Solar pumping: ecco come le rinnovabili permetteranno l’accesso all’acqua ovunque

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Il solar pumping è la soluzione ideale al problema dell’approvvigionamento idrico, dell’estrazione e del pompaggio dell’acqua anche nei luoghi più isolati

Il solar pumping è una particolare tecnica che consente l’estrazione di acqua dal sottosuolo, e il suo sollevamento, mediante l’utilizzo di energia solare fotovoltaica.

L’obiettivo è quello di garantire l’accesso all’acqua, in tutti i luoghi, anche in quelli più distanti dai corsi d’acqua principali, ed anche alle comunità più isolate,

Tale tipologia di impianti può essere utilizzata in vari settori, come ad esempio:

  • residenziale
  • irrigazione – agricoltura
  • allevamento
  • attività artigianali
  • industriali
  • lotta antincendio
  • depurazione.

Vantaggi del solar pumping

Tale sistema è particolarmente adatto nelle zone in cui le risorse idriche non sono facilmente reperibili o accessibili, nelle zone agricole, o nelle zone più isolate o impervie del nostro territorio dove non è possibile costruire reti ed infrastrutture adeguate.

E’ per questo che il Solar pumping prende sempre più piede in ogni regione del mondo consentendo anche di fare a meno di sistemi diesel. Infatti per l’alimentazione dei sistemi di pompaggio, fin ora, si utilizzavano nei luoghi isolati, generatori – gruppi elettrogeni diesel, che sono costosi a causa del costo dei carburanti, difficili da manutenere, ed estremamente inquinanti.

Il solar pumping utilizzando una fonte di energia rinnovabile ed al 100% green permette la riduzione dell’uso dei carburanti fossili, ad alta emissione di CO2, nel rispetto anche degli accordi internazionali di Parigi.

I vantaggi di un sistema di Solar pumping possono essere così sintetizzati:

  • non c’è nessun costo per il carburante, poiché utilizza la luce solare gratuita sempre disponibile
  • ha una lunga vita operativa
  • è un impianto altamente affidabile e durevole
  • è facile da usare e mantenere
  • è garantito un ritorno dell’investimento iniziale
  • è eco-friendly.

Di seguito proponiamo un video, molto intuitivo, che chiarisce cosa è il solar pumping.

Funzionamento di un sistema di pompaggio alimentato ad energia solare

In un sistema di solar pumping l’energia solare, convertita in elettricità, mette in moto il gruppo motopompa che a sua volta aspira l’acqua da un pozzo, corso d’acqua, stagno o lago. L’acqua pompata poi viene fatta confluire in un’area di stoccaggio, posta di solito ad una certa altezza (diga, cisterna, serbatoio, ecc.), dalla quale verrà ridistribuita per forza di gravità.

Fabbisogno idrico e sistema di pompaggio

Per quel che riguarda la scelta della tipologia di pompa da impiegare, questa dipenderà dall’uso e dal settore in cui dovrà essere impiegata. In generale vi sono tre tipologie di pompe:

  • pompe sommerse –  le più indicate in caso di estrazione dell’acqua in profondità, come nel caso di un pozzo
  • pompe di superficie – indicate nel caso di semplice irrigazione
  • pompe di circolazione – per far circolare l’acqua, ad esempio nel caso di depurazione di vasche o piscine.

Per accertarsi del corretto dimensionamento del sistema di pompaggio bisognerà analizzare e comprendere i propri fabbisogni, in termini di consumo di acqua, in base alle proprie esigenze ed al settore d’impiego. Un sistema di pompaggio a fini irrigui, su grande scala, ad esempio, necessiterà di un impianto diverso, e magari più potente, rispetto ad uno ad uso domestico.

In alcuni settori, come nel campo agricolo, bisognerà anche valutare i fattori climatici, che possono influenzare notevolmente il fabbisogno idrico in base alle stagioni.

