l origen de la IdeaPartiendo de mi frase favorita, << LasIdeas de Hoy son los Hechos del Mañana>> (Autor: C.J. Torrente Rodríguez), po-demos denotar la influencia que tienen lasideas de nuestro presente en los hechosdel futuro, traduciéndose en tecnologías,

servicios, soluciones prácticas, aplicaciones y confortde la sociedad del mañana.

Este pensamiento en el que todos somos conscientesque “lo que hoy ideamos, se refleja en nuestro futuro,de forma cada vez más inmediata, en nuestro ma-ñana”, nos llevó a estudiar la situación actual de la

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Proyecto Fin de master de D: CRISTOBAL JUAN TORRENTE RODRÍGUEZMaster en Innovación y Tecnología de invernaderos. Universidad de Córdoba

Durante 2014 en la Universidad de Almería se ha realizado como Trabajo Final de Máster, unestudio titulado “OPTIMIZACIÓN DE LA GESTIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICAEN INVERNADEROS MEDIANTE INSTALACIONES AUTÓNOMAS”, cuyo autor es D. CristóbalJuan Torrente Rodríguez Ingeniero Técnico Agrícola especialidad en Mecanización y Construc-ciones Rurales y Máster en Innovación y Tecnología de Invernaderos, bajo la tutela del DoctorIngeniero Agrónomo Juan Reca Cardeña de la Universidad de Almería y el Doctor IngenieroAgrónomo Rafael López Luque de la Universidad de Córdoba.

En este estudio confluyen ideas como independencia energética, agricultura sostenible, nuevastecnologías aplicadas a la agricultura, energías renovables, gestión de recursos naturales y ren-tabilidad económica, haciendo que este trabajo sea una punta de lanza en el desarrollo de laagricultura sostenible, teniendo como valores la obtención de energía limpia para la autosufi-ciencia a precio de coste y el uso eficiente de los recursos naturales.

<< LAS IDEAS DE HOY SON LOS HECHOS DEL MAÑANA >>

agricultura bajo plástico almeriense y sus necesidadesinminentes.

Este estudio se realizó desde la óptica de satisfacer ne-cesidades como:- Desarrollar una agricultura sostenible.

- Alcanzar eficiencia energética.- Mejorar la eficiencia en gestión de recursosnaturales.

La palabra Invernadero atesora el concepto de “pro-ducción durante invierno”, en Almería es sinónimo deproducción de hortalizas bajo cubierta de plástico eninvierno.

La frase “Invernaderos de Almería”, hoy es sinónimode rentabilidad, agricultura tecnificada, altas produc-ciones, aprovechamiento de recursos, es un modelo deproductividad intensivo y rentable.

La idea de aprovechamientos de recursos y la tecnifi-cación en invernaderos, unido a altas producciones yrentabilidad, nos lleva a pensar en optimizar recursostan preciados como la energía y el agua.

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Cubierta de invernadero de panel solar

Colocación de paneles solares en invernadero

Foto de invernadero de raspa y amagado. Autor.

Sin duda el poniente almeriense se caracteriza portener escasez de agua dulce debido a las bajas pre-cipitaciones y por contrario tener una alta radiación alo largo del año.

Partiendo de la optimización de los costes de produc-ción, el coste energético se debe minorar en los inver-naderos consiguiendo así que estos sean más rentableseconómicamente y medio ambientalmente.

La idea de tener un entramado económico indepen-diente energéticamente y una reducción de costes en laproducción, es algo que tenemos al alcance de nues-

tra mano al conjuntar dos recursos tan preciados comola energía solar y el agua.

Todas las apreciaciones anteriores nos conducen apensar en la optimización de instalaciones de energíasolar autónomas aplicadas a la alimentación de ele-mentos y máquinas de potencia variable en las insta-laciones de los invernaderos, en este caso noscentramos en la gestión del riego por goteo, inicián-donos en la “Búsqueda de Estrategias en la Gestión deEnergía Fotovoltaica y en la Gestión de Irrigación enlos Cultivos de Invernadero”, naciendo así este trabajo.

