Optimal design of grid-connected photovoltaic systems for water pumping in agriculture

El riego es un componente esencial en la producción de alimentos, pero implica un alto consumo de agua y energía, lo que incrementa los costos operativos y el impacto ambiental. Con el mayor acceso a la electricidad en áreas rurales, los sistemas fotovoltaicos emergen como una solución sostenible para reducir los costos eléctricos y las emisiones de gases de efecto invernadero asociados al riego agrícola, al mismo tiempo que promueven la generación descentralizada de energía. Sin embargo, el diseño óptimo de estos sistemas es complejo debido a la necesidad de equilibrar múltiples factores, como la disponibilidad de radiación solar, el consumo de agua, los costos de los componentes, las tarifas eléctricas, las políticas regulatorias y las restricciones técnicas. Para abordar esta complejidad, esta investigación presenta un modelo de optimización desarrollado específicamente para determinar la configuración óptima de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica para el bombeo de agua en la agricultura. El modelo tiene como objetivo maximizar el Valor Actual Neto de las instalaciones fotovoltaicas optimizando la cantidad, orientación y distribución de los módulos fotovoltaicos y la selección de inversores, teniendo en cuenta los factores antes mencionados. El modelo fue validado mediante dos escenarios experimentales, cada uno con diferentes sistemas de riego y condiciones regulatorias. Los resultados demuestran que alinear la generación de energía fotovoltaica con demandas específicas de consumo puede mejorar significativamente el desempeño económico, especialmente al incrementar el autoconsumo y reducir la dependencia de la electricidad de la red. Además, el estudio destaca el papel crucial de los marcos regulatorios en la determinación del tamaño y configuración óptima de los sistemas fotovoltaicos. Los hallazgos destacan el potencial del modelo de optimización para diseñar sistemas fotovoltaicos eficientes y rentables para aplicaciones agrícolas, ofreciendo un camino hacia prácticas de riego más sostenibles y económicamente viables. Investigaciones futuras podrían refinar el modelo incorporando un modelo de generación más avanzado y adaptándolo a diferentes estructuras tarifarias y entornos regulatorios.