Il sole e l’irraggiamento

Tutto ha origine dai raggi solari chi irradiano i moduli, e che si distinguono in:

  • radiazioni dirette – quelle che giungono direttamente sul modulo fotovoltaico ed hanno il loro massimo valore quando sono perpendicolari alla superficie del modulo
  • radiazioni diffuse – quelle riflesse e parzialmente assorbite da stati gassosi, come nel caso di una giornata nuvolosa, che vanno ad interessare in ogni modo il singolo modulo fotovoltaico
  • radiazioni riflesse – quelle riverberate dal suolo terrestre. Le radiazioni riflesse dalle superfici adiacenti all’impianto, che vanno comunque ad interessare il campo fotovoltaico.

Come si intuisce, è molto difficile che un modulo fotovoltaico possa rimanere completamente inattivo durante le ore diurne, a prescindere della condizioni meteo, poiché vi sarà quasi sempre un minimo di radiazioni in grado di alimentarlo.

Tuttavia bisogna tener conto che i sistemi fotovoltaici, ovunque essi siano, necessitano sempre di un minimo di manutenzione, consistente principalmente nella pulizia periodica dei moduli.

Schema di funzionamento di un sistema solar pumping

Schema di funzionamento di un sistema di solar pumping

Sistemi di alimentazione

Una volta stabilito il sistema di pompaggio, e la sua dimensione (la sua portata), saremo in grado di stabilire quanta energia esso consuma e quindi si potrà progettare l’impianto fotovoltaico adeguatamente, in modo da soddisfare quel fabbisogno elettrico richiesto.

Alcuni sistemi di alimentazione possono essere in:

  • corrente alternata – conversione della corrente sviluppata dalla cella fotovoltaica (corrente continua), grazie ad un inverter DC/AC. L’impiego del metodo di alimentazione della pompa in alternata, tramite il convertitore statico (inverter), agisce come una trasmissione automatica, consentendo alla pompa di avviarsi e funzionare in condizioni di scarsa luminosità, in caso di cielo nuvoloso, prima mattina o sera.
  • corrente continua – L’alimentazione in corrente continua può sfruttare la connessione diretta al sistema fotovoltaico ed ottenere, nell’eventualità, anche energia nel periodo notturno, fornita da un sistema di accumulo adeguatamente dimensionato.
solar pumping

Sistema di pompaggio ad uso agricolo

I sistemi di solar pumping possono essere di due tipologie:

  • sistemi separati dalla rete domestica ed indipendenti (stand alone). Un sistema “isolato” detto anche ad “isola”, potrebbe risultare più economico ed efficiente se l’utilizzo del Solar Pumping è richiesto su aree scarsamente elettrificate, o di difficile raggiungimento.
  • sistemi collegati alla rete elettrica (grid connected). Si tratta di un sistema che presenta grossi vantaggi poiché, laddove è presente un impianto fotovoltaico, si potrebbe pensare di garantire oltre all’autosufficienza del sistema di irrigazione, anche l’utilizzo per altri scopi (antincendio, lavaggi, etc.). In tal modo l’impianto fotovoltaico non sarebbe più ad uso esclusivo di un eventuale sistema di pompaggio ma potrebbe essere utilizzato anche ad altri fini. Ovviamente ciò è possibile solamente nel caso di sistemi di pompaggio adiacenti a zone elettrificate/edificate.

Software per la progettazione del fotovoltaico grid connected

Solarius-PV è un software ACCA per la progettazione tecnica, e la simulazione economica, di impianti fotovoltaici di qualsiasi tipo e dimensione.

Rappresenta la soluzione ideale per ogni situazione e per ogni esigenza:

  • per impianti su edifici nuovi o esistenti e per quelli più grandi (parchi fotovoltaici)
  • in ogni località (geolocalizzazione con dati climatici di riferimento)
  • in ogni condizione al contorno (ostacoli vicini e lontani)
  • con ogni tipologia di moduli inverter (archivio in dotazione con migliaia di modelli)
  • con il vantaggio della modellazione 3D (anche a partire da progetti DXF/DWG o IFC BIM)

Con gli oggetti 3D di Solarius-PV si può disegnare l‘ingombro della costruzione, le superfici su cui sarà installato il campo fotovoltaico e tutti gli ostacoli presenti (comignoli, abbaini, tralicci, ecc.) iniziando il progetto anche senza alcun supporto grafico.

