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Julio 2017 | Riego

Riego solar fotovoltaico

Una opción para dejar de pagar la factura energética del riego

factura energética del riego

A nivel global, el riego solar fotovoltaico se está convirtiendo en una fuente segura de suministro energético e hídrico para los productores agrícolas de grandes superficies, preocupados por garantizar la competitividad y sostenibilidad de su producción. Y es así porque entre los costos productivos de un cultivo, el energético puede representar un 40%. Es por ello que se están promoviendo actuaciones que tiendan reducir el costo del riego agrícola y la instalación de riegos solares fotovoltaicos está siendo una buena alternativa para dejar de pagar la factura energética del riego.

Gerardo Arancibia, Dr. en Eficiencia Energética y Energía Renovales.

Hay varias razones que explican una bajada continua de la energía solar fotovoltaica (ESV), pero dos de ellas surgen como las más trascendentales: la fluctuación en precios de los combustibles y sus emisiones contaminantes que aceleran el calentamiento global y las constantes subidas de los precios de la electricidad. Ante este panorama, la ESV ofrece actualmente una energía un 53% más económica que la comprada a la compañía eléctrica local, manteniendo este bajo precio constante, por al menos 25 años (garantía de funcionamiento de los módulos solares), con un reducido costo de mantención.

Un claro ejemplo de esta realidad se puede encontrar en España, país donde se realizan actualmente proyectos de riego solar de una importante envergadura y complejidad que son una primicia a nivel mundial y cuyo modelo de implementación, sin duda, se replicarán en todo el mundo, ya sea en cultivos frutales, hortícolas y extensivos.

En este sentido, es primordial impulsar diferentes líneas de trabajo e I+D para dar solución a este tipo de proyectos en explotaciones agrícolas de América Latina. Uno de los primeros trabajos es definir qué tipos de aplicaciones fotovoltaicas se puede plantear para realizar un riego solar de alta potencia en grandes superficies.

RIEGO SOLAR CON COSTO ENERGÉTICO CERO

El sistema de riego solar con cero costo energético puede ser de dos tipos: estar conectado a la red o como sistema de riego solar autónomo, aislado de la red.

En el riego solar conectado a red, el sistema fotovoltaico está formado por módulos fotovoltaico,  inversor DC/AC y bomba de riego convencional. El sistema fotovoltaico esta interconectado con la red de energía eléctrica del predio que a su vez está conectado a la red pública. Se utiliza para proporcionar la energía demandada por la bomba de riego convencional y adicionalmente, las otras cargas eléctricas del predio como cámaras de frio, invernaderos o cualquier otro consumo eléctrico.

En función de los patrones de carga y la variación de recursos solar durante el día, el sistema fotovoltaico podrá autoabastecer el consumo eléctrico de riego, y si falta energía, tomar lo faltante de la red. El sistema también puede inyectar la energía excedente de los módulos solares a la red de la compañía eléctrica local. Este modo de operación requiere del inversor para convertir la corriente continua generada por los módulos fotovoltaicos en corriente alterna de la red eléctrica.

En el riego solar autónomo, el sistema fotovoltaico está aislado de la red de distribución eléctrica y se utiliza únicamente para satisfacer las necesidades energéticas de una bomba de riego solar o convencional que anteriormente de abastecía mediante un grupo electrógeno alimentado con petróleo. El sistema, transforma la energía solar en electricidad para alimentar directamente a la bomba de riego, sin acumulación en baterías. Un controlador solar mantiene trabajando en su punto de máxima eficiencia al motor eléctrico que integra la bomba de riego, manteniendo una presión y caudal constante de entrega de la bomba.

Cuadro 1. Ventajas del riego solar fotovoltaico.

RENTABILIDAD DEL RIEGO SOLAR

La energía fotovoltaica integrada en sistemas de riego debe ser observada como una forma de energía competitiva para el riego agrario a largo plazo, que asegura un precio fijo por la energía eléctrica durante al menos 25 años, sin riesgos por la volatilidad del precio del combustible, por cambios legislativos o por las subidas de tarifa eléctrica.

