https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v7i1.10916
Energía solar en la agricultura: un estudio de caso de la
parroquia de Majúa, Ecuador
Jesus Heriberto Mendez Duran
https://orcid.org/0000-0002-0474-9161
hmendez@istluistello.edu.ec
Instituto Tecnológico Superior Luis TELLO
RESUMEN
Las energías solares son aquellas cuya regeneración es mayor a la cadencia de uso, su fuente
reside en fenómenos de la naturaleza, procesos o materiales susceptibles de ser transformados
en energía aprovechable. La parroquia de Majua está ubicada en la provincia de Esmeralda no
cuenta con caminos transitables, las actividades agrícolas en Majua se desarrollan a pequeña
escala o para el autoabastecimiento. Actualmente se desarrolla la producción de cacao
aromático de calidad, pero no se procesa ni se cultiva de acuerdo con los estándares para
convertirse en un producto de valor agregado. El objetivo de este artículo consiste en analizar
el uso de la energía solar en el sector rural de la parroquia de Majúa de Ecuador aplicada en la
agricultura, para el desarrollo metodológico se aplicó el tipo de investigación es descriptiva,
con enfoque cualitativo, las técnicas de recolección de datos, sobresale la revisión documental
porque se necesitó extraer información para solucionar el problema por medio de revistas
científicas, libros de alto impacto académico. De los principales resultados se obtuvo que la
energía solar tiene múltiples beneficios en la agricultura por lo que se es una técnica que
mejoraría la producción en la parroquia y con ello el bienestar.
Palabras clave: Agricultura, Bienestar, Energía solar, Majúa
Correspondencia: hmendez@istluistello.edu.ec
Artículo recibido: 22. enero 2023. Aceptado para publicación: 22 febrero 2023.
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Cómo citar Mendez Duran, J. H. (2023). Energía solar en la agricultura: un estudio de caso de la parroquia de Majúa,
Ecuador. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 7(1), 14427-14440.
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Solar energy in agriculture: a case study from the parish of Majúa,
Ecuador
ABSTRACT
Solar energies are those whose regeneration is greater than the rate of use, their source lies in
natural phenomena, processes or materials capable of being transformed into usable energy.
The parish of Majua is located in the province of Esmeralda does not have passable roads,
agricultural activities in Majua are developed on a small scale or for self-sufficiency.
Currently, the production of quality aromatic cocoa is developed, but it is not processed or
cultivated according to the standards to become a value-added product. The objective of this
article is to analyze the use of solar energy in the rural sector of the parish of Majúa of
Ecuador applied in agriculture, for methodological development or applied the type of
research is descriptive, with qualitative approach, l As data collection techniques,
documentary review stands out because it was necessary to extract information to solve the
problem through scientific journals, books of high academic impact. From the main results it
was obtained that solar energy has multiple benefits in agriculture, so it is a technique that
would improve production in the parish and with it welfare.
Keywords: Agriculture, Wellness, Solar energy, Majúa
Jesus Heriberto Mendez
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INTRODUCCIÓN
Actualmente existen dos tipos de energía solar: los sistemas fotovoltaicos y la
electricidad solar de concentración. Sistema fotovoltaico: Convierte la radiación solar
en electricidad mediante células fotovoltaicas. Los paneles reciben fotones que forman
la luz solar, lo que estimula el intercambio de electrones entre las dos placas
semiconductoras para formar un circuito (Saltos y Navas, 2022). (Lopez y Lopez, 2022)
plantea que la concentración solar consta de áreas espejadas que enfocan la luz solar
para elevar la temperatura de un fluido térmico que envía calor a un generador de
vapor o motor que genera electricidad.
(Vladimir y Romero, 2022) refiere que con el paso del tiempo, el uso de fuentes de
energía renovable ha crecido significativamente en las últimas décadas, por lo que los
paneles solares juegan un papel importante en la tecnología utilizada para producir
dicha energía, y gracias a las pruebas, cada vez son más utilizados. Las células
fotovoltaicas muestran un mejor rendimiento solar, los módulos con diferentes niveles
de radiación, conducen a la optimización de la producción de dichos elementos
(Gruezo y Solis, 2018).
