Bombeo a Pleno Sol

Funcionan con energía limpia y más económica que las alternativas convencionales, pudiendo incluso operar sin conexión a una red eléctrica.

Esas son algunas de las ventajas que ofrecen los sistemas de bombeo solar o fotovoltaico, tecnología en los últimos años ha ido mejorando sus cualidades y competitividad, con lo cual también ha crecido en usuarios e interesados en implementarla.

¿Qué opciones existen?, ¿cómo se puede optimizar su rendimiento?, ¿en qué aplicaciones? A continuación, se entregan orientaciones al respecto.

On-Grid o Autónomo

Gerardo Arancibia es Ingeniero Mecánico Industrial, con un doctorado en integración de energías renovables en procesos productivos y amplia experiencia en la implementación de sistemas de bombeo fotovoltaico.

De manera general, plantea que existen dos modelos "altamente competitivos" para llevar a cabo este tipo de proyectos y su aplicación dependerá de la disponibilidad de conexión eléctrica en el sitio donde se van a instalar las bombas. A saber:

• Sistema on-grid o conectado a red: "Cuando contamos con la red eléctrica local, la planta fotovoltaica se conecta en paralelo y la demanda de energía se alimenta de estas dos fuentes de forma simultánea dando prioridad de uso a la energía solar", explica.

• Sistema autónomo o aislado de red: En caso que la red local de electricidad esté muy alejada, se puede integrar a las bombas un sistema fotovoltaico autónomo que puede cubrir hasta el cien por ciento de la demanda energética del sistema de bombeo convencional. A eso se suma un respaldo auxiliar de grupo electrógeno o banco de baterías para enfrentar eventuales emergencias.

"Los componentes básicos de un sistema de bombeo solar autónomo o aislado de red son un conjunto de módulos fotovoltaicos unidos eléctricamente a un variador de frecuencia o inversor híbrido, con apoyo secundario o auxiliar de soluciones híbridas como baterías AGM, GEL o Litio y respaldo de grupo electrógeno. Además, cuentan con sistemas de seguridad eléctrica de corriente continua y alterna que resguardan el correcto funcionamiento de los equipos y protegen al personal involucrado con la mantención de los sistemas", detalla Arancibia.

Tres Tipos

El consultor en eficiencia energética y energías renovables asegura que la tecnología solar actual se puede adaptar "a cualquier tipo de equipo, potencia, caudal y condición de trabajo, por lo que es posible convertir sistemas convencionales alimentados con red eléctrica o motogeneración en instalaciones que utilicen energía fotovoltaica con las mismas bombas de corriente alterna. Así, podemos crear sistemas de bombeo independientes que generan un mayor ahorro energético y sostenibilidad productiva".

Los sistemas fotovoltaicos se pueden adaptar a cualquier tipo de bomba, potencia, caudal y condición de trabajo.

En ese contexto, comenta que los sistemas de bombeo fotovoltaico más utilizados, se dividen en:

• Equipos fotovoltaicos pre-configurados en corriente continua con controlador fotovoltaico o variador de frecuencia, bomba solar de alta eficiencia (de pozo o superficial) y sistemas de seguridad eléctricos en corriente continua. Todo ello se selecciona según la demanda hídrica y la presión de trabajo del sistema de bombeo.

• Sistemas con bombas convencionales: Cuando ya hay una estación de bombeo pre-existente alimentada con red eléctrica o motogeneración, se puede trabajar con bombas convencionales de corriente alterna (monofásica/trifásica) y variadores de frecuencia DC/AC. El controlador se selecciona según la potencia, los amperes y el voltaje demandado por el equipo de impulsión.

Gerardo Arancibia comenta que en ambas configuraciones "la velocidad de rotación de la bomba se adapta constantemente a la radiación solar disponible, maximizando la cantidad de agua bombeada y haciendo posible su operación incluso en condiciones de baja radiación como ocurre en los días nublados".

• Con inversor híbrido: Un caso especial de bombeo es el sistema de riego que trabaja a caudal y presión constante, para lo cual se opera con un inversor híbrido.

Implementación Óptima

El especialista destaca que las tres tipologías mencionadas "son altamente competitivas cuando reemplazan generación en base a petróleo, o cuando sustituyen los costos asociados a extender la red hasta el punto de consumo más el valor de la energía, la potencia y los peajes eléctricos cobrados en la factura eléctrica al estar conectados de la red local".

Añade que los sistemas fotovoltaicos aplicados al bombeo son aún más convenientes y tienen un costo de implementación menor "cuando la energía solar se consume de manera directa en el proceso sin la necesidad de acumularla en baterías que son los elementos más caros y con menos vida útil del sistema". Así ocurre, por ejemplo, con los equipos que trabajan de forma continua de 7 a 11 horas al día o en el horario de mayor producción fotovoltaica que va de las 8:00 a 18:00 horas.

Otra medida conveniente es el uso de partidores suaves que permiten reducir las potencias máximas de los motogeneradores auxiliares, de un 30% a un 50%.

"De esta forma se garantiza la disponibilidad del sistema de bombeo siempre que resulta necesario, se asegura la fiabilidad del sistema energético híbrido, se reduce la inversión inicial y los costos operacionales", sostiene Arancibia que también es Director General de la empresa Elemental Energy.

En base a su experiencia práctica, advierte que esta tecnología es fiable, muy económica y energéticamente sostenible para diversas escalas de proyectos agroindustriales, pero debe ser gestionada y regulada en forma adecuada para evitar un uso insostenible del agua.

