I pompe idrauliche a energia solare sono utilizzabili in agricoltura?

I pompe idrauliche alimentate a energia solare sono utilizzabili in agricoltura? Una guida pratica

L’accesso affidabile all’acqua è essenziale per l’irrigazione delle colture, l’allevamento del bestiame e numerose altre attività agricole. Tuttavia, le aziende agricole situate in zone remote spesso devono affrontare problemi legati all’instabilità della rete elettrica, ai costi elevati del diesel e alla scarsa disponibilità di servizi di manutenzione. L’energia solare rappresenta un’alternativa pratica, poiché sfrutta la luce solare per alimentare pompe idrauliche e altri macchinari fondamentali per l’azienda.

La soluzione più adatta dipende dal fabbisogno idrico dell’azienda, dalla profondità di pompaggio, dalla portata richiesta, dall’orario giornaliero di funzionamento e dalle fonti energetiche disponibili. Alcune aziende possono far funzionare le pompe idrauliche direttamente tramite pannelli solari durante le ore diurne, mentre altre necessitano di sistemi di accumulo con batterie, di serbatoi d’acqua o di sistemi ibridi per garantire un approvvigionamento continuo e affidabile.

Per le imprese agricole che utilizzano anche macchinari per la trasformazione dei prodotti, sistemi di refrigerazione, officine o strutture per il personale, un impianto solare di dimensioni maggiori può fornire energia elettrica per carichi multipli, non solo per l’irrigazione.

Con un’ampia esperienza in Africa, Tanfon comprende l’importanza di adattare le soluzioni fotovoltaiche alle condizioni locali del progetto, ai requisiti operativi e alle esigenze di manutenzione. Questo articolo spiega il funzionamento delle pompe idrauliche alimentate a energia solare, come valutare un impianto fotovoltaico da 50 kW per aziende agricole e quali fattori le imprese agricole dovrebbero considerare prima di investire.

1. Come funzionano le pompe idrauliche alimentate a energia solare?

Un sistema di pompaggio idrico solare converte la luce solare in energia elettrica per azionare una pompa idraulica. Un sistema tipico comprende moduli fotovoltaici (PV), un regolatore di pompa o un azionamento a frequenza variabile (VFD), una pompa idraulica compatibile, dispositivi di protezione elettrica e gli opportuni tubi e attrezzature per la distribuzione dell’acqua.

Nei periodi di sole, l’impianto fotovoltaico genera energia elettrica per far funzionare la pompa. A seconda della progettazione del sistema, il regolatore di pompa ne modula il funzionamento per sfruttare al meglio l’energia solare disponibile, mantenendo comunque la pompa entro i propri limiti operativi.

I sistemi di pompaggio solare possono essere utilizzati per:

• Estrazione di acqua sotterranea da pozzi profondi
• Prelievo di acqua superficiale da fiumi, stagni o bacini artificiali
• Irrigazione a goccia e sistemi di microirrigazione a nebulizzazione
• Approvvigionamento idrico per il bestiame
• Trasferimento dell’acqua verso serbatoi di accumulo posti in quota
• Irrigazione di frutteti, serre e campi coltivati

Il pompaggio solare può ridurre la dipendenza dall’energia elettrica della rete o dai generatori diesel. Tuttavia, il sistema deve essere progettato in base alle effettive esigenze idrauliche dell’azienda agricola, non scelto esclusivamente in base alla potenza nominale della pompa.

Comprensione dell’altezza manometrica e della portata

Due fattori fondamentali nella scelta di una pompa solare sono l’altezza manometrica totale e la portata richiesta.

Totale Altezza Dinamica (TAD) rappresenta la resistenza totale che la pompa deve vincere per convogliare l’acqua. Include sia la distanza verticale di sollevamento sia le perdite di carico dovute all’attrito nelle tubazioni, nelle raccorderie, nei filtri e negli altri componenti.

Tasso di flusso descrive la quantità di acqua erogata in un determinato periodo, ad esempio litri al minuto o metri cubi all’ora.