El objetivo de la integración de la energía solar en sectores como la agricultura es
estimular el uso de energía limpia, maximizar el uso de los recursos naturales en la
producción agrícola, lograr una alta productividad y utilización de recursos, alcanzar
altos estándares de eficiencia en la producción de cultivos y crear valor agregado en la
agricultura, producción y cultivo del suelo (Navarro et al., 2022). Es muy utilizado en la
agricultura, por ejemplo, mediante el uso de invernaderos solares se pueden obtener
mayores y mejores rendimientos; cuando se combinan con sistemas de energía solar,
los sistemas de secado utilizados en la agricultura pueden usar menos energía y,
gracias a la energía solar, las plantas de purificación o desalinización de agua también
pueden funcionar sin ningún consumo de combustible (Juarez, 2019).
Actualmente (Molina et al., 2019) considera una solución bastante eficaz al problema
de la generación de electricidad para los residentes rurales y tiene una clara ventaja
sobre otras opciones, ya que los paneles solares son parte de la solución renovable, ya
que no contaminan y no producen ruido. No requieren combustible ni mantenimiento.
También funcionan en días nublados. La electricidad resultante se utiliza de diversas
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formas, como bombear agua de pozos o regar cultivos mediante procesos
automatizados, o almacenarla en baterías para usarla durante la noche. Incluso es
posible inyectar el exceso de energía a la red general para obtener importantes
beneficios (Lopez et al., 2017). Montero (2022) define “A medida que los costos de
infraestructura para instalar celdas solares continúen cayendo y se puedan producir a
gran escala, es probable que aumente su uso. En consecuencia, una parte significativa
de la electricidad consumida en algunos países es un actor importante en los procesos
de conversión de células solares y células fotovoltaicas” (pág. 152).
Según el GAD de Majua, la parroquia de Majua tiene una población de 2.534 y está
ubicada en la provincia de Esmeralda, y representa el 1,57% de la población del estado.
A cierta distancia de la cabecera de la parroquia hay varios potreros en los que no hay
más caminos que caminos de paso, transitables en verano pero peligrosos en invierno.
Las actividades agrícolas en Majua se desarrollan a pequeña escala o más bien para el
autoabastecimiento (arroz, maíz, plátano, yuca, frijol, etc.).
Actualmente se desarrolla la producción de cacao aromático de calidad y se considera
un producto con alto potencial, pero no se procesa ni se cultiva de acuerdo a los
estándares para convertirse en un producto de valor agregado que se venda en el
mercado internacional, más Buenos ingresos que mejoren la calidad de vida de familias
receptoras. El cultivo de frutales, hortalizas y algunos cereales como el maíz son
productos demandados en diferentes épocas del año, los habitantes se abastecen con
movilizaciones semanales de caballos o canoas (GADMajua, 2019).
En este contexto, se han explorado estrategias, oportunidades y potencialidades de
eficiencia energética en la región y se ha encontrado que las tecnologías solares
pueden ser elegidas una alternativa viable y efectiva, para el cantón.
Estas consideraciones condujeron a proponer como objetivo de este trabajo evaluar la
eficiencia de sistemas solares de captación térmica para el calentamiento de agua y la
producción de energía en unidades de producción agropecuarias.
METODOLOGÍA
El diseño de la investigación ayuda a llevar al problema a una solución mediante guías y
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poder resolver todo con éxito (Arias, 2012). Para el desarrollo investigativo se contó
con el diseño científico, que reconoció el problema, expuso los métodos, los objetivos
que se dieron para dar solución a la problemática. Por lo tanto, tendremos el diseño de
campo que ayudara a recolectar información del problema o a estudiar la zona
afectada (Baveresco, 2013). Se utilizó el diseño bibliográfico porque se necesitó extraer
información para solucionar el problema por medio de revistas científicas, libros,
páginas web, de alto impacto académico.
