Bombeo solar

La física no se negocia

Subir agua cuesta una cantidad de energía exacta, que no depende de la marca de la bomba ni del vendedor: es el peso del agua por la altura. Mil kilos por 9,81 m/s² por un metro son 9.810 joules, y un joule es un watt durante un segundo, así que dividido por los 3.600 segundos de una hora quedan 2,725 Wh.

Energía hidráulica (Wh) = 2,725 × m³ × altura (m)

Subir 10 m³ —diez mil litros— cuarenta metros son entonces 1.090 Wh al día: menos que tener una plancha encendida una hora. Toda la dificultad del bombeo solar está en lo que viene después de esa cifra, no en ella.

La altura que manda es la suma, no la del pozo

La bomba no siente los metros de pozo: siente la altura manométrica total, que son tres cosas sumadas. Primero, desde el nivel del agua con la bomba andando —el nivel dinámico, que baja varios metros respecto del nivel en reposo— hasta la superficie. Segundo, lo que sigue subiendo hasta la entrada del estanque. Y tercero, el roce contra la tubería, que se estima en un 2% del largo: 200 metros de cañería pesan como cuatro metros más de altura.

Un caso real de parcela: pozo de 40 metros, estanque en una loma 10 metros más arriba y 200 metros de tubería. La altura de trabajo no son 40 metros sino 54. Dimensionar con los 40 deja la bomba un 26% corta, y una bomba corta no entrega menos agua: entrega cero cuando la altura pasa su punto de corte.

El conjunto bomba y motor se lleva más de la mitad

De la energía eléctrica que entra a la bomba, entre el 35% y el 55% termina como agua arriba. El resto se pierde en el rodete, en el motor y en la electrónica. Con el 40% que se usa por defecto, esos 1.090 Wh hidráulicos se convierten en 2.725 Wh que hay que entregarle al equipo. Una centrífuga de superficie con motor de inducción rinde en el extremo bajo; una sumergible de imanes permanentes con su controlador, en el alto. Es el parámetro que más cambia el presupuesto después de la altura, y el que menos aparece en las cotizaciones.

Se dimensiona con el peor mes, nunca con el promedio

El agua se necesita todos los días, así que la pregunta no es cuánto sol hay en promedio sino cuánto hay en el peor mes. En Santiago ese mes es junio, con 2,95 horas de sol peak efectivas después de pérdidas y temperatura; el mismo pozo de 10 m³ a 40 metros pide ahí una bomba de 923 W y un arreglo de 1.154 Wp, tres paneles. En Calama, con más de 5 horas en su peor mes, bastan 509 W y dos paneles. En Valdivia, con 1,63 horas en julio, la misma agua pide 1.676 W. Es la misma bomba, el mismo pozo y la misma familia: cambia solo la comuna.

La consecuencia se ve en la tabla mes a mes de la herramienta: en enero ese equipo levanta casi el doble de lo que se le pidió en Santiago y más del triple en Valdivia. En bombeo solar el verano sobra por definición, porque el invierno es el que decide. Si prefieres entender primero de dónde salen esas horas, están explicadas en horas solares peak.

El estanque es la batería, y es una batería mucho mejor

Un sistema de bombeo directo no guarda electricidad: guarda agua. El panel alimenta la bomba mientras hay sol, la bomba llena el estanque y el estanque entrega por gravedad a cualquier hora, incluso de noche y con el sistema apagado. Un estanque con día y medio de consumo cubre el nublado ocasional sin una sola celda.

La cuenta favorece al agua por lejos. Una batería de litio dura unos 6.000 ciclos o doce años, pierde capacidad cada año y hay que reemplazarla; un estanque de polietileno no tiene ciclos, no se degrada con el uso y su mantención es limpiarlo. Por cada kWh equivalente almacenado, el estanque cuesta una fracción, y el litio además no se puede cargar bajo cero grados, cosa nada teórica en el altiplano, Aysén o Magallanes. Si igual necesitas electricidad guardada para otras cosas de la parcela, el cálculo está en banco de baterías.

Bombeo directo o bombeo con batería

El bombeo directo —panel, controlador y bomba— es más barato, más simple y falla menos. Su límite es que el caudal sigue al sol: parte despacio en la mañana, llega a su máximo al mediodía y baja en la tarde. Para un estanque eso da lo mismo, porque lo que importa es el total del día.