Ad esempio, un’azienda agricola che deve irrigare diverse ettari durante una finestra giornaliera limitata di pompaggio potrebbe richiedere una pompa e una configurazione fotovoltaica diverse rispetto a un’azienda agricola che riempie soltanto una cisterna per l’acqua del bestiame.

Prima di selezionare una pompa, calcolare il fabbisogno idrico giornaliero, il livello della fonte d’acqua, l’altezza di sollevamento, le dimensioni delle tubazioni e il programma di irrigazione. Questi dati aiutano a determinare le prestazioni richieste della pompa e la capacità dell’impianto fotovoltaico.

2. Le pompe idrauliche solari possono funzionare senza accumulo su batteria?

Sì. Molti sistemi di pompaggio agricoli possono funzionare direttamente con energia solare durante le ore diurne, senza ricorrere a un ampio gruppo di batterie.

In questi sistemi, la pompa entra in funzione quando è disponibile energia solare sufficiente. L’acqua può quindi essere immagazzinata in una cisterna, in uno stagno o in un serbatoio sopraelevato per un utilizzo successivo.

Questo approccio è particolarmente utile quando l’irrigazione può essere programmata durante il giorno. Invece di immagazzinare elettricità nelle batterie, l’azienda agricola immagazzina l’acqua pompata e la utilizza successivamente grazie alla forza di gravità o a un sistema di distribuzione adeguatamente progettato.

Immagazzinamento dell’acqua vs. immagazzinamento dell’energia nelle batterie

L’immagazzinamento dell’acqua e quello dell’energia nelle batterie rispondono a esigenze diverse.

Immagazzinamento dell'acqua fornisce una riserva d’acqua per l’irrigazione successiva. Può rappresentare una soluzione economicamente vantaggiosa quando l’esigenza principale è spostare l’acqua nelle ore soleggiate per utilizzarla in un secondo momento.

Stoccaggio di energia a batteria immagazzina elettricità da utilizzare quando la produzione solare è insufficiente. Può risultare utile quando le pompe devono funzionare dopo il tramonto, quando è necessario mantenere una determinata pressione oppure quando l’azienda agricola ha bisogno di elettricità per altri dispositivi durante interruzioni della fornitura.

La migliore opzione dipende dall'applicazione. Un serbatoio potrebbe essere sufficiente per l'irrigazione programmata, ma non può sostituire lo stoccaggio elettrico quando un'azienda agricola necessita di far funzionare illuminazione, refrigerazione, macchinari per la lavorazione o altri carichi elettrici durante la notte.

Un sistema di pompaggio ben progettato dovrebbe confrontare il costo di ulteriore capacità fotovoltaica, stoccaggio idrico, stoccaggio con batterie e alimentazione di riserva prima di selezionare la configurazione finale.

3. Progettazione di un sistema solare fuori rete da 50 kW per un'azienda agricola

Un sistema solare fuori rete da 50 kW potrebbe essere adatto ad alcune aziende agricole di medie dimensioni, siti per la lavorazione agricola o operazioni commerciali remote. La sua idoneità dipende dai carichi collegati all'azienda agricola, dalla domanda di potenza simultanea, dal consumo energetico giornaliero e dal programma di funzionamento.

Un sistema solare per aziende agricole può supportare più della semplice pompa idrica. A seconda della sua configurazione, può fornire energia elettrica a:

Pompe per irrigazione e attrezzature per il trasferimento dell'acqua

• Sistemi di ventilazione e di approvvigionamento idrico per il bestiame
• Lavorazione dei cereali e macchinari agricoli
• Camere fredde e impianti di refrigerazione
• Officine, illuminazione e uffici agricoli

Prima di scegliere un sistema da 50 kW, è importante distinguere tra potenza nominale e consumo energetico giornaliero. I kilowatt (kW) misurano la potenza, mentre i kilowattora (kWh) misurano l’energia utilizzata o immagazzinata nel tempo.

Un inverter da 50 kW, ad esempio, non significa che il sistema generi 50 kWh ogni ora in tutte le condizioni. La reale produzione solare dipende dalla capacità installata del campo fotovoltaico, dall’irraggiamento solare, dalla temperatura, dall’ombreggiamento, dalle perdite del sistema e dalle condizioni operative degli apparecchi.

