Diseño de sistemas de ventilación de invernaderos con energía solar en ambientes tropicales

En los ambientes tropicales cada vez es más común la construcción de invernaderos y en la mayoría de las ocasiones se ubican en lugares apartados donde no llega la energía eléctrica convencional. Con el actual incremento en los costes de los hidrocarburos y a la vez caída en los precios de la energía fotovoltaica,  muchas aplicaciones son ahora rentables. En este artículo exponemos un ejemplo de aplicación desarrollada en ambientes tropicales.

El ejemplo se desarrolló en Malasia (1º N y 7ºN, y 100ºE y 119 ºC. El clima es cálido y húmedo durante todo el año. Las precipitaciones ascienden a 2032-254 mm, temperatura 21-32 ºC, humedad relativa 80 - 90 ºC, radiación solar 12 - 20  MJ/m²  y velocidad del viento de 2 - 22 m/s. Hay aproximadamente seis horas de luz solar al día.´

El objetivo del diseño es conseguir los tamaños necesarios para obtener los dispositivos de energía y almacenamiento que suministren energía a diferentes cargas.

El sistema montado utiliza generación híbrida (varios sistemas distintos de obtención de energía). También se utilizan baterías para conseguir almacenar la energía para su uso en periodos nublados y durante la noche. La profundidad de descarga es el valor máximo en las condiciones de operación es del 80 %, aunque solamente en algunas tecnologías. Si este valor se excede la batería sufre de sobredescarga, y la batería quedará dañada. El estado de carga se ha revelado como un parámetro influyente en la evaluación del voltaje de la batería, especialente durante el proceso de carga y sobrecarga. El inversor tiene que ser capaz de manejar la máxima carga esperable en las cargas AC.

La energía solar fotovoltaica costaba en 1972 unos 500 $ por vatio pico y ahora cuesta unos pocos dólares. Una caída en los precios superior al 99 % no se ha producido nunca en otro sistema de energía y ello ha propiciado que las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica sean ahora infinitas.

Estimación de carga eléctrica

Las cargas utilizadas fueron dos ventiladores con potencia total de 400 W, cada ventilador 200 W y 240 VAC. La carga diaria promedio total es 2 kWh/día. El consumo de ventiladores a 260 w y a 240 VAC a través de un inversor requiere 21,7 A/h a demanda de carga VDC con operación diaria de 5 horas (11:00-16:00) y 3 días de autonomía. La demanda total es de 217 A.

Configuración del sistema

El sistema incluyó 48 paneles fotovoltaicos, un inversor, un controlador de carga y un banco de baterías. La red pública sse usó como unidad de apoyo. Cada panel genera 18,75 Wp y 1,14 Amp/hora. Por lo tanto para proporcionar la energía eléctrica total de los 217 A, se requieren 4( paneles por subsistema. La energía total de los 48 módulos es 273,6 A. Esta energía cubre el consumo de demanda demanda de carga (217 A) y 56 A adicionales para compensar la eficiencia del inversor. Las funciones de encendido y apagado se llevan a cabo por medio de senosres de temperatura y humedad temporizados. Cuando la temperatura interior cae por debajo de 30 ºC el sistema se apagaba. Cuando la humedad interior alcanzaba 85 % el suministro de agua paraba por medio de una válvula de solenoide y un sensor de humedad.

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Bibliografía: Design and Development of a Photovoltaic Power System for Tropical Greenhouse Cooling. American Journal of Applied Sciences 4 (6): 386-389, 2007. Mohammed Seif et al.