Un equipo internacional de investigación ha propuesto un nuevo método de ensayo para los sistemas fotovoltaicos de bombeo de agua (PVWPS, por sus iniciales en inglés) utilizados para aplicaciones domésticas de agua y riego en regiones en desarrollo.
«Ningún estudio anterior había propuesto un método de este tipo para evaluar la evolución de las perforaciones a lo largo de la vida útil de los PVWPS», explicó a pv magazine el autor principal de la investigación, Simon Meunier. «En particular, aprovecha los paneles fotovoltaicos del sistema como fuente de energía para realizar pruebas periódicas de bombeo de perforaciones, en lugar de depender de generadores diésel, y puede aplicarse en diversos contextos, beneficiando a comunidades, gobiernos, ONG y otras partes interesadas dedicadas a soluciones sostenibles en materia de agua y energía».
En el artículo «Photovoltaic pumping tests: A novel supervision method for photovoltaic water pumping systems» (Ensayos de bombeo fotovoltaico: Un nuevo método de supervisión para sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos), publicado en Heliyon, Meunier y sus colegas explican que el novedoso método de ensayo ofrece ventajas innovadoras y prácticas como la supervisión continua y rentable, la reducción de emisiones y complejidades logísticas, así como una mayor longevidad del sistema y sostenibilidad de las aguas subterráneas.
«Las pruebas convencionales de sondeos en PVWPS suelen requerir generadores diésel y una mano de obra considerable, lo que las hace costosas y a menudo sólo viables antes de la instalación del PVWPS», explicó Meunier. En cambio, nuestro método permite un control continuo de las perforaciones sin costos adicionales de combustible ni interrupciones del suministro de agua».
También subrayaron que muchos países de África exigen actualmente pruebas de bombeo antes de la instalación de un sistema de bombeo en el pozo o en la puesta en servicio del mismo, y señalaron que estas pruebas suelen realizarse en pocos días. Además, algunos países también exigen pruebas después de la instalación para proteger la perforación a lo largo del tiempo.
«La mayor parte de la atención se centra en la contaminación del agua, con normativas sobre las distancias mínimas entre la cabeza del sondeo y otras instalaciones, sobre la tapa del sondeo, sobre la pendiente de la ladera alrededor de la cabeza del sondeo para evitar que las aguas superficiales entren en el sondeo, y sobre la presencia de residuos cerca del sondeo», señala el estudio.
Según sus creadores, la metodología propuesta controla los niveles de agua de la perforación a distintos caudales sin interrumpir el funcionamiento del PVWPS. La configuración de la prueba utiliza un sensor de caudal «no intrusivo» que puede desinstalarse una vez finalizada la prueba. Mide la presión hidrostática inducida por la altura del agua sobre él.
«La instalación del equipo se lleva a cabo aproximadamente 1 h antes de la salida del sol para estar listos para comenzar las mediciones cuando el agua en el pozo está todavía a su profundidad estática», dijeron los científicos, señalando que la prueba podría llevarse a cabo fácilmente por un solo técnico. «La recogida de datos comienza 30 minutos antes de la salida del sol. La medición se interrumpe unas 2-3 h después de la puesta de sol, para recoger datos a lo largo de todo el día y observar la recuperación del nivel del agua sin bombeo.»
Estas pruebas, según Meunier, permiten detectar a tiempo problemas como la obstrucción del pozo. «La supervisión periódica mediante pruebas de bombeo fotovoltaico favorece la gestión sostenible de las aguas subterráneas, evitando la sobreextracción y prolongando la vida operativa tanto de la perforación como de la PVWPS», añadió.
La metodología propuesta se probó en un PVWPS de 600 W instalado en 2018 en Gogma, Burkina Faso, donde no hay una red centralizada de suministro de agua. El sistema suministra unos 7 m3 de agua al día para unos 280 habitantes. «La perforación tiene 56 m de profundidad, un diámetro interior de 0.11 m y la motobomba se encuentra a 30 m de profundidad», especificaron los científicos. «La altura entre el nivel del suelo y el nivel en el que el agua entra en el depósito es de 7.6 m».
Comprobaron que el método de ensayo propuesto determina con precisión los parámetros de la perforación, logrando un ajuste del modelo con un coeficiente medio de determinación (R2) de 0.99. También calcularon que el costo de una prueba de bombeo fotovoltaico era de 43 dólares, frente a los 511 dólares de la prueba de agotamiento en varios pasos y los 2,050 dólares de las pruebas a largo plazo.
«Además, durante un periodo de 10 años (la vida útil estimada de la motobomba), el costo acumulado de realizar pruebas de bombeo fotovoltaico cada dos años es inferior al 10 % del gasto que supondría sustituir la motobomba prematuramente», añaden. «A lo largo de un período de 50 años (la vida útil estimada de la perforación), el costo total de las pruebas bianuales de bombeo fotovoltaico asciende a sólo el 13 % del costo de perforar una nueva perforación».
«Al utilizar energía solar en lugar de gasóleo, este método reduce las emisiones y las complejidades logísticas, alineándose con los objetivos de sostenibilidad», concluyó Munier.
El equipo de investigación estaba formado por académicos de la Universidad París-Saclay de Francia, la Universidad de la Sorbona de Francia y el Institut Photovoltaique d’Ile de France, así como de la Universidad de Stanford de Estados Unidos y el Imperial College London del Reino Unido.
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