Fattori chiave per la dimensione del sistema

Una valutazione professionale dell’energia in azienda agricola dovrebbe considerare:

1. Carico connesso e domanda simultanea

Elencare le principali macchine e la loro potenza nominale. Determinare quali apparecchi funzionano contemporaneamente e se i motori generano correnti di spunto elevate.

2. Consumo energetico giornaliero

Stimare quante ore opera ciascuna macchina e calcolarne il fabbisogno energetico giornaliero. Ciò aiuta a determinare la generazione fotovoltaica necessaria e l’eventuale accumulo in batteria.

3. Requisiti di avviamento del motore

Le pompe e altri motori possono assorbire una corrente significativamente maggiore all’avviamento rispetto al funzionamento normale. L’inverter, il regolatore e il metodo di avviamento del motore devono essere compatibili con tali requisiti.

4. Risorsa solare e condizioni del sito

L’irraggiamento solare locale, le ombre, la temperatura ambiente, la polvere e l’orientamento dell’installazione influenzano le prestazioni del sistema.

5. Requisiti di alimentazione di riserva

Un sistema autonomo deve essere progettato per soddisfare i carichi previsti anche nei periodi di bassa generazione solare. A seconda dei requisiti di affidabilità del progetto, ciò potrebbe richiedere ulteriore capacità fotovoltaica, accumulo in batteria, priorità nei carichi o un generatore compatibile.

Un progetto personalizzato aiuta a evitare un errore comune: scegliere un sistema in base alla potenza nominale di una singola macchina grande, senza verificare il profilo operativo completo della fattoria.

4. Quando è preferibile scegliere un sistema ibrido da 50 kW per l’energia solare?

Un sistema ibrido da 50 kW per l’energia solare può combinare la generazione fotovoltaica (PV) con lo stoccaggio in batteria e, qualora supportato dall’equipaggiamento, con l’alimentazione dalla rete elettrica o da un generatore diesel.

Questa configurazione può risultare utile per le aziende agricole che desiderano ridurre il consumo di carburante pur mantenendo una fonte di riserva per i periodi di bassa produzione solare o di elevata domanda.

Un sistema ibrido può privilegiare l’energia solare durante il giorno, caricare le batterie quando è disponibile energia in eccesso e utilizzare l’energia immagazzinata o un’altra fonte di alimentazione consentita secondo necessità. La sequenza effettiva di funzionamento dipende dall’inverter, dal sistema di gestione dell’energia (EMS), dalle impostazioni del sistema e dai requisiti specifici del progetto.

Sistema fuori rete (off-grid) vs. sistema ibrido solare per le aziende agricole

Un sistema fuori rete (off-grid) opera in modo indipendente dalla rete elettrica. È adatto a siti remoti privi di una connessione alla rete affidabile, ma deve essere dimensionato con attenzione per soddisfare i carichi richiesti e i periodi di bassa generazione solare.

Un sistema ibrido integra più fonti energetiche, come l’energia solare, le batterie, la rete elettrica o un generatore diesel. Può offrire una maggiore flessibilità operativa quando tali fonti sono disponibili e supportate dalla progettazione del sistema.

Nessuna delle due configurazioni è automaticamente migliore per ogni azienda agricola. La scelta corretta dipende dal costo e dall'affidabilità delle fonti energetiche esistenti, dall'importanza di un approvvigionamento idrico ininterrotto e dalle priorità di investimento dell'azienda.

Per un’azienda agricola con un programma di irrigazione diurno affidabile, il pompaggio diretto da energia solare abbinato a un sistema di accumulo idrico potrebbe essere la soluzione più semplice. Per un’azienda agricola commerciale remota dotata di pompe, impianti di lavorazione e altri carichi elettrici critici, un sistema solare ibrido o autonomo potrebbe offrire vantaggi più ampi.

5. Esperienza pratica su progetti reali: sistema fotovoltaico autonomo da 50 kW di Tanfon per un’azienda agricola in Gambia

I progetti di energia solare in Africa devono tenere conto di condizioni pratiche quali l'affidabilità della rete elettrica, i costi dei combustibili, la logistica per siti remoti, la manutenzione delle attrezzature e i requisiti operativi locali.

