Caracterización y uso eficiente de la energía solar en sistemas hortícolas intensivos de ecuador
- Autores: Vicente Zavala Zavala
- Directores de la Tesis: Juan Reca Cardeña (dir. tes.), María Teresa Lao Arenas (codir. tes.), Rafael López Luque (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Characterization and efficient use of solar energy in intensive horticultural systems in Ecuador
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Casares de la Torre (presid.), Juan Martínez López (secret.), A. Llanderal (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Agricultura Protegida por la Universidad de Almería
- Calificación: Sobresaliente
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
- español
Esta tesis se desarrolla en el marco de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) propuestos por la Organización de Naciones Unidas (ONU) en la agenda 2030, entre los que se encuentran: poner fin a la pobreza, eliminar el hambre en el mundo, salud y bienestar, acceso a energía asequible y no contaminante, trabajo decente y crecimiento económico.
La República de Ecuador está situada en el noroeste de Sudamérica, distinguiéndose 4 regiones: Región interandina, Amazonía, Región insular y Región costera, bañada por el océano Pacífico. Con una población de unos 17 millones de habitantes y un índice de desarrollo humano de 0.758, ocupa el lugar 85 de 185 países y presenta un nivel de pobreza del 21.5%, aún más grave en zonas rurales (39.3%), y una renta per capita de 10.141 $. Este escenario pone de manifiesto la necesidad de tecnificar el sector agrícola para mejorar estas cifras. La horticultura intensiva es una magnifica fuente de alimentos y puede contribuir a mejorar la economía de las zonas rurales. Sin embargo, se necesita llevar a cabo un desarrollo tecnológico in situ para aprovechar los recursos locales de forma sostenible. El sol es una de las grandes fuentes de energía renovables, por lo que es necesario caracterizar la radiación para optimizar el diseño de las cubiertas de los invernaderos y para su uso fotovoltaico.
El objetivo general de esta tesis es fomentar el uso de la energía solar disponible para desarrollar una agricultura protegida más sostenible en Ecuador. La agricultura protegida bajo invernaderos es necesaria especialmente en la temporada de lluvias para controlar la incidencia de plagas y evitar el uso masivo de pesticidas.
En la primera parte de la tesis, se ha desarrollado una metodología para caracterizar la radiación solar incidente a partir de los datos disponibles de heliofanía. La ecuación de Ångström-Page modificada ha sido calibrada localmente para las condiciones locales de la región costera del Ecuador para estimar la irradiancia a partir de los datos de heliofanía ampliamente disponibles en diversas estaciones meteorológicas de la zona.
A continuación, se realizado un estudio experimental para evaluar el comportamiento de los plásticos "fríos" en comparación con los convencionales, analizando el descenso de temperatura que éstos producen en modelos experimentales de invernadero a escala reducida. Los resultados encontrados son prometedores y demuestran que estos materiales pueden ser adecuados para evitar el calentamiento excesivo del ambiente interior del invernadero.
Por último, un tercer estudio explora la rentabilidad del uso de la energía solar para regar los cultivos utilizando sistemas de riego fotovoltaico independientes con bombeo directo. Estos sistemas son adecuados para zonas sin un fácil acceso a las líneas de distribución eléctrica y tienen la ventaja de que no necesitan estar equipados con baterías o acumuladores de energía, los cuales encarecen las instalaciones y las hacen más contaminantes. El modelo desarrollado permite manejar eficientemente sistemas de riego fotovoltaico complejos con múltiples sectores de riego heterogéneos que pueden funcionar simultáneamente.
Como conclusión general, se ha puesto a punto una herramienta robusta y útil para la estimación de la irradiancia y se han caracterizado los plásticos utilizados constituyen un buen precedente para seguir trabajando en el desarrollo tecnológico de la horticultura intensiva bajo plástico en la región Costa de Ecuador. El uso eficiente de la energía solar fotovoltaica mediante los modelos propuestos, puede ser la clave del éxito del sector.
- English
This thesis work is developed within the framework of the objectives proposed by the United Nations (UN) in the 2030 agenda for sustainable development (SD), namely, no poverty, zero hunger, Ensure healthy lives and promote well-being, access to affordable and clean energy, decent work and economic growth.
In the Republic of Ecuador, located in the northwest of South America, 4 regions can be distinguished: the inter-Andean region, the Amazon region, the insular region and the coastal region bathed by the Pacific Ocean. With a population close to 17 million inhabitants, a human development index of 0.758 ranked 85th out of 185 countries and territories, and a per capita income of $ 10,141, it presents a poverty level of 21.5%, especially serious in the rural areas (39.3%). This scenario highlights the need to technify the agricultural sector to improve these figures. Intensive horticulture is a great source of food and can help to develop the economy of rural areas. However, on-site technological development is needed to harness local resources in a sustainable way. The sun is one of the great sources of energy, and it is necessary to quantify the radiation received locally to optimize its use on greenhouse roofs and to produce photovoltaic energy.
The overall objective of this thesis is to foster the use of the available solar energy to develop a more sustainable protected agriculture in Ecuador. Protected agriculture under greenhouses is necessary especially in the rainy season in order to control the incidence of pests and avoid the massive use of pesticides.
In the first part of this Thesis, a methodology has been developed to characterize the incoming solar radiation from the available data on heliophany. The modified ÅngströmPage equation has been locally calibrated to estimate irradiance from the broadly available heliophany data for the local conditions of the coastal region of Ecuador.
Then, an experimental study has been carried out to assess the behavior of "cold" plastics with respect to conventional ones by analyzing temperature drops in some experimental greenhouse model units. The results found are promising and demonstrate that these materials can be well suited to prevent the excessive warming up of the interior environment of the greenhouse.
Finally, a third study explores the profitability of using the solar energy to irrigate the crops using off-grid standalone direct pumping irrigation systems. These systems are well suited for areas without an easy access to the power supply lines and have the advantage that they do not need to be equipped with batteries or energy accumulators, which make these facilities more expensive and contaminating. The developed model makes it possible to efficiently manage complex photovoltaic irrigation systems with multiple heterogeneous irrigation sectors that can operate simultaneously.
As a general conclusion, in this Thesis, a robust and useful tool for estimating irradiance has been developed, the behavior of the used plastics, constitute a good precedent to continue working on the technological development of intensive horticulture under plastic in the Costa region of Ecuador. The efficient use of photovoltaic solar energy through the proposed models may be the key to the success of the sector
- español