Las baterías se justifican en tres casos: cuando el riego exige caudal y presión constantes a una hora fija, cuando no hay dónde poner un estanque en altura y cuando el mismo sistema alimenta además la casa. Ahí ya no es un bombeo: es un sistema solar aislado que incluye una bomba, y se dimensiona como tal.

Lo que pide la norma en Chile

Una instalación fotovoltaica que no inyecta a la red se rige por la Instrucción Técnica General RIC N°9.1 de la SEC y se declara mediante un TE-1, presentado por un instalador eléctrico autorizado. No le aplica el régimen de generación distribuida ni su límite de 300 kW, porque no hay energía yendo hacia la red. El bombeo directo corresponde a la arquitectura T1I-c de esa norma.

Aparte del trámite eléctrico está el del agua: extraer de un pozo requiere el derecho de aprovechamiento correspondiente ante la Dirección General de Aguas, y eso es previo e independiente de cómo se mueva la bomba. Del lado eléctrico, el cable entre los paneles y la bomba suele ser largo y conviene revisar su sección y su caída de tensión: en corriente continua y a 100 metros, un cable justo se come buena parte de lo que se pagó en paneles.

Preguntas frecuentes

¿Cuántos paneles necesito para una bomba de agua?

Depende de tres cosas: cuánta agua al día, desde qué altura total y en qué comuna. Para una casa de cuatro personas con un pozo de 25 metros bastan uno o dos paneles; para regar media hectárea desde 50 metros, en el valle central, se está hablando de cuatro a seis paneles de 550 Wp y una bomba de entre 1,7 y 2,3 kW. La regla vaga de «un panel por cada tanto» no sirve porque la altura cambia el resultado en proporción directa.

¿Qué altura tengo que usar, la del pozo o la del estanque?

Las dos, sumadas, más el roce de la tubería. La bomba empuja el agua desde el nivel dinámico del pozo hasta la entrada del estanque, y en ese camino vence también el roce. Usar solo la profundidad del pozo es el error más caro del rubro, porque la bomba elegida queda sin margen justo en invierno, que es cuando menos energía llega.

¿Necesito baterías para bombear con paneles solares?

No, y en la mayoría de las parcelas conviene no tenerlas. El estanque cumple la misma función a un costo mucho menor y sin desgaste: se llena de día y entrega de noche por gravedad. Las baterías solo se justifican si necesitas caudal a una hora fija, si no hay dónde instalar un estanque en altura o si el mismo arreglo alimenta también la casa.

¿De qué tamaño tiene que ser el estanque?

La recomendación por defecto es un día y medio de consumo: si gastas 2.000 litros al día, un estanque de 3.000 litros. Ese margen cubre un día nublado sin dejar a nadie sin agua. En zonas con varios días seguidos de nubosidad, o cuando el agua es para animales, conviene subir a dos o tres días de reserva: ampliar el estanque siempre sale más barato que ampliar el arreglo de paneles.

¿Puedo usar la bomba de 220 V que ya tengo?

Se puede, con un inversor de por medio, pero rara vez es la mejor idea. Las bombas solares trabajan en corriente continua o con un variador que sigue el punto de máxima potencia del panel, así que arrancan con poco sol y aprovechan la mañana y la tarde. Una bomba de inducción convencional necesita casi toda su potencia para partir y se queda detenida apenas pasa una nube.

¿Cuánta agua saca en invierno?

Exactamente la que pediste, si el equipo se dimensionó con el peor mes: esa es toda la gracia del método. Lo que cambia es el verano, cuando el mismo equipo levanta más de lo pedido: 1,2 veces en el norte, donde el sol casi no cambia en el año, y hasta 3,3 veces en Valdivia. Ese excedente no se pierde: llena antes el estanque y permite regar más en la temporada en que justamente se riega.

¿Cuánta electricidad consume al final del año?

Nada de la red, porque no está conectada. Pero sirve para comparar: 2.725 Wh al día son cerca de 1.000 kWh al año, el consumo de media casa chilena. Si quieres ver cuánto costaría mover esa misma agua pagando la boleta, puedes estimarlo en consumo eléctrico.