Dimensionar una batería para una bomba de riego solar remota no es sólo un cálculo de amperios-hora. Un sistema fiable debe almacenar suficiente energía utilizable, poner en marcha la bomba sin que se apague el BMS y mantener el agua en movimiento cuando la luz solar es débil o el acceso para mantenimiento es limitado.
Muchos fallos de bombas no conectadas a la red se deben a que la batería se selecciona sólo por Ah. En condiciones reales de campo, el tamaño correcto depende de la demanda diaria de agua, la altura dinámica total (TDH), el rendimiento de la bomba, la corriente de arranque, la profundidad de descarga utilizable, los días de autonomía, la caída de tensión del cable y la temperatura.
A Batería de iones de sodio de 12 V puede ser una buena opción para el riego solar remoto si el pack y el BMS están bien diseñados. La batería debe adaptarse a la bomba, el programa de riego, el regulador de carga, el cableado, la caja y el entorno del campo.
Batería de iones de sodio Kamada Power 12V 100Ah
¿Qué tamaño de batería de 12 V necesita?
Utiliza esta fórmula:
Ah de batería ≈ Wh de batería necesarios ÷ tensión del sistema ÷ DoD utilizable
Si una bomba necesita 272Wh de la batería, el sistema es de 12V, y el pack de iones de sodio está diseñado alrededor de 90% DoD utilizable:
272Wh ÷ 12V ÷ 0,90 = 25,2Ah
Una especificación adecuada Batería de iones de sodio de 12 V y 30 Ah puede cubrir el bombeo normal fuera del sol. Si el mismo sistema necesita una autonomía de tres días nublados, puede requerir unos 12V 100Ah después de añadir el margen de campo.
| Pregunta sobre el tamaño | Entrada requerida | Impacto de la decisión |
|---|
| ¿Cuánta agua al día? | Litros o galones | Define el trabajo hidráulico total |
| ¿A qué altura está el ascensor? | TDH, no sólo elevación vertical | A mayor altura, mayor demanda de Wh |
| ¿Cuándo funciona la bomba? | De día, de mañana, de noche, nublado de reserva | Determina la energía de la batería |
| ¿Es difícil empezar? | Corriente de funcionamiento y corriente de arranque | Define la potencia pico del BMS |
| ¿Cuántos días nublados? | Objetivo de autonomía | Capacidad de copia de seguridad de las unidades |
| ¿Cuál es el estado del emplazamiento? | Temperatura, longitud del cable, caja | Afecta a la fiabilidad |
Paso 1: Empezar con la demanda de agua y la TDH
Los agricultores suelen empezar por el agua, no por los kilovatios-hora:
¿Cuánta agua hay que mover cada día?
El concepto clave es Carga dinámica totalo TDH. El TDH no es sólo la elevación vertical. Incluye toda la resistencia que debe vencer la bomba.
TDH = Elevación estática + Reducción + Fricción de la tubería + Altura de presión + Margen de seguridad
| TDH Artículo | Qué significa | Por qué los usuarios lo subestiman |
|---|
| Elevación estática | Nivel del agua hasta el punto de vertido | Utilizan el nivel del suelo en lugar del nivel real del agua |
| Drawdown | Caída del nivel de agua durante el bombeo | Se ignoran los cambios estacionales del pozo |
| Rozamiento de tuberías | Pérdidas por longitud de tubería, diámetro, codos, válvulas | Se supone que las pérdidas en las tuberías son nulas |
| Altura de presión | Presión requerida por las líneas de goteo o los aspersores | El sistema está dimensionado sólo para el llenado de depósitos abiertos |
| Margen de seguridad | Tampón para variaciones de campo | No hay margen para el envejecimiento o los cambios climáticos |
Dos explotaciones pueden necesitar ambas 10.000 litros al día, pero la que eleva el agua 60 metros necesita mucha más energía que la que eleva el agua 10 metros.
Paso 2: Convertir el volumen de agua y la TDH en vatios-hora
Una vez conocidos el volumen de agua y la TDH, calcula la energía necesaria para mover el agua.
Energía necesaria, Wh ≈ Volumen de agua, litros × TDH, metros ÷ 367 ÷ Rendimiento de la bomba
Ejemplo: un rancho ganadero remoto necesita mover 10.000 litros al día. La TDH es de 30 metros y el rendimiento de la bomba es de 60%.
10.000L × 30m ÷ 367 ÷ 0,60 = 1.362Wh
Por tanto, la demanda diaria total de energía hidráulica es de 1,36 kWh al día.