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ObjetivosSi tenemos en cuenta que “toda aplicación ingenierildebe concebirse como solución, como respuesta, comoun conjunto de ideas, en contraposición a necesida-des planteadas por el grupo humano, siendo el obje-tivo final mejorar y facilitar las actividadesdesempeñadas por este” (Autor: C.J. Torrente Rodrí-guez).

Este trabajo persigue dar respuesta, solución, optimi-zar el abastecimiento energético y gestión del riego delas explotaciones invernadas, por estos motivos se

plantearon los siguientes objetivos:

-Estudiar la evaluación de la utilización de sis-temas de riego directo de invernaderos alimentadospor instalaciones de riego solar fotovoltaico autónomobasados en la combinación de sectores de riego y eluso de bombas de velocidad variable.

-Se pretende desarrollar un modelo de optimi-zación del diseño de instalaciones solares fotovoltai-cas autónomas aplicadas a la alimentación desistemas de riego directos en invernaderos.

-Se pretende encontrar bajo que umbrales depotencia pico instalada y número de sectores se al-canza la rentabilidad económica según el modeloplanteado.

-Se quiere comprobar si la superficie de ex-plotación es un factor determinante para la rentabili-dad económica o si es más bien la superficie de riegopor sector.

Los objetivos de este trabajo tienen como punto de en-cuentro establecer la relación entre los condicionantesy criterios que optimicen y maximicen el diseño de lasinstalaciones de riego (aprovechamiento de energíaproductiva), instalaciones fotovoltaicas (como fuente de

energía) y la rentabilidad económica.

PlanteamientoA la hora de materializar la idea, durante el plantea-miento se parte de la siguiente afirmación;« La mejor respuesta, a menudo es una buena pre-gunta que tenga respuesta» Autor: C.J. Torrente Rodríguez.

Así que se plantearon preguntas desde el punto devista de un agricultor y desde el punto de vista de lasnecesidades del modelo.

Caracterización del Modelo del Sistema.•Desde el punto de vista del agricultor, se plantearoncuestiones como:

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• Desde el punto de vista de las necesidades del modelo se plantearon otras preguntas como:

Tras plantear las preguntas se hizo el esfuerzo de contestarlas desde cada punto de vista.

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Modelado del sistemaSe propone un sistema de riego fotovoltaico autónomo,formado por:

-Un generador fotovoltaico-Un inversor como acondicionador de poten-

cia del generador fotovoltaico-Un sistema de bombeo-Reguladores de velocidad para las bombas

de riego-Distribución de riego y emisores

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Como se puede apreciar en el esquema anterior, sobre la cubierta del invernadero de raspa y amagado se dis-pondrán módulos solares fotovoltaicos, mediante el inversor se transformará la corriente continua en alterna yposteriormente alimentaremos el equipo de bombeo.

Se realizó una simulación mediante un programa deordenador desarrollado para simular el funcionamientodel sistema de riego solar fotovoltaico propuesto, pro-gramado en VBA para Excel© en el entorno de trabajode un libro de Excel.

El programa se basa en modelos matemáticos de cada

componente del sistema de bombeo fotovoltaico: el ge-nerador fotovoltaico y el subsistema de riego.

Desde el punto de vista de la fundamentación técnicaresaltar la elección y comprensión del sistema de riegofotovoltaico autónomo y el modelado del sistema, parael cual se desarrollaron dos módulos, uno de simula-

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ción del generador fotovoltaico y otro de simulacióndel sistema de riego.

Para obtener el diseño óptimo de la instalación el pro-grama simula para cada valor de potencia pico de lainstalación el caudal bombeado y realiza un balancehídrico anual en el sistema de riego en función de lasnecesidades medias del cultivo que se proporcionancomo datos de entrada. Fruto de dicho balance es ob-tener el volumen total de riego proporcionado por elsistema, el déficit de riego así como la energía solaraprovechada y perdida en función del número de sec-tores de riegos que se consideren, para cada caso setomará la potencia pico que hace cero el déficit deriego, cuyo objetivo es satisfacer las necesidades deriego totalmente.

Para cada diseño se calcula el coste total de la insta-lación que incluye el coste de los paneles solares y delsistema de bombeo.