Non è importante quanto sia complesso l’edificio poiché si può disegnare in 3D qualsiasi tipo di situazione a partire anche da file di progetto in formato DXF/DWG, o da un modello BIM.

Solarius-PV stima la produzione solare fotovoltaica a partire da dati concreti di irraggiamento solare, e tiene conto degli ombreggiamenti da ostacoli lontani dall’impianto (alture, edifici, alberi, ecc) tramite un semplice rilievo fotografico e direttamente sul diagramma solare del sito di installazione.

 

Esempio di progettazione di un impianto fotovoltaico solar pumping

Di seguito riportiamo un esempio di un impianto fotovoltaico progettato con Solarius-PV. Tale esempio nasce da un ipotetico fabbisogno idrico gestito da un sistema di pompaggio.

Analisi del fabbisogno idrico e calcolo della potenza assorbita dalla pompa

Si è ipotizzato l’uso di un sistema di solar pumping a fini residenziali (per una famiglia di 4 persone); pertanto conoscendo la dimensione dell’abitazione, ipotizzando le abitudini, ed ottenuti i consumi idrici degli occupanti, grazie alla tempistica di utilizzo e alla portata richiesta per ogni singolo carico (lavabo, doccia, lavastoviglie, etc.), si è potuto calcolare il fabbisogno di acqua giornaliero (in m³).

 

 

Nella precedente tabella:

  • Qp = portata in litri (al secondo, al minuto ed all’ora)
  • Uc = unità di carico

Per il calcolo del fabbisogno è stato importante individuare i valori massimi di consumi di acqua, durante l’arco della giornata.

Infatti per l’esatto calcolo del fabbisogno di acqua istantaneo, e successivamente del fabbisogno di energia, bisognerà prendere in considerazione unicamente tali valori massimi, in modo da dimensionare l’impianto adeguatamente.

 

 

Una volta stabilito il fabbisogno idrico, e quindi la portata (mc/h), si potrà calcolare la potenza assorbita della pompa a servizio del sistema di pompaggio con la seguente formula:

Dove:

  • ρ = massa volumetrica
  • G = portata  (precedentemente calcolata)
  • H = prevalenza
  • η = rendimento della pompa
  • P =  potenza assorbita dalla pompa

Progettazione dell’impianto fotovoltaico

Nel caso studio Solar Pumping si sono considerati i seguenti dati:

  • Impianto Fotovoltaico : Pn = 3.5 kWp
  • Accumulo Bidirezionale in C.C. Batteria a Litio: Capacità di accumulo utile di 7.6 kWh
  • Costo Complessivo Impianto + Pompa di Circolazione : € 4065,00
  • Consumo elettrico stimato sul consumo idrico di una famiglia di 4 persone, inteso come kWh elettrici consumati dalla pompa di circolazione nell’arco dell’anno : 849,49 kWhe
  • Regime Fiscale : 9.1 persona fisica o ente non commerciale che , al di fuori dell’esercizio di attività di impresa, utilizza un impianto fotovoltaico a soli fini privati
  • Redditività : Detrazione IRPEF del 50 % per l’installazione dell’impianto (Spesa detraibile pari a 4065,50 €), tempo di ammortamento dell’impianto 16 anni – VAN € 122.62 – TIR 4.27 %.

L’utilizzo di un sistema di Solar pumping permette l’autosufficienza energetica grazie alla gestione combinata di un impianto fotovoltaico ad un sistema di accumulo.

L’utenza in questo modo sarà autosufficiente dalla richiesta elettrica afferente all’ente gestore poichè durante le ore diurne l’energia richiesta dal sistema di solar pumping sarà servita totalmente dall’impianto fotovoltaico, mentre durante le ore notturne il tutto verrà sopperito dal sistema di accumulo.

 

Clicca qui per scaricare l’esempio pratico realizzato con Solarius-PV

 

 

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