Perspectivas de aplicación de bombas de agua fotovoltaicas en zonas rurales áridas

En términos técnicos, el sistema de bombeo de agua fotovoltaico es un sistema típico de "integración de energía luminosa, maquinaria y electricidad". Implica las últimas tecnologías de captación y conversión de energía solar y electrónica de potencia, motores, máquinas hidráulicas, control informático y otras disciplinas, y es de gran importancia para la conservación de la energía. Por lo tanto, se ha incluido como una dirección de alta tecnología y desarrollo futuro para el desarrollo prioritario en muchos países. Muchos países de Oriente Medio y África esperan transformar sus hogares en oasis en zonas áridas con recursos de agua subterránea relativamente abundantes, recurriendo a nuevas tecnologías como bombas de agua solares, microirrigación que ahorra agua y agricultura moderna.

El principio de funcionamiento básico del sistema de bomba de agua fotovoltaica es utilizar células solares para convertir directamente la energía solar en energía eléctrica y luego impulsar el motor a través del controlador para impulsar la bomba de agua fotovoltaica para que funcione. Los sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos se pueden utilizar ampliamente para el suministro de agua a personas y ganado en áreas sin electricidad, para riego agrícola y para el suministro de agua en puntos muy dispersos, como defensas fronterizas y puestos avanzados en islas. Las bombas de agua fotovoltaicas tienen las ventajas de ser silenciosas, totalmente automáticas (funcionan al amanecer y se paran al atardecer), muy fiables y tienen una buena adaptabilidad entre el suministro de agua y la evaporación ("cuando hay una sequía severa, se seca rápidamente"). Organizaciones internacionales como la Agencia de las Naciones Unidas para el Desarrollo Internacional (PNUD), el Banco Mundial (BM) y la Comisión Económica y Social para Asia y el Pacífico (CESPAP) han afirmado plenamente su avance y racionalidad. En la actualidad, con el apoyo de estas organizaciones internacionales, decenas de miles de bombas de agua fotovoltaicas de diferentes especificaciones están funcionando en diferentes regiones y países de todo el mundo, especialmente en países en desarrollo como Asia, África, América Latina y Oriente Medio. Han aportado considerables beneficios económicos a las personas de muchas zonas pobres y han acelerado el ritmo de alivio de la pobreza en esas zonas.

Como componente principal del sistema de bombeo de agua fotovoltaico, el dispositivo de generación de energía solar fotovoltaica ha recibido considerable atención en las últimas décadas debido a que no genera ruido, ni contaminación y no genera residuos. En la actualidad, la generación de energía fotovoltaica se está desarrollando rápidamente en el mundo. Muchos países del mundo consideran que el desarrollo comercial y la utilización de la energía solar es una importante dirección de desarrollo desde la perspectiva de la seguridad del suministro de energía y el uso limpio. La Unión Europea, Japón y Estados Unidos han puesto el foco en las energías renovables, especialmente la energía solar, para garantizar la seguridad del suministro energético después de 2030. Se espera que la generación de energía solar represente más del 10% del suministro eléctrico mundial para 2030 y más del 20% para 2050. Japón había instalado un total de 1.600 MW a finales de 2006. La producción de módulos fotovoltaicos del país representa el 50% del total mundial, y cuatro de los diez principales fabricantes del mundo están en Japón. En la actualidad, la generación de energía fotovoltaica se ha conectado a la red en Japón, Alemania, Estados Unidos e Italia. Miles de edificios de oficinas, laboratorios, residentes y equipos mecánicos disfrutan de energía solar estable, confiable, libre de contaminación, ruido y residuos.

Mi país comenzó a investigar las células solares en 1958 y las aplicó con éxito por primera vez en 1971 en el satélite Dongfanghong-2 lanzado por mi país. Después de 1973, se utilizó en tierra, como luces de navegación, señales ferroviarias, señales de instrumentos de estaciones meteorológicas de alta montaña, etc., con una potencia relativamente pequeña. Con el fuerte apoyo del país al desarrollo de la industria fotovoltaica y del mercado fotovoltaico, las células solares de mi país ya no sólo se utilizan en sistemas de energía de pequeña potencia, sino que se utilizan más ampliamente en diversas industrias para resolver la crisis energética cada vez más grave. En mi país, la producción de células solares es mucho mayor que su uso. Las bombas de agua de todo tipo son productos que consumen mucha energía. La electricidad que consumen las bombas en el mundo representa aproximadamente el 20% de la generación total de energía. Para ahorrar energía, es necesario promover vigorosamente los sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos.