Esto no siempre significa que la batería deba suministrar todos los 1,36 kWh. En muchos sistemas de bombeo solar, los paneles hacen funcionar la bomba cuando hay mucha luz solar, mientras que la batería sólo sirve para el funcionamiento a primera hora de la mañana, por la noche, en intervalos nublados o como reserva. Si el sistema tiene un depósito de agua, el agua almacenada puede reducir el tamaño de la batería. Si el sistema debe bombear con poca luz solar o por la noche, la batería debe cubrir una mayor parte de la demanda.
Paso 3: Decidir qué debe cubrir realmente la batería
No dimensione la batería a partir de la demanda diaria total de agua a menos que la batería deba soportar el bombeo diario total.
| Diseño del sistema | Función de la batería | Mejor ajuste |
|---|
| Solar directo + depósito de agua | Batería pequeña o sin batería para bombeo normal | Explotaciones con suficiente luz diurna y capacidad de depósito |
| Solar + batería de reserva | Cubre lagunas matinales, vespertinas y nubladas | Explotaciones remotas que necesitan fiabilidad |
| Bombeo programado con batería | Admite el bombeo siempre que se necesite agua | Ganadería, invernaderos, suministro crítico de agua |
| Batería que sustituye al almacenamiento de agua | Lleva la mayor parte de la carga de las copias de seguridad | Sólo cuando el almacenamiento del depósito es difícil |
Para el ejemplo del rancho, supongamos que los paneles solares se encargan de la mayor parte del bombeo durante el día. La batería sólo se encarga del riego a primera hora de la mañana.
Si 20% de la demanda diaria de agua debe proceder de la energía de las baterías:
1.362Wh × 20% = 272Wh
Esos 272Wh son el objetivo diario normal de energía de la batería. Por eso, un depósito de agua más grande a veces puede reducir el coste de la batería. En el bombeo agrícola, el almacenamiento de agua suele ser más barato que el almacenamiento eléctrico.
Paso 4: Convertir vatios-hora en amperios-hora de 12 V
La capacidad de la batería suele venderse en amperios-hora, pero el trabajo de la bomba se calcula en vatios-hora.
Vatios-hora = Amperios-hora × Tensión
Para el ejemplo:
272Wh ÷ 12V = 22,7Ah
Así que la bomba necesita unos 22,7 Ah de energía utilizable de la batería para bombear a primera hora de la mañana.
Ah utilizables no es lo mismo que Ah nominales. Una batería de 12 V y 30 Ah no siempre proporciona 30 Ah de energía de campo práctica. La parte utilizable depende de la composición química, los ajustes del BMS, la corriente de descarga, la temperatura, el envejecimiento y la clasificación de vida útil del fabricante.
Paso 5: Ajuste de la profundidad útil de descarga
La profundidad de descarga o DoD (Depth of Discharge) describe qué parte de la capacidad nominal de una batería puede utilizarse en condiciones normales de funcionamiento.
| Tipo de batería | Supuesto práctico de diseño | Significado para el bombeo |
|---|
| Plomo-ácido básico | Alrededor de 50% utilizable DoD | Necesita mayor capacidad nominal; los ciclos profundos acortan la vida útil |
| AGM / GEL plomo-ácido | A menudo 50-70% | Mejor opción sellada, pero la sobredescarga sigue perjudicando la vida útil del ciclo. |
| LiFePO4 | A menudo 80-90% | Gran capacidad útil; la carga a baja temperatura necesita protección |
| Iones de sodio | A menudo diseñado para DoD de alto uso | Resistente a los ciclos diarios, pero verifique la hoja de datos, el BMS, la tasa de C y los límites de temperatura. |
Para el ejemplo del ion sodio:
22,7Ah ÷ 0,90 = 25,2Ah
Una especificación adecuada Batería de iones de sodio de 12 V y 30 Ah puede cubrir la carga normal de primera hora de la mañana.
No considere la 90% DoD como universal. Debe confirmarse a partir de la hoja de datos de la batería. La vida útil nominal, la velocidad de descarga, la temperatura de carga y los ajustes de desconexión del BMS son importantes.
Paso 6: Comprobar la corriente de arranque de la bomba antes de finalizar la batería
Una batería de bomba puede tener suficiente energía y aun así no arrancar la bomba.
Esto suele ocurrir debido a corriente de irrupción del motor. Una bomba que consume 10 A durante el funcionamiento normal puede necesitar brevemente 30 A, 50 A o más durante el arranque. Si el BMS no puede soportar ese breve pico, puede apagarse. El usuario ve un fallo confuso: la batería parece llena, pero la bomba hace clic, se reinicia o se niega a arrancar.