Se aplica un enfoque cualitativo debido a que los métodos cualitativos se utilizan
porque es un conjunto de métodos de investigación utilizados para obtener
información sobre el comportamiento y las percepciones de las personas sobre un
tema determinado, y también permite el análisis de datos utilizados en las ciencias
sociales y el conocimiento profundo a través del análisis textual. Este diseño de
investigación se centra en el significado y la observación de los fenómenos ambientales
naturales. Estos datos son difíciles de cuantificar. No rechaza números o estadísticas,
simplemente no los pone primero. (Sampieri, 2011).
El tipo de investigación es descriptiva Bavaresco (2013) menciona que: Este tipo de
investigación busca algo más que los aspectos que desea conocer o los que necesiten
obtener respuesta. Consiste en una descripción y análisis sistemático de las
características homogéneas de los fenómenos estudiados desde una perspectiva real
(individuos, comunidades). Así, por ejemplo, al estudiar los indicadores que influyen en
el desarrollo económico de un país, se estudian descriptivamente, utilizando
habilidades especiales como cuestionarios, entrevistas y técnicas de observación
basadas en escalas de actitud (Baveresco, 2013, pág. 26).
Y es una investigación explicativa, según el autor Fidias (2012) argumenta que: La tarea
de la investigación explicativa es encontrar la razón del evento estableciendo una
relación de causa y efecto. En este sentido, la investigación descriptiva puede incluir
tanto la identificación de las causas (investigación ex post facto), como de los efectos
(investigación experimental), a través de la prueba de hipótesis. Sus resultados
componen el nivel más profundo de conocimientos. (p,26)
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Las técnicas de recolección de datos, en lo cualitativo sobresale la revisión documental,
el cual se utiliza para detectar, obtener y consultar la biografía y otros materiales que
parten de otros conocimientos y/o informaciones recogidas moderadamente de
cualquier realidad, de manera selectiva, de modo que puedan ser útiles para los
propósitos del estudio (Hernandez et al., 2014). Los tipos de fuentes documentales son
obras originales y trabajos en los que se hace referencia a la obra del autor, de fuentes
impresas tales como publicaciones no periódicas: libros, folletos y fuentes web tales
como tesis y trabajos de grado, informes de investigación, revistas científicas, entre
otras (Piguave, 2020).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La agricultura y la ganadería se encuentran entre los sectores que requieren más
energía para operar. Para tener éxito, ambas industrias necesitan conservar
electricidad, ya que todos los sistemas de riego y la ganadería requieren electricidad.
Por ello, cada vez son más las empresas de estos sectores que apuestan por el
autoconsumo energético. Pero lo mismo sucede en otro tipo de negocios e incluso en
muchas casas particulares. Todo esto lleva a que los sistemas solares sean la
alternativa más popular en la actualidad (CEPAL, 2021).
Además, todas estas empresas no solo ahorran en la factura de la luz, sino que también
contribuyen a la protección del medio ambiente. La aplicación más sencilla e inmediata
de esta energía solar incluye la calefacción de casas y habitaciones, el secado de
productos y la obtención de agua caliente para diversos fines. En cuanto a la tecnología
que abastece al mercado, existen innumerables dispositivos que utilizan diferentes
tipos de energía, entre ellas la solar y la eólica, aunque también se suministran en
menor medida turbinas hidráulicas y estufas de biomasa. Solar ofrece una amplia gama
de diversificación de equipos. Puedes encontrar paneles solares para generación de
energía, sistemas de agua caliente y secadores de frutas y verduras (Arencibia, 2016).
Un sistema que está fácilmente disponible en el mercado es el calentador solar, en la
actualidad se ofrecen equipos capaces de calentar de 80 a 400 litros de agua, con una
superficie de recogida de 2 a 5 m2, a los que se puede acoplar o retirar el recipiente de
recogida. El desarrollo de esta tecnología es la realización de tubos de doble pared que
se sellan bajo alto vacío. Esto permite mejorar la captación de energía solar y evitar la
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pérdida de calor en el sistema de captación solar. Existen diferentes diseños de
estufas, cocinas y hornos que utilizan la biomasa como sustrato (Resendiz et al., 2017).
