Unir el verbo solar al sustantivo agua parece un oxímoron. Porque cuando llueve, no hay sol y sí que hay agua. Y cuando todo es sol, el agua brilla por su ausencia ya que se evapora. Sin embargo ahora se está poniendo de moda el novedoso concepto del “agua solar”.
¿A qué se refieren los que hablan de esto? El concepto de agua solar nos lleva a la utilización del poder calorífico del sol para impulsar agua. Y con él conseguir que ascienda de las profundidades o adquiera suficiente presión para atravesar un filtro o una membrana.
Se trata pues de la captación de la energía del sol mediante paneles fotovoltaicos. Para producir energía eléctrica y alimentar una bomba que impulse el agua, la potabilice o depure y la distribuya.
Como es lógico, los más necesitados de agua solar son aquellos que tienen agua almacenada en un acuífero bajo sus pies, pero no pueden alumbrarla y usarla por no disponer de electricidad. Por lo tanto, es la panacea para todas las zonas rurales de países poco o nada desarrollados.
Sus propulsores la presentan como una alternativa total o parcial a la energía térmica. Y es que, hasta hace muy poco, su coste era muy elevado como para que se convirtiera en una alternativa real a los bombeos convencionales. Pero ahora, el desarrollo de tecnologías tan punteras como menos costosas, adaptadas y rentables, ha cambiado las cosas. Y así sus iniciales puntos débiles poco a poco van fortaleciéndose mediante nuevas soluciones y alternativas. Gracias a ello, se adquiere confianza y se rebajan los costes.
Sin embargo, lo que de verdad importa es que funcione. Y para ello debe disponerse de una buena ubicación, que tenga garantías de insolación. Y contar con la potencia necesaria para el funcionamiento de la bomba. Ello dependerá del caudal extraíble necesario que el pozo pueda suministrar y de la altura manométrica. Es decir de la diferencia de cota existente entre el nivel freático estable y la cota del depósito de almacenamiento.
Por su parte, la potencia necesaria para el funcionamiento de la bomba es la clave para elegir la mejor relación entre el rendimiento de la bomba y la superficie de los paneles solares. Veamos pues cómo se puede aprovechar con la máxima eficacia la energía del sol en estos casos.
Ante todo, la energía que sale del sol solo se puede usar eficientemente entre 6 y 7 horas diarias. Y este corto período de tiempo supone un límite estricto en la duración del bombeo. Además, si solo se dispone de energía solar para el bombeo, solo funcionará cuando el sol brille en el cielo. Es este por ello un factor limitante básico. Por lo tanto, lo mejor es utilizar fuentes de almacenamiento de energía como baterías o depósitos de agua. O tecnologías híbridas.
¿Cómo se puede medir la potencia de los paneles solares?
De dos maneras. Una es en kilovatios-hora (kWh), que nos indicará la producción instantánea que proporciona cada instalación solar. Y la otra, el kilovatio-pico (kWp). Éste expresa la potencia nominal que producen las instalaciones solares cuando se encuentran en condiciones óptimas de insolación (1 kWp corresponde a una iluminación de 1000W/m² a 25°C). Y es esta última medida la que expresa la capacidad potencia máxima de todos los paneles que beben sol.
Por otra parte, la manera de funcionar mejor o peor un sistema de energía solar para el abastecimiento de agua, dependerá del clima y de la insolación de la zona. Es por ello que resulta muy importante definir bien el concepto de luz del sol o irradiación. Se define como como la cantidad de energía recibida por una superficie durante un período determinado (J/m² o Wh/m²). Porque será esta irradiación recibida por los paneles solares la que se convertirá en electricidad mediante el sistema fotovoltaico.
Sigamos explicando con la mayor precisión posible en qué consiste un sistema de bombeo solar. En primer lugar, consta de un generador fotovoltaico compuesto de placas instaladas sobre una estructura metálica. Son los paneles fotovoltaicos.
La segunda instalación en importancia es la unidad de control de la bomba. Se compone de un regulador que optimiza el funcionamiento de los paneles fotovoltaicos para producir la máxima potencia.