Para muchos sistemas de bombas pequeñas de 12 V CC:
La capacidad de descarga máxima de la batería debe ser de al menos 3× a 5× la corriente de funcionamiento de la bomba.
| Campo Síntoma | Causa probable | Qué comprobar | Medidas correctoras |
|---|
| La bomba hace clic y se para | Corriente de pico del BMS demasiado baja | Índice de descarga máxima de la batería | Utilizar un BMS de mayor potencia o una bomba de menor descarga |
| La batería parece llena pero la bomba se reinicia | Caída de tensión durante el arranque | Longitud del cable, calibre, pérdida del conector | Utilice un cable más grueso o un tramo más corto |
| El fusible se dispara al arrancar | Protección no adaptada a la sobretensión | Valor nominal del fusible y corriente de arranque | Utilizar una protección adecuada para CC |
| La bomba sólo arranca con sol fuerte | La batería no puede soportar la sobretensión por sí sola | Pico de salida de la batería y SOC | Aumentar la capacidad de corriente de pico |
| La bomba del inversor se apaga | Sobretensión del inversor no soportada | Índice de sobretensión del inversor y BMS | Adapte la batería a las necesidades de sobretensión del inversor |
Compruebe la corriente continua del BMS, la corriente de pico del BMS, la duración del pico, la tasa C de la célula, el tamaño del cable, el valor nominal del conector, el valor nominal del fusible y el comportamiento del controlador de la bomba. Si la bomba utiliza un inversor o un motor de CA, incluya la corriente de pico del inversor en el diseño.
Paso 7: Añadir días de autonomía para condiciones nubladas o monzónicas
Un sistema que funciona con buen sol puede fallar en días nublados, en invierno o en la estación de los monzones.
Días de autonomía significa cuántos días puede la batería mantener el bombeo necesario con una aportación solar débil o limitada.
Utilizando el ejemplo:
25,2Ah × 3 días = 75,6Ah
Después de añadir el margen de envejecimiento, el margen de temperatura, la pérdida de cable y la variación de uso en el mundo real, normalmente se redondearía a un Banco de baterías de iones de sodio de 12 V y 100 Ah.
| Escenario de aplicación | Autonomía sugerida | Por qué es importante |
|---|
| Riego de jardines o no crítico | 1 día | El retraso del agua tiene pocas consecuencias |
| Pequeña explotación o invernadero | 2 días | Existe riesgo de estrés en los cultivos |
| Suministro de agua para el ganado | 3 días | La interrupción del suministro de agua es grave |
| Emplazamiento agrícola remoto | 3-5 días | El acceso para mantenimiento puede ser limitado |
| Monzón o región invernal de sol bajo | Más de 5 días | La recuperación solar puede ser lenta |
La batería adecuada no siempre es la más pequeña que funciona en un día soleado. Es la batería que se ajusta al coste de la interrupción del agua.
Sodio-ión vs plomo-ácido vs LiFePO4 para bombas solares de riego
La mejor química de batería depende del lugar. En el bombeo remoto, el mantenimiento, la capacidad útil, la carga parcial, la corriente de choque, la temperatura y la frecuencia de sustitución suelen importar más que el precio de compra.
| Factor de decisión | Plomo-ácido | LiFePO4 | Iones de sodio |
|---|
| Capacidad útil | Más bajo en ciclos profundos | Alta | Alta, dependiendo del diseño del envase |
| Ciclismo diario | Débil a moderado | Fuerte | Gran potencial |
| Carga parcial | Sensible a la sulfatación | Generalmente tolerante | Generalmente tolerante; sin mecanismo de sulfato de plomo |
| Corriente de arranque | Depende del modelo | Fuerte si BMS lo permite | Fuerte si BMS lo permite |
| Mantenimiento | Mayor para los tipos inundados | Bajo | Bajo |
| Peso | Pesado | Luz | Suelen ser más ligeros que los de plomo-ácido |
Batería de iones de sodio tiene una ventaja real sobre el plomo-ácido en las aplicaciones solares de carga parcial porque no sufre la cristalización del sulfato de plomo. Sin embargo, no hay que calificarla de envejecimiento cero. Como todas las baterías recargables, las de iones de sodio necesitan protección BMS, control de temperatura y validación basada en hojas de datos.