"Por ejemplo, para producir un kilo de uva de mesa se requiere en promedio 450 litros de agua. Sin embargo, en un estudio que realizamos por encargo del Banco Interamericano del Desarrollo descubrimos que muchos agricultores regaban por horas y no controlaban los litros de agua que necesitaba fisiológicamente un determinado cultivo, llegando a medir proyectos agrícolas que utilizaban 2500 a 3000 litros de agua por kilo de uva producido. En ese contexto, las oportunidades que ofrece una energía solar más económica, aumentan también la urgencia de garantizar que existan sistemas adecuados de gestión y optimización del recurso hídrico aplicado a diversos procesos productivos", plantea.

Beneficios Económicos y Ambientales

Gerardo Arancibia asegura que el bombeo solar tiene una serie de ventajas frente a sistemas de impulsión convencionales, indicando que la inversión realizada se comienza a recuperar de inmediato al reducir el consumo de combustible o de electricidad.

Gerardo Arancibia asegura que el bombeo fotovoltaico es una opción fiable, económica y sostenible para proyectos agroindustriales de diversas escalas.

Sobre ese escenario, señala que sus principales beneficios se basan en que:

• La energía generada por la instalación fotovoltaica es hasta 3 veces más económica que la que se compra a la compañía eléctrica y hasta 12 veces más barata que la producida por un generador diésel.
• La energía consumida se puede generar de manera propia, limpia y a costo competitivo.
• Tiene una garantía de producción y vida útil de equipos hasta 25 años.
• La inversión se recupera con los ahorros energéticos en un periodo de 3 a 7 años.
• Mejora la competitividad del negocio o empresa.
• Aumenta la responsabilidad social corporativa y mejora la imagen de marca de la empresa, al apostar por la eficiencia, la innovación y las energías renovables.

Para graficar mejor los costos relacionados, beneficios económicos y ambientales derivados de un proyecto de bombeo solar, el especialista detalla el caso de un sistema de riego fotovoltaico aislado de 16,8 kW de potencia, implementado por Elemental Energy en el año 2020 en la comuna de la Palmilla, IV Región.

"El proyecto riega 15 hectáreas de uva vinera con un requerimiento hídrico de 320 metros cúbicos de agua diarios, a una presión de trabajo de 38 metros de altura. El sistema tuvo un costo llave en mano de $18.955.755", describe.

Añade que el punto de red eléctrica trifásica más cercano se encontraba a 500 metros, y el costo de extensión de red era de $21.000.000. Mientras que el costo estimado del consumo de combustible para satisfacer la demanda energética anual del riego, proyectado en 10.832 kilowatt hora, fue de $3.791.151.

Al dividir el costo del proyecto ($18.955.755) por el ahorro anual ($3.791.151), la inversión se recupera en 5 años. "Y como el sistema tiene una garantía de producción y vida útil de equipos de 25 años, quedan 20 años en donde el sistema fotovoltaico entregará beneficios por un valor de $75.823.020", resalta.

Múltiples Aplicaciones

El Ingeniero Mecánico Industrial acota que el modelo de sistema fotovoltaico aislado de red se ha implementado en el 70% de las plantas solares aplicadas al riego que la empresa ha construido este año.

De manera más general, asegura: "La tecnología fotovoltaica ofrece soluciones de sistema integrales para multitud de aplicaciones híbridas con redes diésel y red eléctrica convencional para un consumo óptimo en aplicaciones industriales como sistemas de riego y bombeo de alta potencia, packing de procesamiento, cámaras frigoríficas y cualquier proceso productivo que consuma energía eléctrica".

Los variadores de frecuencia son componentes relevantes en los sistemas de bombeo solar.

Asimismo, indica que las principales limitaciones técnicas para la aplicación del bombeo solar se asocian a la disponibilidad de una superficie libre de sombras para instalar el sistema fotovoltaico. "Sin embargo, la integración arquitectónica de estas plantas es óptima en infraestructuras existentes para cualquier aplicación comercial e industrial, por ejemplo, sobre techos, en campo abierto, en estacionamientos, etc.", detalla Gerardo Arancibia.

Considerando que la inversión inicial para la compra de un sistema fotovoltaico puede ser una barrera para el desarrollo de estos proyectos, el consultor comenta que es posible minimizar este obstáculo con una nueva herramienta de apoyo desarrollada por la Agencia de Sostenibilidad Energética, llamada "Ponle Energía a Tu Pyme".

Esta iniciativa está dirigida a las micro, pequeñas y medianas del país, y entrega cofinanciamiento para implementar medidas de eficiencia energética y energías renovables. "Este instrumento logra reducir el costo de los proyectos en un 50% y actualmente está disponible para su postulación. Con esta ayuda más los ahorros energéticos del sistema fotovoltaico, se logra amortizar la inversión inicial en los primeros 3 a 7 años. Luego, si la planta fotovoltaica está bien diseñada e instalada, quedarán aún 18 años donde el sistema seguirá generando ahorros energéticos, con costos de mantención muy próximos a cero al implementar la limpieza y mantención periódica de la planta fotovoltaica por parte del propio usuario. Esta es una alternativa que recomendamos evaluar a nuestros clientes", concluye.

Artículo publicado en InduAmbiente 171 (julio-agosto 2021), páginas 72 a 74.