Finalmente se evaluó económicamente cada alterna-tiva y eligió la más adecuada y se calculó el valor ac-tual neto (VAN) de la instalación.

Simulación del modelo caracterizado.Variables a modelar.

El modelo se caracterizará en función de los valoresde las siguientes variables:

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Variables a modificar.Las variables que variaremos en nuestra simulación sonlas siguientes:

-Superficie de riego, la cual coincide con la su-perficie de módulos fotovoltaicos.

-Número de sectores, en los que se subdividela superficie de riego. Los sectores de riego serán re-gados por bombas independientes.

-Intervalos de potencia, dónde no interesa en-trar con el número de iteraciones y un salto de poten-cia.

-Potencia pico inicial, la cual definiremos al ini-cio de cada simulación.

El resto de variables se mantendrán en todas las hipó-tesis.

Tras realizar las simulaciones se observó que el uso devarias bombas de velocidad variable encarecía el sis-tema de bombeo se decide realizar simulaciones parauna sola bomba de riego de velocidad variable paratoda la superficie de riego subdividida en varios sec-tores de riego.

Hipótesis simuladas.Durante la simulación se realizarán las 3 siguientes hi-pótesis:

•Hipótesis 1.

•Hipótesis 2.

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•Hipótesis 3.

Las variables a comparar en el análisis energético yeconómico.Como ya se comentó anteriormente el análisis energé-tico y económico se realizó de forma paralela y almismo tiempo en la simulación, por lo que se tuvo querealizar una comparación entre resultados diferen-ciando la parte económica de la parte energética.

Las variables a comparar en el análisis energético.

•Potencia pico instalada (Wp): La potenciapico generada según los condicionantes impuestos.

•Energía aprovechada (kW*h): La energíaaprovechada en satisfacer las necesidades de riego.

•Energía perdida (kW*h): La energía perdidaal no verterla en la red o no activar otro elemento decon consumo eléctrico.

•Rendimiento: El rendimiento es la relaciónentre la energía producida y la aprovechada.

•Déficit evapotranspirativo: Es la cantidad deagua necesaria para satisfacer las necesidades deriego.

Las variables a comparar en el análisis económico.

•Coste de las bombas (euros): Será estimadopor la función de regresión ya calculada anteriormentesegún la potencia pico instalada para satisfacer las ne-cesidades de riego.

•Coste de las placas (euros): El coste de laplaca será el múltiplo del coste por vatio pico instaladoy la potencia pico generada.

•Inversión total (euros): La inversión total serála suma de ambas instalaciones.

•Precio de la energía (euros): Será el costeque tendría la energía necesaria para satisfacer elriego si compramos la energía.

•Valor actual neto: El valor de los pagos futu-ros en la actualidad. Si este es positivo la inversión esrentable, si es negativo no es rentable.

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Conclusiones.Tras el estudio, análisis y razonamiento de los datosobtenidos se reflejaron las siguientes conclusiones a lasque se llegaron:

-Se ha desarrollado una metodología para optimizarel diseño de las instalaciones de riego mediante ener-

gía solar fotovoltaica autónoma, para instalaciones deriego directa, basada en la combinación de númerosde sectores de riego y el uso de bombas de velocidadvariable en el riego de invernaderos.

-La rentabilidad de las instalaciones de energía solarfotovoltaica en invernaderos tipo de la región, es limi-

tada, aunque al incrementar el númerode sectores de riego aumenta su rentabi-lidad.

-La combinación de varios sectores deriego en consonancia con bombas de ve-locidad variable da lugar a la obtenciónde rentabilidades positivas.

-No solo se ha optimizado la rentabili-dad económica sino también el grado deaprovechamiento de la energía produ-cida por la instalación solar fotovoltaicallegando a conseguir rendimientos del31 % para 6 sectores y potencias de2.500 w y satisfaciendo las necesidadesde riego de los cultivos.

-La superficie de riego de la explotaciónno es determinante en la rentabilidadeconómica, si lo es la superficie de riegopor sectornA

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Colocación de paneles solares en invernadero