Lista de comprobación de ingeniería antes de elegir una batería de iones de sodio de 12 V
Utilícela como lista de comprobación antes de solicitar al proveedor el dimensionamiento de la batería.
| Parámetro | Entrada mínima necesaria | Por qué es importante |
|---|
| Demanda de agua | Litros o galones al día | Determina el trabajo total |
| TDH | Elevación, pérdida de tubo, presión | Evita el infradimensionamiento energético |
| Tensión de la bomba | 12 V, 24 V o CA | Coincide con la batería y el controlador |
| Corriente | Corriente nominal o medida | Define la descarga continua |
| Corriente de arranque | Pico estimado o medido | Define la necesidad de picos de BMS |
| Programa de bombeo | De día, de mañana, de noche, nublado de reserva | Determina los Wh de la batería |
| Objetivo de autonomía | Número de días de reserva | Determina la capacidad de reserva |
| Temperatura | Temperatura mín./máx. de la caja de la batería | Afecta al BMS y a la vida del ciclo |
| Recorrido del cable | Longitud y calibre | Evita la caída de tensión |
| Recinto | Grado de protección IP, ventilación, exposición al calor | Afecta a la fiabilidad |
Si envías estos valores a un proveedor de baterías, podrá dimensionar la capacidad, la corriente del BMS, la caja y la estrategia de carga con mucha más precisión.
Resumen completo del ejemplo
| Elemento de diseño | Valor |
|---|
| Volumen de agua diario | 10,000L |
| TDH | 30m |
| Eficacia de la bomba | 60% |
| Demanda diaria total de energía | 1.362 Wh |
| Cuota a pilas | 20% |
| Energía de la batería necesaria | 272Wh |
| Energía utilizable de la batería | 22,7 Ah |
| Sodio-ión DoD supuesto | 90%, verifique la hoja de datos |
| Capacidad nominal mínima | 25.2Ah |
| Selección práctica de un día | 12V 30Ah |
| Selección práctica de días nublados | Alrededor de 12V 100Ah |
| Ejemplo de corriente de bombeo | 10A |
| Descarga máxima recomendada | 30A-50A mínimo |
No se trata de un tamaño de pila universal. Es un método de dimensionamiento. Si el TDH, la longitud de la tubería, la presión de salida, el tiempo de bombeo fuera del sol, la corriente de arranque o el requisito de autonomía aumentan, el tamaño requerido de la batería también aumenta.
Conclusión
Una batería de bomba de riego solar fiable no se selecciona sólo por los amperios-hora, sino por la adecuación a la demanda de agua, la TDH, la eficiencia de la bomba, la corriente de arranque, la DoD utilizable, los días de autonomía, la pérdida de cableado y las condiciones del campo. Una batería de iones de sodio de 12 V puede ser una buena opción para el bombeo agrícola a distancia si el pack se adapta al sistema real y no se elige sólo por sus características químicas. Póngase en contacto con nosotros para diseñar el batería de iones de sodio para su bomba de riego solar a distancia.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Cómo calculo el tamaño de la batería para una bomba de riego solar de 12 V?
Calcula los vatios-hora necesarios a partir del volumen de agua diario, la TDH y el rendimiento de la bomba. A continuación, decida cuánto bombeo debe proceder de la batería en lugar de la energía solar directa. Convierta los Wh en Ah dividiéndolos por 12 V, ajuste la DdD utilizable y multiplique por los días de autonomía si se requiere respaldo en caso de nubosidad.
¿Puede una batería de iones de sodio de 12 V soportar la corriente de arranque de la bomba?
Sí, si el pack está diseñado con un BMS y una capacidad de descarga de celda adecuados. Para muchos sistemas de bombeo de CC pequeños, la capacidad de descarga máxima de la batería debe ser de al menos 3× a 5× la corriente de funcionamiento continuo de la bomba.
¿Sigo necesitando un depósito de agua si utilizo una batería más grande?
Normalmente, sí. En el bombeo agrícola, el agua almacenada suele ser más barata y fiable que la capacidad sobredimensionada de la batería. Un diseño sólido utiliza paneles solares para bombear durante el día, un depósito para almacenar agua y la batería para cubrir el funcionamiento a primera hora de la mañana, por la noche, cuando está nublado o como reserva.
Envíe el volumen de agua diario, la TDH, el voltaje de la bomba, la corriente de funcionamiento, la corriente de arranque, el programa de bombeo, el requisito de días de autonomía, el rango de temperatura local, la longitud del cable, las condiciones del recinto y si el sistema utiliza bombeo directo de CC o un inversor.