Publicado em 06 de abril de 2023 por Mecânica de Comunicação

Painéis fotovoltaicos para o bombeamento de água em propriedades rurais

O uso de água em aplicações agrícolas demanda um bombeamento e fluxo hídrico significativo, consequentemente exigindo uma intensa quantidade de energia. Uma forma de disponibilizar água em pequenas propriedades e comunidades isoladas que possuem água subterrâneo é bombear usando energia a partir de fontes renováveis como a solar, eólica, biomassa, hidráulica ou a cogeração das mesmas.

Nesse sentido, um sistema de bombeamento autônomo alimentado por painéis fotovoltaicos pode ser um fator a ser considerado para a permanência de produtores em regiões rurais isoladas que não dispõem de água potável devida à ausência de energia elétrica. Esse sistema é composto por um gerador fotovoltaico, um gerenciador de potência, uma bomba, uma cisterna para armazenamento e um sistema de distribuição.

O módulo fotovoltaico converte a energia solar incidente em tensão e corrente contínua que alimenta o motor responsável pelo funcionamento da bomba d’água. O motor começa a operar apenas quando sua potência exigida é atendida pelo painel. Neste momento o torque mecânico é produzido e a bomba começa a trabalhar.

Diferente de outros sistemas fotovoltaicos isolados, os sistemas de bombeamento que usam essa alimentação geralmente não usam armazenamento de energia elétrica proveniente do conjunto controlador de carga e baterias. Mas, sim, energia potencial gravitacional através de um reservatório hidráulico elevado, os quais são dimensionados para uma quantidade de dias de autonomia.

Pesquisadores montaram um sistema de bombeamento fotovoltaico usando uma motobomba Shurflo, modelo 2088 e um painel fotovoltaico Solaris, modelo Ap6150. Foram empregadas seis alturas manométricas distintas: 4; 7,5; 11; 13; 15 e 19 m. A conclusão do experimento é que o sistema alcançou a eficiência global máxima de 2,3%, obtida pela relação entre a potência hidráulica e a enegia solar disponível, na condição de maior carga (19 m). A vazão obtida variou de 2445 a 5565 L dia-1 em função da irradiação solar incidente e da carga de bombeamento empregada no sistema.

A partir desse experimento, outros pesquisadores analisaram o desempenho de três módulos fotovoltaicos policristalino de 50 WP em série e de um painel monocristalino de 135 WP para alimentar uma motobomba Shurflo 8000 com uma altura manométrica fixa de 6,83 m. As vazões médias diárias ficaram dentro do intervalo de 3536,46 a 4182,55 litros. Sendo o sistema com painel monocristalino mais eficiente relacionando a vazão com energia consumida, porém foi com o painel policristalino que o sistema bombeou um volume maior de água.

Outros dois sistemas de bombeamento fotovoltaico com altura manométrica variável foram avaliados. O primeiro sistema (SBF1) é composto por dois módulos policristalino de 130 WP em paralelo e uma motobomba de 792 L h -1 a 0 mca. Este obteve melhor desempenho em alturas manométricas mais elevadas (7,5 e 13,5 mca) e alta irradiação solar média. O segundo (SBF2) possui outros dois módulos, idênticos ao primeiro, porém ligados em série e uma motobomba de 840 L h -1 a 0 mca com um driver de alimentação dotado de um seguidor de máxima potência. Resultando em menor dependência de altas irradiações e maior volume bombeado em baixas alturas manométricas (2,5 e 7,5 mca).

As informações acima foram extraídas da dissertação de mestrado Sistema autônomo de bombeamento de água acionado por painéis fotovoltaicos amorfo e policristalino, defendida por Bruno Meneghel Zilli, no Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia de Energia na Agricultura da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, sob orientação do professor Samuel Nelson Melegari de Souza e coorientação da professora Maritane Prior.