Il portafoglio progetti di Tanfon include una sistema fotovoltaico off-grid da 50 kW per un’azienda agricola in Gambia il case study pubblicato descrive un sistema personalizzato progettato per fornire energia elettrica affidabile alle attività agricole, riducendo nel contempo la dipendenza dal carburante diesel.

Leggi il case study del progetto: sistema fotovoltaico fuori rete da 50 kW per una fattoria nella Gambia .

Questo progetto dimostra la rilevanza dell'energia solare fuori rete per le attività agricole, dove un approvvigionamento elettrico affidabile è fondamentale e le fonti convenzionali di energia possono risultare costose o poco affidabili.

Per le fattorie che stanno valutando un investimento analogo, il processo ingegneristico dovrebbe iniziare ponendosi alcune domande:

• Quali attività agricole richiedono energia elettrica e quanta energia consumano ogni giorno?
• Le pompe per l'irrigazione funzionano esclusivamente nelle ore diurne oppure è necessario farle funzionare anche di notte?
• Sono presenti carichi aggiuntivi, come macchinari per la lavorazione, refrigerazione o edifici agricoli?
• Qual è il livello di alimentazione di riserva richiesto durante le giornate nuvolose o per la manutenzione degli impianti?
• Come verrà monitorato e assistito l’impianto se l’azienda agricola si trova lontano dai centri urbani principali?

Le risposte determinano se l’azienda agricola necessita di un sistema solare dedicato per il pompaggio, di un impianto autonomo più potente oppure di una configurazione ibrida con accumulo in batteria e gruppo elettrogeno di riserva.

La lezione chiave: Un progetto solare agricolo di successo parte dai reali fabbisogni energetici dell’azienda. L’impianto fotovoltaico, l’inverter, l’accumulo in batteria e gli impianti di riserva devono essere scelti in base ai carichi e al programma operativo.

Nota: Il case study pubblicato conferma il progetto solare off-grid da 50 kW per un’azienda agricola in Gambia. Le prestazioni specifiche della pompa, la capacità delle batterie, la portata d’acqua, i risparmi di carburante e i rendimenti finanziari vanno inseriti esclusivamente se verificati dai documenti tecnici del progetto.

6. Ampia esperienza in Africa: Perché la conoscenza locale del progetto è fondamentale

La scelta di un sistema solare è solo una parte di un progetto energetico agricolo. Le condizioni del sito, la pianificazione dell’installazione, la consegna delle attrezzature, la messa in servizio e l’assistenza a lungo termine possono anch’esse influenzare le prestazioni del progetto e il costo totale.

Tanfon vanta un’ampia esperienza nella realizzazione di progetti energetici solari in tutta l’Africa, tra cui Nigeria, Repubblica Democratica del Congo, Ciad e Kenya. La sua più ampia esperienza internazionale supporta inoltre i clienti con esigenze energetiche diverse, dagli impieghi agricoli alle strutture commerciali fino all’elettrificazione rurale.

Questa esperienza risulta particolarmente rilevante per aziende agricole e appaltatori EPC operanti in ambienti remoti o impegnativi. Ogni progetto richiede una propria valutazione tecnica, ma l’esperienza maturata in diversi mercati aiuta il team ingegneristico a individuare tempestivamente aspetti pratici già nella fase iniziale della pianificazione.

Cosa significa un’esperienza specifica nei progetti africani per i proprietari di aziende agricole

Comprensione delle condizioni locali di fornitura elettrica

In aree dove l’approvvigionamento dalla rete è instabile o la generazione diesel risulta costosa, i progettisti del sistema devono valutare come la generazione solare, lo stoccaggio in batteria e le fonti di riserva possano operare congiuntamente. La configurazione deve rispecchiare le effettive priorità operative dell’azienda agricola, anziché presupporre che un unico sistema standard sia adatto a ogni località.

Pianificazione della logistica per siti remoti

Alcuni progetti agricoli sono situati lontano dalle principali città o dai centri di assistenza già consolidati. Prima della consegna del progetto, occorre considerare il trasporto delle attrezzature, l’accessibilità al sito, i tempi di installazione e la disponibilità di tecnici qualificati.

