energía de la red de CFE, el sistema fotovoltaico a instalar podría requerir el redimensionamiento del sistema de media tensión existente. Además, es necesario que previo a la instalación de un sistema fotovoltaico se valide con CFE que el nodo de red puede aceptar dicho sistema.

De forma general, durante las horas de radiación solar los paneles fotovoltaicos generan energía en corriente directa, misma que es convertida en un flujo eléctrico de corriente alterna a través de un inversor, el cual también se encarga de acoplar eléctricamente la energía proveniente de los paneles solares con la energía que se transmite desde la red elécrica de CFE a través de la subestación de media tensión (transformador eléctrico y tableros de control). La electricidad generada por los paneles solares es consumida por el sistema de bombeo de agua y demás equipos eléctricos necesarios para la operación de la bomba. Típicamente, los sistemas fotovoltaicos se dimensionan para generar un excedente de energía en las horas de radiación solar más allá de la energía que consumen los sistemas de bombeo. Este excedente se canaliza a la red eléctrica de CFE a través de un medidor bidireccional que permite tanto el consumo de energía de forma ordinaria como la inyección de energía a la red eléctrica. El medidor bidireccional lleva registro de la energía excedente que es inyectada a la red de CFE.

De noche (o en general, cuando no hay radiación solar), los paneles solares no generan electricidad, por lo que el sistema de bombeo y demás equipamiento e instalaciones consumen energía de la red eléctrica de CFE. El medidor bidireccional registra los consumos de electricidad y al final del periodo de facturación CFE determina el balance a favor (más energía inyectada que consumida) o en contra (más energía consumida que inyectada).

En caso de tener un balance a favor, la ley establece que el usuario de CFE cuenta con un año caminante (12 meses móviles) para consumir su “bolsa” de energía. En caso de no consumirla, CFE está obligada a pagar al usuario la energía que inyectó a la red y que no consumió.

En caso de un balance en contra, CFE expedirá al usuario la factura del periodo con el cargo correspondiente al consumo neto de electricidad, después de restar la energía inyectada a la red de CFE.

En cualquier caso, CFE aplica cargos fijos a los usuarios, mismos que aplica en su faturación independientemente de que el usuario consuma o no energía, o tenga saldo a favor o en contra en su bolsa de energía.

Proyectos de Bombeo Solar

Casos de éxito

Los siguientes son ejemplos de proyectos de Bombeo Solar o coversión de sistemas de bombeo tradicional a fotovoltaico mediante el uso de paneles solares.