El sistema de bombeo de agua solar fotovoltaico es un dispositivo que funciona con energía solar y utiliza una bomba de agua para bombear agua. El sistema de bombeo de agua fotovoltaico es un típico sistema integrado de "luz-electricidad-mecánica-control", que involucra múltiples campos como la conversión de energía solar, la adquisición de señales, la conversión de electrónica de potencia, el diseño de circuitos y el control del sistema. La batería es responsable de recolectar energía solar y convertirla en energía de CC para ingresar al sistema y proporcionar energía al sistema. La mayoría de las veces, el voltaje y la corriente de salida del conjunto de baterías no pueden coincidir muy bien con la carga. En este momento, necesita pasar por el enlace de conversión de CC y pasar por un elevador (como el circuito Boost) o un reductor (como el circuito Buck) para obtener el voltaje y la corriente requeridos. Para que la carga continúe funcionando en días lluviosos o de noche, es necesario agregar baterías al sistema para almacenar el exceso de energía durante el día o el verano y liberarla por la noche o en invierno para equilibrar la distribución de energía o lograr un funcionamiento sin luz. El sistema de bomba de agua fotovoltaica se ve muy afectado por las condiciones externas y el funcionamiento del sistema está en continuo cambio, lo que es difícil de mantener en un estado estable. Se deben tomar ciertas medidas de control para garantizar el funcionamiento eficiente y estable del sistema, como: rastrear el punto de máxima potencia del conjunto de baterías, evitar la sobrecarga y la sobredescarga de la batería, monitorear el estado operativo de todo el sistema e implementar ciertas protecciones eléctricas y alarmas de falla. Si hay una carga de CA, también se requiere un inversor para lograr la conversión de CC a CA.

El clima en el centro y oeste de mi país (Xinjiang, Qinghai, Gansu y Mongolia Interior, etc.) es seco, con sequía perenne y escasas lluvias, y una extrema escasez de recursos hídricos, lo que ha llevado a la desertificación de la tierra a un ritmo de 2.500 km2 por año y a un entorno ecológico cada vez más deteriorado. Debido a la baja tasa de garantía de riego y drenaje, 2/5 de las tierras cultivadas no pueden regarse. En algunas zonas gravemente afectadas por la sequía, ni siquiera el agua potable es un problema, lo que obstaculiza gravemente el desarrollo económico y social de la región. Sin embargo, algunas zonas de estas regiones tienen abundante agua subterránea. Si los recursos de aguas subterráneas en estas zonas áridas pueden utilizarse racionalmente, seguramente traerán enormes beneficios económicos y sociales a esas áreas. Además, estas áreas están lejos del océano, con pocas nubes, muchos días soleados, fuerte radiación solar (algunas áreas tienen una radiación solar anual de 5000~6000MJ/m2) y un largo tiempo de sol (el tiempo de sol anual alcanza las 2500~3500h), por lo que la generación de energía fotovoltaica y el bombeo de agua se convierten naturalmente en la mejor opción para resolver los problemas de suministro de energía y suministro de agua en estas áreas. En los últimos años, la continua reducción de precios de los dispositivos fotovoltaicos y la mejora continua de la eficiencia de las células solares han proporcionado condiciones muy favorables para la promoción de sistemas de bombeo de agua fotovoltaicos. La inversión en bombas de agua fotovoltaicas puede mejorar enormemente la capacidad de producción de la agricultura y la ganadería, aumentar la producción agrícola y ganadera y cambiar el status quo agrícola en las zonas áridas. La conservación del agua es vital para la agricultura. Con agua, la agricultura puede desarrollarse y la vida de los agricultores puede mejorar. Por lo tanto, a largo plazo, los beneficios económicos y sociales son muy evidentes.