Progettazione adattata all’ambiente locale

Polvere, alte temperature ambientali, piogge stagionali, umidità e altri fattori ambientali possono influenzare la scelta delle attrezzature e la pianificazione della manutenzione. Un’adeguata protezione degli involucri, la selezione dei cavi, le strutture di fissaggio, la ventilazione e la protezione contro le sovratensioni contribuiscono a mitigare i rischi specifici del sito.

Fornitura di ingegneria su misura per il progetto

Le fattorie differiscono per tipo di coltura, metodi di irrigazione, richiesta idrica, prevalenza della pompa, ore di funzionamento e carichi elettrici aggiuntivi. Una valutazione dettagliata del carico e una valutazione idraulica aiutano a determinare la configurazione corretta del sistema.

Considerare fin dall’inizio funzionamento e manutenzione

Un sistema solare deve essere progettato non solo per l’installazione, ma anche per il funzionamento a lungo termine. L’accesso al monitoraggio, le procedure di manutenzione, la documentazione tecnica e la pianificazione dei ricambi possono risultare particolarmente importanti per siti agricoli remoti.

Le informazioni sui servizi di Tanfon descrivono l’esperienza maturata nei sopralluoghi sul campo in Africa, nella progettazione di impianti, nella guida all’installazione e nel supporto successivo. Queste competenze possono aiutare i clienti a valutare i propri requisiti prima di impegnarsi su una specifica configurazione del sistema.

Per informazioni specifiche sul progetto, visitare La pagina dei servizi solari di Tanfon .

7. Resistenza ambientale e protezione delle attrezzature

Le attrezzature solari agricole possono essere esposte a polvere, calore, umidità, pioggia, sostanze corrosive e disturbi elettrici. La scelta adeguata delle attrezzature e le pratiche di installazione sono quindi fondamentali per un funzionamento affidabile a lungo termine.

Quando si valuta un sistema solare per il pompaggio o per l’alimentazione di un’azienda agricola, verificare quanto segue:

• Specifiche dei moduli fotovoltaici e degli inverter per l’ambiente operativo previsto
• Gradi di protezione adeguati per gli involucri dell’equipaggiamento di controllo esterno
• Cavi resistenti ai raggi UV e connettori elettrici con portata corretta
• Strutture di fissaggio, fondazioni e protezioni anticorrosione idonee
• Messa a terra, protezione contro le sovratensioni e protezione contro i fulmini, ove richiesto
• Protezione contro il funzionamento a secco e altre misure di sicurezza per la pompa, qualora supportate dal sistema
• Punti di isolamento e manutenzione facilmente accessibili
• Istruzioni del produttore, garanzie e intervalli raccomandati per le ispezioni

La protezione contro il funzionamento a secco è particolarmente utile nelle applicazioni di pompaggio delle acque sotterranee. Se una pompa funziona senza una quantità sufficiente di acqua, potrebbe surriscaldarsi o subire danni. Un sistema di protezione adeguato può arrestare la pompa quando il relativo sensore o controller rileva una condizione pericolosa.

Tuttavia, l’efficacia di tali sistemi di protezione dipende dalla corretta selezione, installazione e configurazione. Le caratteristiche tecniche degli apparecchi e le funzioni di sicurezza devono sempre essere verificate in base alla documentazione del produttore e alle norme locali applicabili.

8. Come ridurre il costo totale dell’energia solare per l’agricoltura

Il prezzo iniziale più basso dell’apparecchiatura non garantisce necessariamente il costo operativo a lungo termine più contenuto. Gli acquirenti agricoli devono valutare l’intero sistema, compresi installazione, manutenzione, consumo di carburante e costo di eventuali sistemi di accumulo o di riserva.

Diverse misure possono contribuire a migliorare la redditività del progetto:

Adattare la pompa al requisito idraulico. Una pompa di dimensioni eccessive può aumentare i costi dell’attrezzatura e dell’energia senza offrire un beneficio operativo significativo.

Pianificare il pompaggio in base alla disponibilità solare. Laddove la coltura e le configurazioni di stoccaggio dell’acqua lo consentano, far funzionare le pompe durante le ore solari produttive può ridurre la necessità di accumulo in batteria.

