يتطابق ذات الحجم المناسب نظام مضخة الآبار العميقة التي تعمل بالطاقة الشمسية مع ثلاثة مكونات معًا: مجموعة الألواح الكهروضوئية (الحجم المناسب لساعات الذروة للشمس)، ووحدة التحكم MPPT (المتطابقة مع جهد اللوحة ومدخلات المضخة)، والمضخة نفسها (يتم تحديدها للرأس الديناميكي الإجمالي للبئر ومعدل التدفق المطلوب). يعد الخطأ في هذا المزيج أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لفشل أنظمة مضخات الآبار الشمسية في توفير كمية كافية من المياه أو احتراقها قبل الأوان.
نظام ضخ الآبار الشمسية ليس عبارة عن تجميع بسيط من 'الألواح الشمسية بالإضافة إلى مضخة مياه'. يجب تصميم كل مكون للعمل مع المكونات الأخرى، وعدم التطابق في أي مكان في السلسلة - لوحات صغيرة الحجم، أو وحدة تحكم غير متوافقة، أو مضخة مصنفة للرأس والتدفق الخاطئين - يمكن أن يعني نظامًا ضعيف الأداء، أو يتوقف أثناء الفترات الغائمة، أو يفشل في غضون أشهر. بالنسبة للمشترين والقائمين على التركيب الذين يبحثون عن مضخة غاطسة تعمل بالطاقة الشمسية، فإن فهم أساسيات الحجم يقلل من مخاطر الشراء ويضمن أداء النظام كما هو متوقع من اليوم الأول.
يتناول هذا الدليل كيفية حساب طاقة الألواح الكهروضوئية بناءً على ساعات الذروة للشمس، وكيفية اختيار النوع المناسب من وحدة التحكم MPPT لتطبيقات المضخات الشمسية، وكيفية تحديد متطلبات رأس المضخة وتدفقها. ويغطي أيضًا كيفية دعم الشركات المصنعة مثل MASTRA Pump لهذه العملية من خلال تصميم نظام OEM/ODM والدعم الكامل لقائمة المواد (BOM).
لماذا تفشل أنظمة مضخات الآبار الشمسية عندما يكون حجمها غير صحيح؟
معظم نظام مضخة الآبار الشمسية إلى عدم التطابق بين المكونات وليس إلى جزء واحد معيب. تعود أعطال عندما لا تقوم المصفوفة الكهروضوئية بتوليد طاقة كافية لبدء تشغيل المضخة وتشغيلها، فإن دورات المضخة يتم تشغيلها وإيقافها أو تفشل في البدء تمامًا. عندما لا تتوافق وحدة التحكم مع خرج الجهد الكهربي للوحة، يفقد النظام الكفاءة أو يتعطل بسبب السلامة. عندما يتم تصنيف المضخة للرأس الديناميكي الإجمالي الخاطئ، فإنها إما تفشل في توصيل المياه من بئر عميقة أو تعمل بشكل غير فعال وتتآكل مبكرًا.
نظرًا لأن أنظمة مضخات الآبار الشمسية يتم تركيبها عادةً في مواقع نائية خارج الشبكة، فإن تصحيح هذه الأخطاء بعد التثبيت أمر مكلف. تضيف زيارات الموقع، والوصول إلى الآبار، وتفكيك النظام، نفقات كان من الممكن تجنبها من خلال حسابات الحجم الصحيحة مقدمًا. ولهذا السبب يبحث المشترون بشكل متزايد عن الموردين الذين يقدمون قوائم مكونات الصنف كاملة ومتطابقة مسبقًا للنظام بدلاً من توفير اللوحات ووحدات التحكم والمضخات بشكل منفصل.
كيف يمكنك حساب طاقة الألواح الكهروضوئية لمضخة الآبار الشمسية؟
يتم حساب طاقة اللوحة الكهروضوئية عن طريق قسمة إجمالي متطلبات الطاقة اليومية للمضخة (بالواط/ساعة) على ساعات الذروة للشمس في الموقع، ثم إضافة هامش أمان لحساب خسائر النظام.
1. تحديد معدل قوة المضخة (واط). ويأتي ذلك من طاقة الإدخال المقدرة للمضخة، بناءً على معدل التدفق المطلوب والرأس الديناميكي الإجمالي (انظر القسم أدناه).
2. تقدير وقت التشغيل اليومي. احسب عدد الساعات التي تحتاجها المضخة للعمل يوميًا لتلبية الطلب اليومي على المياه.
3. حساب الطلب اليومي على الطاقة. اضرب طاقة المضخة (W) في وقت التشغيل (ساعات) للحصول على واط ساعة في اليوم.