Figura 1. Función de calor en un calentador solar de tubos de vacío.
Fuente: (Jiménez et al., 2014)
Nota: Diseño, implementación y monitoreo de calentadores híbridos con energía
solarglp y energía solar-calentadores eléctricos para la obtención de agua caliente
sanitaria.
(Arencibia, 2016) refiere que los cultivos de invernadero se han convertido en una
actividad creciente en todo el mundo. El uso de combustibles fósiles para mantener las
condiciones climáticas adecuadas en las áreas protegidas es costoso y perjudicial para
el medio ambiente. (Montero, 2022)en su artículo presentan una simulación TRNSYS
para evaluar el rendimiento de un sistema térmico solar para calentar agua en un
invernadero. El sistema consta principalmente de dos colectores solares y un
intercambiador de calor de polipropileno capilar integrado en el invernadero. Los
resultados de la simulación muestran que la temperatura a la salida del colector
disminuye a medida que aumenta el volumen del tanque. Además, la alta tasa de flujo
aumenta la eficiencia del sistema y se encontró que la reducción de la tasa de flujo de
entrada del intercambiador de calor reduce la pérdida de calor.
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Figura 2: Movimiento de la radiación durante el efecto invernadero
Fuente: (Naukas, 2016)
De todas las fuentes de energía no convencionales, la idea de maximizar la energía
solar y utilizarla en la industria del secado es particularmente atractiva, mostrando una
reducción del 30% al 50% en el tiempo de secado (Resendiz et al., 2017). , una mejora
significativa en la calidad del producto final, reduciendo pérdidas por ataques de
plagas, deterioro y vandalismo (Resendiz et al., 2017). El aire caliente generado por
colectores de aire planos o tubos de plástico inflables se puede utilizar directamente
para secar diversos productos vegetales. Actualmente, la aplicación más estudiada es
el secado de cereales, especialmente cereales, incluido el maíz. Cuando se utiliza con
un colector de agua, el aire seco pasa a través del radiador con circulación de agua
caliente. Los sistemas solares fotovoltaicos generan electricidad directamente a través
de sus paneles (Saltos y Navas, 2022).
Figura 3: Modelo de prototipo desarrollado
Fuente: (Prada et al., 2019)
En climas con inviernos fríos pero soleados, la energía solar puede calentar
incubadoras de pollos, salas de postura y crianza de pollos o incluso casas enteras.
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Además, el agua caliente está disponible para la leche y otros fines. Está claro que para
aprovechar al máximo esta energía solar, los edificios deben estar aislados y los niveles
de ventilación deben ajustarse lo suficiente en invierno y verano para lograr
temperaturas óptimas y evitar una humedad excesiva (Lopez G. , 2017).
(Valverde et al., 2022)El riego solar fotovoltaico consiste en bombear agua de pozos,
estanques, ríos o cualquier otro sistema de almacenamiento de agua utilizando la
radiación solar como energía, los módulos fotovoltaicos convierten la radiación solar
en electricidad para alimentar la bomba. La energía solar fotovoltaica, si bien es apta
para bombear y regar cualquier tipo de cultivo, su aplicación varía en función del tipo
de bomba disponible y del tipo de cultivos a regar, por lo que es necesario combinar
dicha información técnica y comunicación (TIC) a través de un sistema de control
avanzado (Smart Solar Irrigation), sincroniza la disponibilidad de energía con la
demanda de riego y ajusta el tiempo de riego requerido para los diferentes sectores de
riego en función de la irradiancia disponible. Las instalaciones pueden ser totalmente
aisladas (sin conexión a red) o híbridas (con soporte de red) (Baile, 2020).
Además, (Valverde et al., 2022)expresan que se pueden instalar equipos de
monitorización de riego para una óptima gestión del agua y la energía. El principal
beneficio del uso de energía solar fotovoltaica para el riego es una reducción
significativa en los costos de energía, lo que significa una mayor rentabilidad de la
campaña, una mayor eficiencia energética y una mayor sostenibilidad de los cultivos.