Por ejemplo, si se comparan los indicadores productivos de un proyecto de riego que abastece diariamente 1,946 m3/día a una presión de trabajo de 38 metros de columna de agua (m.c.a.), teniendo en cuenta los costos energéticos para la industria de la fruta fresca en Chile, que son de los más altos en comparación con otros de países de la OCDE, y que entre el 2014 y marzo del 2016 el pago por tarifas eléctricas  BT 4.3 (uso industrial)  aumentó un  62% y que no se nota la baja del petróleo (420 pesos/litro, es decir, poco más de 2 soles/litro) ni las mayores lluvias, ni las grandes plantas de energías renovables puestas en funcionamiento en este mismo periodo, estos serán los resultados.

Figura 1. Componentes del riego solar conectados a la red.

Figura 2. Componentes del riego solar autónomo directo.

COSTOS DE IMPLEMENTACIÓN DEL RIEGO SOLAR

Riego solar autónomo aislado de la red: sin duda lo más atractivo para los productores agrícolas será el bajo costo de la energía, que resulta cinco veces inferior a las energías utilizadas hasta ahora. Por ejemplo, para un proyecto de riego aislado actualmente en desarrollo en un campo ubicado en la Comuna de Palmilla (Región de O’Higgins), donde se cultivan 10 ha de uva vinífera, se está reemplazando el generador de diésel existente por un sistema de riego solar fotovoltaico, para reducir el gasto anual de la quema de combustible, el mantenimiento y reparaciones del generador; que hoy superan los 6 millones de pesos. El costo de la nueva instalación es de 40 millones de pesos y será amortizada en cinco 5 años.  La nueva obra incluye un generador fotovoltaico de 17 (kWp) con 54 módulos fotovolotaicos, una bomba de riego convencional y su controlador solar, un sistema de fertirriego y un estanque de acumulación, lo que permitía adaptar el riego a las horas de sol más productivas.

Riego solar on-grid o conectado a la red: Para un campo de 30 ha ubicado en la comuna de Las Cabras (Región de O’Higgins), que riega cerezos mediante un sistema de riego subterráneo para reducir el consumo hídrico y energético del cultivo, la demanda hídrica diaria máxima al mes demanda 19.000 m3/día y una presión de funcionamiento del sistema de riego entre 39-42 (m.c.a). Para ello se instalará una potencia fotovoltaica de 32 (kWp) con 102 módulos fotovoltaicos, cubriendo un  80% de la demanda enérgica del riego en el mes de máxima demanda y un 100 % de los costos asociados a la gestión energética anual del sistema de riego. La inversión (30 millones de pesos) se amortizará en siete u ocho años. Lo más atractivo de este proyecto es el  bajo costo de la energía, que será dos veces inferior a la energía de la red eléctrica convencional, debido a la utilización del sistema fotovoltaico. A partir del séptimo u octavo año, el costo energético del riego será ‘cero pesos’ durante al menos 20 años (garantía de funcionamiento óptimo de los módulos, sin riesgos por las subidas de tarifa eléctrica).

Al tratarse de una tecnología modular, con ella es posible  cubrir un mayor número de hectáreas, aunque por la Ley de Generación Distribuida, el tamaño máximo es de 100 kWp, con el cual se puede abastecer entre 70 y 100 ha, dependiendo de dónde esté la toma de agua. Sin embargo, en predios de mayor tamaño igualmente es posible, ya que estos tienen diferentes puntos de empalme a la red eléctrica. Ahora bien en un proyecto de ‘riego solar autónomo aislado de la red’ no hay límite de potencia. La limitante en este caso está en que para un mismo sistema de riego, el sistema aislado es mucho más grande que un sistema conectado a la red, ya que debe satisfacer toda la energía diaria para las bombas de riego. Además, un sistema de riego trabaja entre 6 a 7 meses al año y, cuando no se usa, un sistema conectado a la red inyecta y vende la energía a la red, mientras que un sistema aislado no tiene esa posibilidad. Aun así , un sistema aislado reemplazará a un aerogenerador, que tiene altos costos de funcionamiento. 