4. قسّم على ساعات الذروة للشمس. تمثل ساعات الذروة للشمس عدد الساعات التي يتلقى فيها الموقع يوميًا إشعاعًا شمسيًا يعادل 1000 واط/م⊃2؛. يختلف هذا الرقم حسب الموقع والموسم - عادةً من 4 إلى 6 ساعات في معظم المناطق، ولكنه يصل إلى 3 ساعات في الشتاء أو المناخات الغائمة.
5. أضف هامش أمان. عادةً ما تضيف الممارسات الصناعية ما بين 20 إلى 30% إلى القدرة الكهربائية المحسوبة للوحة لمراعاة فقدان الكابلات وتدهور اللوحة بمرور الوقت وانخفاض درجة الحرارة وانخفاض الأداء في اليوم الغائم.
صيغة المثال:
القوة الكهربائية المطلوبة للمصفوفة الكهروضوئية = (طاقة المضخة × ساعات التشغيل اليومية) ÷ ساعات ذروة الشمس × 1.2–1.3 (هامش الأمان)
يساعد استخدام أقل ساعات الذروة المتوقعة للشمس في موقع التثبيت - بدلاً من المتوسط السنوي - على ضمان أداء النظام بشكل موثوق حتى خلال الموسم الأقل ملاءمة.
ما نوع وحدة التحكم MPPT التي يجب عليك استخدامها لمضخة الطاقة الشمسية؟
يجب تحديد وحدة التحكم MPPT (تتبع الحد الأقصى لنقطة الطاقة) استنادًا إلى نوع محرك المضخة (AC أو DC)، والجهد الكهربي وتقييمات التيار، ومتطلبات الطاقة لبدء التشغيل - وليس مجرد القوة الكهربائية قيد التشغيل.
تختلف وحدات التحكم MPPT المصممة لتطبيقات المضخات الشمسية عن وحدات التحكم القياسية في الشحن الشمسي لأنها يجب أن تتعامل مع مدخلات التيار المستمر المتغير من اللوحات أثناء إدارة الخصائص الكهربائية لمحرك المضخة:
تقترن
أنظمة مضخات التيار المستمر
عادةً بوحدة تحكم MPPT لمضخة شمسية مخصصة تعمل على تحويل جهد اللوحة المتغيرة للتيار المستمر إلى خرج ثابت للمحرك الغاطس بالتيار المستمر، ويتم ضبطها باستمرار لسحب أقصى قدر من الطاقة المتاحة مع تغير ضوء الشمس طوال اليوم.
تتطلب
أنظمة مضخات التيار
المتردد عاكسًا/جهاز تحكم لمضخة الطاقة الشمسية يحول مخرجات لوحة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد تتوافق مع جهد المحرك وتردده (على سبيل المثال، 220 فولت/380 فولت، 50 هرتز/60 هرتز)، غالبًا مع وظيفة VFD مدمجة (محرك التردد المتغير) لإدارة تيار بدء تشغيل المحرك.
يعد
التعامل مع زيادة التيار عند بدء التشغيل
أمرًا مهمًا لأن محركات المضخات الغاطسة تسحب تيارًا أكبر بشكل ملحوظ عند بدء التشغيل مقارنةً بالتشغيل العادي. يجب أن يتم تصنيف وحدة التحكم للتعامل مع هذا الارتفاع دون التعثر أو نقص توصيل الطاقة.
تعد
من التشغيل الجاف والحمل الزائد
الحماية
من الميزات القياسية في وحدات التحكم في المضخات الشمسية عالية الجودة، مما يحمي محرك المضخة من التلف عندما تنخفض مستويات المياه أو تتجاوز الأحمال الكهربائية الحدود الآمنة.
يجب على المشترين التأكد من أن نطاق جهد الإدخال الخاص بوحدة التحكم يتطابق مع نطاق إخراج المصفوفة الكهروضوئية في جميع الظروف (بما في ذلك الصباح البارد، عندما يرتفع جهد اللوحة) وأن التيار المقدر يتجاوز الحد الأقصى لسحب محرك المضخة.
كيف يمكنك تحديد مواصفات المضخة المناسبة (الرأس والتدفق)؟
يتم تحديد مواصفات المضخة من خلال رقمين: الرأس الديناميكي الإجمالي (المسافة العمودية الإجمالية بالإضافة إلى خسائر الاحتكاك التي يجب أن تتغلب عليها المضخة) ومعدل التدفق المطلوب (حجم المياه اللازمة لكل وحدة زمنية).