Es de particular interés para su uso en áreas aisladas y/o remotas sin infraestructura de
red.
El futuro de la agricultura mundial depende en gran medida del uso de fuentes de
energía renovables como alternativa a las fuentes de energía tradicionales,
aumentando así la rentabilidad de las explotaciones y reduciendo el impacto ambiental
de las operaciones, reduciendo las emisiones y el efecto invernadero (Zambrano,
2022).
El uso de la energía solar en la agricultura se encuentra en una etapa temprana de
desarrollo. La producción en masa de colectores solares energéticamente eficientes
aumentará a medida que se generalicen diversas aplicaciones para calentar y enfriar
edificios industriales y urbanos. Tal producción a escala industrial reduciría el costo del
equipo, lo que luego facilitaría la ampliación de estas tecnologías para uso agrícola.
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En cualquier caso, cualquier proyecto en la parroquia que se considere factible deberá
ser examinada detenidamente desde el punto de vista técnico y económico, teniendo
en cuenta el aumento futuro esperado del precio de los productos petrolíferos y su
posible escasez a medio plazo.
Figura 4 Diagrama de conversión solar térmica
Autor: Hisham El Khashab Mohammed Al Ghamedi (2015)
Nota: El sistema de colector de placa plana generalmente consta de un absorbedor de calor solar de
color oscuro o con un recubrimiento especial que está provista de una red de tubos de cobre. Los tubos
están en una caja aislante cubierta de vidrio (esmaltada). La eficiencia de esta tecnología ronda el 25%.
Este sistema se utiliza en Yanbu Al Siniayah desde hace 25 años por Royal Comisión de calentamiento de
agua para reducir la factura de la luz.
Figura 5: Parroquia Majúa
Fuente: Autor
Nota: Distancias entre fincas agrícolas 650 m aproximadamente.
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CONCLUSIONES
Para solucionar los problemas anteriores, ha aparecido el uso de recursos energéticos
renovables en la agricultura y es particularmente interesante como fuentes de energía
para sistemas de bombeo. Existen varios tipos de energías renovables que se pueden
utilizar como alternativa a las fuentes de energía tradicionales, pero principalmente
gracias a las curvas de producción y consumo de energía bien ajustadas (dependiendo
de la geografía y tipo de cultivos), la máxima radiación solar del momento y, al mismo
tiempo, el requerimiento máximo de riego.
El principal beneficio del uso de energía solar fotovoltaica para el riego es una
reducción significativa en los costos de energía, lo que significa una mayor rentabilidad
de la campaña, una mayor eficiencia energética y una mayor sostenibilidad de los
cultivos. . Es de particular interés para su uso en áreas aisladas y/o remotas sin
infraestructura de red. Estas soluciones ya son una realidad y crecerán
exponencialmente en los próximos años, no solo en términos de riego, sino también en
su uso como energía para maquinaria agrícola e industria de transformación.
Finalmente, En este contexto, se considera oportuno en la región un estudio completo
para conocer el nivel de radiación solar en la parroquia de Majúa para lograr sustentar
y conocer la efectividad del proyecto, debido a las falencias de la parroquia en lo que
es sistema eléctrico, logrando con ello mejorar la producción de cacao, crecimiento
económico y carreteras para lograr el acceso a la población.
Sin Embargo, esto es terreno fértil para la distribución y comercialización de empresas
privadas que vendan sistemas solares fotovoltaicos los cuales ofrezcan mantenimiento,
venta de kits completos, venta de partes, asesoría, capacitación y mantenimiento de
los sistemas renovables. Así como también la Empresa eléctrica deberá actualizar el
plan de negocios para la distribución de energía renovable en áreas rurales.
La organización con las juntas comunales de estas comunidades es vital en la cual ellos
podrían adquirir créditos verdes de bancos que apoyan el crecimiento y uso de energía
solar limpia, que ayudan a bajar la huella de carbono que tanto afecta a nivel mundial
logando aumento de la calidad de vida de estas personas que se encuentra aisladas y
entre otros beneficios como internet para las instituciones educativas dentro de la
parroquia entre otros.
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