ENERGÍA LIMPIA Y SOSTENIBLE

Los beneficios no son solo económicos. El riego solares una fuente renovable sin impacto en la huella de carbono, disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero del sector, haciendo una agricultura más sostenible y adaptada al cambio climático.

CRITERIOS PARA IMPLEMENTACIÓN EXITOSA DE RIEGO SOLAR Y ASI MINIMIZAR LA FACTURA ENERGÉTICA DEL RIEGO

PRIMER CRITERIO: la energía más económica, eficiente y limpia es la que se ahorra. La primera medida para un riego solar eficiente es lograr un consumo de energía y agua lo más próximos al óptimo y luego, sustituir fuentes energéticas convencionales (red eléctrica o diesel) por energías renovables.

Las principales oportunidades de ahorro en agua y energía para implementar un riego solar eficiente, se encuentran en:

Regar el cultivo en base a cálculos de demanda hídrica. Para no utilizar el sistema más allá de lo necesario. Determinar la demanda de agua diaria, requiere conocer la evapotranspiración de la zona, durante la temporada de riego.

Medir el volumen de agua diario utilizado en el riego. Instalar un medidor de caudal con el fin de controlar la cantidad de agua aplicada al cultivo. Desarrollar un calendario de riego mensual para la temporada. Instale sistema de riego automatizado y sistematice el programador con el tiempo de riego preciso para cada sector.

Mantener un riego con baja presión de trabajo. Para reducir los costos de funcionamiento. Instalar un medidor de presión antes y después del filtro principal para detectar cualquier variación de la presión optima en que trabaja la bomba. En fase de implementación o mejora, prefiera emisores (goteros), filtros y válvulas con baja presión de trabajo,  y ductos, más accesorios que generen bajas perdidas de carga.

Desarrollar un plan de mantención para los sistemas de riego y fotovoltaico.  Diario, y al comenzar y terminar su temporada productiva, controlando los rangos de consumo y generación eléctrica, presión y caudal en los que se deberá mantener su sistema de riego para un funcionamiento óptimo. El Agricultor deberá ser instruido en la correcta gestión y mantenimiento de los sistemas de riego y fotovoltaico. 

Seleccionar bombas de riego lo más próximas a las dimensiones de presión de trabajo y caudal de diseño.  Bombas muy antiguas con altas pérdidas mecánicas y eléctricas, o sobre-dimensionadas para el caudal y presión óptima de diseño, aumentan el consumo energético y el costo de funcionamiento del sistema. Es mucho más efectivo el uso de una bomba convencional adecuada a los requerimientos que una de alta eficiencia, en particular para bombas en los rangos de menos de 3 [kW] debido al rango de costos entre ambos equipos v/s los ahorros energéticos obtenidos. Bombas de riego, superiores a 3 [kW] de potencia prefiera equipos de alta eficiencia.

SEGUNDO CRITERIO: el sistema fotovoltaico del riego solar se dimensiona considerando los parámetros óptimos de caudal. Eso se determina según la demanda de agua diaria que requiere conocer la evapotranspiración de la zona, durante la temporada de riego) y presión trabajo del sistema de riego (prefiriendo emisores (goteros), filtros y válvulas con baja presión de trabajo,  y ductos, más accesorios que generen bajas perdidas de carga), con los que se podrá contar en el sistema de riego. Para conservar la eficiencia energética,  se deben  aplicaran medidas de gestiónpara el ahorro en el uso del agua y de la energía durante la temporada de riego, indicadas en el primer criterio.

TERCER CRITERIO: lo fundamental es autoconsumir la energía generada por el sistema fotovoltaico. Se debe autoconsumir la mayor cantidad de energía solar producida, porque cada kWh de energía producido y autoconsumido en el riego tiene un valor igual al kWh que dejamos de comprar a la compañía eléctrica.

Aunque parezca un problema, el riego solar al ser una actividad marcadamente estacional que se realiza 5 o 8 meses al año, tendrá periodos donde el agricultor deberá desarrollar nuevas aplicaciones para utilizar la energía solar sobrante en los meses donde no se efectúa el riego, como, por ejemplo, el uso energético para instalaciones anexas como almacenes, secaderos, recarga de vehículos eléctricos para la agricultura o invernaderos, entre otros.