يتضمن الرأس الديناميكي الإجمالي (TDH) ما يلي:
المسافة العمودية من مستوى الماء في البئر إلى نقطة التصريف
العمق الإضافي الذي ينخفض فيه مستوى الماء أثناء تشغيل المضخة
المقاومة في الأنابيب، بناءً على قطر الأنبوب وطوله والمادة
أي ارتفاع أو ضغط إضافي مطلوب عند نقطة الاستخدام (على سبيل المثال، خزان مرتفع)
يتم تحديد معدل التدفق حسب حالة الاستخدام المقصودة:
على أساس حجم الأسرة واحتياجات الاستهلاك اليومي
على أساس حجم القطيع والاستهلاك اليومي لكل حيوان
على أساس الاحتياجات المائية للمحاصيل والمساحة المزروعة
بمجرد معرفة TDH ومعدل التدفق، تتم الإشارة إلى هذين الرقمين مقابل منحنى أداء المضخة (المقدم من قبل الشركة المصنعة) للتأكد من أن المضخة يمكنها توصيل التدفق المطلوب عند هذا الرأس. تتطلب تطبيقات الآبار العميقة عادة مضخات غاطسة متعددة المراحل، والتي تستخدم مراحل دافعة متعددة لتوليد ضغوط الرأس الأعلى اللازمة لرفع المياه من أعماق كبيرة.
كيف تعمل الألواح الكهروضوئية ووحدة التحكم والمضخة معًا كنظام؟
يجب أن يكون حجم المكونات الثلاثة كمجموعة متكاملة: يجب أن تولد مجموعة اللوحة ما يكفي من القوة الكهربائية لتلبية الطلب على طاقة المضخة عبر ساعات الذروة الشمسية في الموقع، ويجب تصنيف وحدة التحكم للتعامل مع خرج جهد اللوحة وبدء تشغيل المضخة وتشغيلها، ويجب تحديد المضخة لمتطلبات الرأس والتدفق الفعلية للبئر - وليست كبيرة الحجم أو صغيرة الحجم بناءً على الافتراض.
يؤدي عدم التطابق في أي مكون منفرد إلى تقويض النظام بأكمله:
الألواح ذات الحجم الصغير: تتلقى وحدة التحكم والمضخة طاقة غير كافية، مما يتسبب في التشغيل المتقطع أو الفشل في التشغيل، خاصة أثناء الفترات الغائمة أو مواسم انخفاض الشمس.
وحدة التحكم غير المتوافقة: يؤدي عدم تطابق تقديرات الجهد أو التيار إلى تقليل الكفاءة، أو يؤدي إلى عمليات إيقاف تشغيل وقائية، أو في أسوأ الحالات، يؤدي إلى تلف محرك المضخة.
مضخة ذات حجم غير صحيح: المضخة المصنفة لرأس صغير جدًا ستفشل في توصيل المياه من بئر عميق، في حين أن المضخة المصنفة لرأس كبير جدًا مقارنة بالطلب تعمل بشكل غير فعال وقد تقصر من عمر المعدات.
ولهذا السبب يستفيد تصميم نظام مضخات الآبار الشمسية من التعامل معه كعملية حسابية واحدة، باستخدام مكونات متطابقة من مورد يفهم كيفية تفاعلها - بدلاً من تجميع أجزاء من مصادر متعددة دون ضمان التوافق.
كيف يمكن للمصنعين دعم التحجيم والمصادر على مستوى النظام؟
يمكن للشركات المصنعة التي تقدم خدمات OEM/ODM دعم المشترين من خلال توفير قائمة كاملة ومتطابقة مسبقًا من المواد (BOM) التي تجمع بين الألواح الكهروضوئية ووحدات التحكم MPPT والمضخات وفقًا لمتطلبات رأس الموقع والتدفق وساعة الشمس - مما يزيل التخمين من مصادر المكونات الفردية.
تقدم شركة MASTRA Pump ، وهي شركة مصنعة متخصصة في المضخات والمحركات الغاطسة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، خدمة مخصصة خط إنتاج نظام ضخ المياه بالطاقة الشمسية جنبًا إلى جنب مع خط إنتاجه وحدات التحكم ، مما يسمح للمشترين بالحصول على المكونات المطابقة من مورد واحد. بالنسبة للشركات التي تقوم ببناء أو إعادة بيع أنظمة مضخات الآبار الشمسية ، فإن هذا النوع من دعم OEM/ODM - الذي يغطي قوائم BOM الكاملة المصممة وفقًا لمواصفات المشروع - يمكن أن يقلل من أخطاء الحجم ومخاطر التوافق التي تأتي من خلط المكونات عبر العديد من البائعين. يمكن للمشترين الذين يقومون بتقييم الموردين لمشروع المضخة الغاطسة بالطاقة الشمسية مراجعة MASTRA موارد اختيار المضخة أو اتصل بالشركة المصنعة مباشرة لطلب نظام تم تكوينه ليناسب بيانات رأس البئر وتدفقه.