En tercer lugar, tendremos el grupo de bombeo, compuesto de bomba y motor. Además, si disponemos de una bomba que funcione con corriente alterna necesitaremos un conversor de potencia para transformarla en continua
Iremos finalizando el repaso a la instalación con el cableado eléctrico. Él transmite la energía del generador al motor y con las correspondientes canalizaciones para el almacenamiento y la distribución del agua captada desde el depósito de almacenamiento
Por fortuna esta tecnología, que hasta hace poco era cosa del futuro, ya está aquí. Y puede utilizarse en muchas zonas hasta ahora sin esperanzas de poseer un abastecimiento de agua moderno. Los costes se han rebajado muchísimo y la tecnología ha evolucionado muy rápidamente. Por eso hoy ya es una solución accesible, que puede adaptarse fácilmente a una gran variedad de escenarios geográficos antes “malditos”. Sin embargo, hoy ya puede perfectamente competir con tras tecnologías más convencionales.
Y todo ello es debido a que las mejoras en la tecnología han sido y son muy relevantes:
1.- Incremento considerable de la potencia de los módulos solares. Hemos pasado de 50 Wc/m² a fines de la década de 1970, a 300 Wc/m² en la actualidad. Además ha habido una fuerte reducción en el costo del panel solar, pasando de unos 10€/Wp a unos 0,5€/Wp en 30 años
2.-Aumento de la profundidad de extracción de agua subterránea. Hoy, bombear agua con un sistema fotovoltaico a más de 100 metros es posible. Gracias a las bombas sumergibles de nueva generación.
3.-Menores costes ligados a la estandarización de la producción y al aumento de la oferta en el mercado fotovoltaico.
4.-Ya existen en el mercado bombas que funcionan con generadores híbridos (térmicos y solares). Y con conversores de corriente avanzados en mercados poco abastecidos hasta ahora de países en vías de desarrollo. Estos avances tecnológicos permiten el uso de bombas sobre una mayor amplitud horaria de demanda de agua.
En cuanto a la adaptación al medio, la fotovoltaica es adecuada para pequeños sistemas como única fuente de energía. Además, se puede combinar con otras fuentes. Las principales, la térmica y la eléctrica convencional si hay una red, en el caso de sistemas más grandes. Y así se superan las las limitaciones provocadas por la ausencia de luz solar. O por la ausencia temporal o puntual de caudal disponible de recurso hídrico
5.-Importante desarrollo de softwares que permiten el dimensionamiento preciso de los medios
de extracción mediante bombeo solar.
6.-Existencia de nuevas tecnologías que permiten monitorear el funcionamiento de estos sistemas
Para finalizar, solo queda enumerar los aspectos a evaluar para que la elección de esta tecnología sea un éxito en en muchas zonas rurales.
1.- La fuerte dependencia de la insolación. . a intensidad solar no es constante, la duración y el grado de exposición varían durante las estaciones y el día.
2- El número de horas de bombeo. Para pozos improductivos con bajo caudal, el tiempo de bombeo es muy prolongado hasta que se puede satisfacer la demanda. En estos casos, un bombeo solar limitado a 6/7 horas al día puede resultar insuficiente. E implica la instalación de batería, depósito elevado o hibridación térmica o eléctrica.
3.- La cantidad de agua consumida. Para localidades con un consumo de agua muy alto, la solución solar es técnicamente posible. Pero estará ligada a importantes costos de inversión (en paneles solares y almacenamiento). Además, puede implicar limitaciones de suelo importantes.
4.-La curva de consumo: El consumo de agua se concentra en la mañana y la tarde. Estos picos de consumo no están directamente en consonancia con la producción de agua con un sistema de bombeo solar que funciona durante todo el día, con máxima producción cuando el sol está en su cenit.
