La extracción del agua subterránea requiere de una cantidad importante de energía. Es por ello por lo que hasta la revolución industrial, para el uso de volúmenes grandes de agua subterránea se emplearon sistemas mecánicos de impulso que empleaban fuentes de energía naturales (fuerza motriz de origen animal, molinos de viento etc…)
Con la aparición de la electricidad se dispuso de una fuente de energía abundante y de una serie de avances técnicos como son la bomba hidráulica eléctrica que hicieron accesible el empleo del agua subterránea a muchas más personas.
Sin embargo actualmente urge la necesidad de reducir el consumo de electricidad proveniente de centrales que queman combustibles fósiles y de la fuerte dependencia que se crea en torno a ellos.
Con el empleo de paneles solares fotovoltaicos para el bombeo de agua subterránea se combinan los avances técnicos asociados a la electricidad (bombas eléctricas) junto con lo atractivo de contar con una fuente de energía autóctona y renovable.
El costo de la instalación es el único desembolso importante que se hará, ya que el mantenimiento que requiere este tipo de sistemas es mínimo y su funcionamiento, al emplear la energía del Sol, es gratuito. Es posible realizar instalaciones de cualquier tamaño.
El Agua subterránea: Origen y localización
Toda el agua que está almacenada en el subsuelo procede de la lluvia. Cuando el agua de lluvia toca el suelo tiene 3 destinos diferentes y simultáneos:
– Evapotranspiración– Cuando el agua se evapora y vuelve a la atmósfera ya sea directamente del suelo o a través de las hojas de las plantas una vez absorbida por estas.
– Escorrentía– Cuando el agua fluye por la superficie y forma arroyos o ríos
– Infiltración en el suelo. Es el agua que es absorbida por la tierra y queda como agua subterránea que puede ser extraída por bombeo.
La fracción de agua de lluvia que se dirige hacia cada uno de estos destinos depende de diversos factores como el clima, la vegetación, la naturaleza del terreno, su inclinación etc…
El agua subterránea, al tener su origen en la lluvia, se recarga regularmente en función del régimen de pluviosidad.
En las áreas desérticas principalmente, existen también las llamadas aguas fósiles. Se trata de bolsas de agua que se formaron en épocas pasadas en las cuales el clima era lluvioso. (Por ejemplo se sabe que hace en torno a los 10000 años buena parte del Sáhara tenia un clima parecido al actual mediterráneo). Este tipo de aguas subterráneas ya no se recargan.
El agua subterránea normalmente esta impregnada en la tierra, (como si la tierra fuera una esponja que retiene el agua) y se mantiene en un nivel no necesariamente horizontal ni paralelo con el suelo llamado nivel freático. En los terrenos calcáreos el agua disuelve la roca y se forman ríos subterráneos, simas, grutas, cenotes etc…
Un pozo es en si una excavación que alcanza el nivel freático. Cuando retiramos una cantidad de tierra a ese nivel quedará una porción de agua pura que será la que se puede extraer. En este caso por medio de la energía solar fotovoltaica.
Componentes de las instalaciones solares fotovoltaicas
Paneles solares– El panel solar es el encargado de transformar la energía solar en electricidad. El tipo de electricidad que proporcionan los paneles solares fotovoltaicos es de corriente continua.
Bomba– Es el elemento encargado de tomar el agua del pozo e impulsarla hasta el lugar en donde se requiere. Existen múltiples tipos de bombas en función de la técnica de impulsión que utilicen aunque en general pueden dividirse en dos grandes grupos: centrífugas y volumétricas. También existen otras divisiones como las de bombas sumergibles y no sumergibles (en el agua del pozo) o aquellas que trabajan con corriente continua y con corriente alterna. Esta último tipo de bomba para poder conectarla a los paneles solares o a la batería requerirá de un transformador de corriente.
Batería (opcional)– Elemento encargado de almacenar la energía eléctrica proporcionada por los paneles para su posterior uso en los momentos en los que no hay radiación solar o no en la suficiente potencia. En las instalaciones fotovoltaicas para bombeo la batería no se justifica en la mayoría de los casos. Con un correcto dimensionado se puede bombear la cantidad suficiente de agua necesaria durante las horas de radiación solar y así evitar este costoso componente. Además en caso de necesitarse una reserva, el agua en si misma se puede almacenar en depósitos con lo que se evitaría las pérdidas energéticas que ocasiona la batería.
Reguladores-Cuando la instalación consta de un acumulador será necesario el empleo de un regulador que evite sobrecargas perjudiciales para la batería
Dispositivos optimizadores de potencia– La corriente eléctrica tiene dos magnitudes: la tensión (medida en Voltios) y la intensidad (medida en Amperios). Del producto de estos dos factores se obtiene la potencia (medida en Watios). La potencia es la capacidad que tiene una máquina para desarrollar un trabajo en un tiempo determinado.
Cuando durante las primeras y las últimas horas del día la radiación solar es débil el panel solar genera un tipo de corriente con casi la tensión máxima de la que es capaz pero con poca intensidad. El producto de ambos elementos da como resultado una potencia insuficiente para activar la bomba.
El dispositivo optimizador de potencia es un transformador de corriente continua a corriente continua que modifica los parámetros de tensión e intensidad que proporciona el panel solar fotovoltaico buscando siempre el punto de mayor potencia posible. Es decir cuando la tensión es alta y la intensidad baja (como cuando la radiación solar es débil), este dispositivo aumenta la intensidad a costa de bajar la tensión para que la potencia resultante sea lo mas alta posible, optimizándola. De esta manera se consigue enviar a la bomba corriente en potencia suficiente para que comience antes su funcionamiento en las primeras horas del día y termine más tarde en las últimas. Así se gana tiempo de bombeo y por lo tanto rendimiento.
Suele tratarse de un dispositivo costoso y en instalaciones pequeñas no se suele emplear por no justificarse suficientemente.