Utilizzare lo stoccaggio dell’acqua in modo strategico. Serbatoi e bacini possono fornire un tampone economicamente vantaggioso per l’irrigazione, in particolare quando l’acqua può essere convogliata per gravità.

Dare priorità ai carichi essenziali. Per un sistema elettrico più ampio su una fattoria, identificare le attrezzature critiche può aiutare a determinare le capacità appropriate dell’inverter e delle batterie.

Pianificare la manutenzione. Attrezzature facilmente accessibili, protezioni adeguate, monitoraggio e un programma di manutenzione chiaro possono contribuire a ridurre i tempi di fermo evitabili.

Confrontare il costo totale sul ciclo di vita. Valutare il prezzo del sistema, l’installazione, la produzione energetica prevista, il consumo di gasolio, la sostituzione delle batterie ove applicabile e i requisiti di assistenza continua.

Il periodo di recupero deve essere calcolato utilizzando ipotesi realistiche sui prezzi locali dei carburanti e dell’elettricità, sul reale consumo energetico, sulla produzione solare e sui costi di manutenzione. I risultati varieranno da un’azienda agricola all’altra.

9. Quali informazioni sono necessarie per una soluzione fotovoltaica personalizzata per aziende agricole?

Prima di richiedere un preventivo, i proprietari di aziende agricole, le imprese agricole e gli appaltatori EPC dovrebbero raccogliere le seguenti informazioni, ove disponibili:

• Paese del progetto e ubicazione dell’installazione
• Elenco delle pompe e degli altri apparecchi elettrici
• Potenza nominale della pompa, portata richiesta e prevalenza dinamica totale
• Domanda giornaliera di acqua e programma di irrigazione
• Consumo energetico giornaliero e ore di funzionamento delle macchine
• Informazioni sull’energia elettrica proveniente dalla rete e sui generatori diesel
• Durata richiesta dell’alimentazione di riserva e carichi critici
• Spazio disponibile per moduli fotovoltaici, serbatoi o riserve idriche
• Condizioni del sito, vincoli di accesso e requisiti di installazione

Con questi dettagli, un team di ingegneri può valutare la potenza fotovoltaica appropriata, il metodo di controllo della pompa, la potenza dell'inverter, le esigenze di batterie e la configurazione di backup.

Per un'azienda agricola commerciale, la valutazione dovrebbe considerare anche l'espansione futura, ad esempio nuove zone di irrigazione, celle frigorifere, macchinari per la lavorazione o edifici aziendali.

Conclusione: L'energia solare è una scelta pratica per le pompe idriche agricole?

Sì. L'energia solare può alimentare le pompe idriche agricole e aiutare le aziende a ridurre la dipendenza dall'elettricità della rete e dai generatori diesel. La soluzione migliore dipende dalle esigenze idrauliche della pompa, dalla domanda giornaliera di acqua dell'azienda, dalla disponibilità di irraggiamento solare e dal fatto che l'elettricità sia necessaria anche al di fuori delle ore diurne.

Per l’irrigazione programmabile durante il giorno, il pompaggio solare diretto e l’accumulo idrico possono ridurre la necessità di batterie. Per le aziende agricole che necessitano di elettricità per carichi multipli o richiedono maggiore flessibilità operativa, potrebbe valere la pena valutare un sistema solare fuori rete da 50 kW oppure un sistema ibrido solare da 50 kW, purché la capacità corrisponda effettivamente al profilo di carico.

Il progetto solare fuori rete da 50 kW di Tanfon per un’azienda agricola in Gambia rappresenta un esempio concreto di applicazione dell’energia solare alle attività agricole in Africa. Grazie alla vasta esperienza maturata in progetti realizzati in Nigeria, nella Repubblica Democratica del Congo, nel Ciad, in Kenya e in altri mercati, Tanfon comprende l’importanza di abbinare una progettazione adeguata del sistema a una pianificazione pratica per installazione e assistenza.

Contattare Tanfon per discutere i requisiti energetici della propria azienda agricola e richiedere una soluzione solare personalizzata.