Para resolver este problema y garantizar un suministro de agua potable continua que satisfaga las necesidades de los usuarios, deberá preverse el uso de sistemas de almacenamiento
Para optimizar la decisión, deberemos considerar la siguientes opciones:
1.- Planificar adecuadas instalaciones de almacenamiento de agua. La capacidad del depósito elevado debe permitir compensar los periodos sin bombeo por ausencia de insolación. Siempre evitando cualquier interrupción en el suministro de agua potable. Ya sea por motivos técnicos (averías, mantenimiento) o por falta de insolación.
Por desgracia, esta solución implica disponer de pozos con un caudal suficiente. Lo que supone que el depósito elevado debe dimensionarse para satisfacer las necesidades de agua de las poblaciones. Además de optimizar el trabajo de la bomba.
La capacidad de almacenamiento recomendada para él es de al menos el 70%, o incluso hasta el 100% de la demanda diaria de la comunidad. Solo así se podrá responder a los picos de consumo cuando el bombeo no puede funcionar por falta de irradiación. y al principio y al final del día.
Este dimensionamiento afecta a los costes de inversión y no es despreciable en la gestión financiera del servicio a través de su amortización sino también, en menor medida, a través de los costes de gestión diarios (tratamiento de aguas, mantenimiento de depósito) que aumentará con un almacenamiento excesivo.
2.- Utilizar baterías de almacenamiento de energía: Esta solución implica un mayor acceso al terreno para la instalación de los paneles fotovoltaicos adicionales, pero aumenta el tiempo de bombeo particularmente en el caso de pozos de escaso rendimiento. Y para asegurar la continuidad del servicio en caso de días nublados persistentes
Sin embargo, el uso de baterías de almacenamiento supone disponer de sistemas complejos y de más mantenimiento. En zonas desérticas o con gran déficit pluviométrico. El almacenamiento a través de baterías no parece ser la mejor solución. Porque las condiciones climáticas, hacen que disminuya su vida útil (de 5 a 6 años). Y ello obliga a una renovación periódica, costosa y poco rentable debido a las importantes pérdidas de energía en el almacenamiento. Además, el recurso del almacenamiento de energía a través de baterías plantea la cuestión del reciclaje y/o tratamiento de estos últimos cuyos residuos contienen componentes peligrosos
3.-Apostar por una solución híbrida que combine bombeo térmico y solar, o bombeo eléctrico y solar:
Estas hibridaciones permiten aumentar la duración del bombeo de agua, requiriendo alargar el bombeo hasta las 8 p.m. para garantizar un suministro de agua las 24 horas.
O imponer severas restricciones La hibridación se recomienda para sistemas de suministro de agua potable que atienden a una gran población y requieren un alto rendimiento. Sin embargo, aún es necesario analizar esta opción de cara a sistemas 100% solares que movilicen soluciones de almacenamiento (baterías o aumento de volumen del depósito elevado.
En el caso de instalación de bpombeo de agua potable silar en localidades que dispongan de conexión a la electricidad, la hibridación solar/eléctrica es posible y representa una alternativa menos costosa y por lo tanto menos arriesgada. Sin embargo, el sistema sigue dependiendo de la fiabilidad y consistencia de esta fuente de alimentación.
Para concluir, indicar que en un contexto mundial en rápida evolución, la dependencia de los servicios de abastecimiento de agua potable a las energías no renovables es una realidad que plantea más cada vez más problemas insuperables.
La inestabilidad de los costos y de las cadenas de suministro amenaza el acceso sostenible y fiable a los servicios esenciales. Y estos retos se plantean ahora tanto en las zonas aisladas, como en los centros urbanos.
Más allá de esta dependencia, la visibilidad creciente de la acentuación de los impactos del cambio climático aumenta las necesidades de adaptación y tienden a obviar la implementación de medidas necesarias para mitigar el impacto ecológico.
De ahí la ventaja de potenciar el uso de la energía renovable y descarbonada. Porque la energía solar, responde a cuestiones de desarrollo sostenible, facilita el control de los costes de producción y refuerza la capacidad para prestar servicios esenciales sólidos y sostenibles.
Lorenzo Correa
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