Правилно оразмерена захранвана със слънчева енергия помпена система за дълбоки кладенци съвпада заедно с три компонента: масив от фотоволтаични панели (оразмерен за пиковите слънчеви часове), MPPT контролер (съвпадащ с напрежението на панела и входа на помпата) и самата помпа (избрана за общия динамичен напор на кладенеца и необходимия дебит). Грешната комбинация е една от най-честите причини помпените системи за соларни кладенци да не доставят достатъчно вода или да изгорят преждевременно.
Помпената система за слънчеви кладенци не е просто съвкупност от 'слънчеви панели плюс водна помпа'. Всеки компонент трябва да бъде проектиран да работи с другите и несъответствие където и да е във веригата - по-малки панели, несъвместим контролер или помпа, оценена за грешен напор и дебит - може да означава система, която не работи добре, спира по време на облачни периоди или се поврежда в рамките на месеци. За купувачи и монтажници, които се снабдяват със слънчева потопяема помпа, разбирането на основните принципи за оразмеряване намалява риска при доставка и гарантира, че системата работи според очакванията от първия ден.
Това ръководство разглежда как да изчислите мощността на фотоволтаичния панел въз основа на пиковите слънчеви часове, как да изберете правилния тип MPPT контролер за приложения на соларни помпи и как да определите изискванията за напор и поток на помпата. Той също така обхваща как производители като MASTRA Pump поддържат този процес чрез дизайн на OEM/ODM система и пълна поддръжка на спецификациите на материалите (BOM).
Защо помпените системи за соларни кладенци се провалят, когато са оразмерени неправилно?
Повечето неизправностите на помпената система за слънчеви кладенци се дължат на несъответствие между компонентите, а не на отделна дефектна част. Когато фотоволтаичният масив не генерира достатъчно мощност за стартиране и работен ток на помпата, помпата се включва и изключва или изобщо не успява да стартира. Когато контролерът не е съобразен с изходното напрежение на панела, системата губи ефективност или задейства безопасни прекъсвания. Когато помпата е оценена за грешен общ динамичен напор, тя или не успява да достави вода от дълбок кладенец, или работи неефективно и се износва рано.
Тъй като помпените системи за слънчеви кладенци обикновено се инсталират на отдалечени места извън мрежата, коригирането на тези грешки след инсталирането е скъпо. Посещенията на място, достъпът до кладенец и разглобяването на системата добавят разходи, които биха могли да бъдат избегнати с правилни предварителни изчисления на размера. Ето защо купувачите все повече търсят доставчици, които предоставят цялостни, предварително съгласувани спецификации на системата, вместо да доставят отделно панели, контролери и помпи.
Как изчислявате мощността на фотоволтаичния панел за слънчева помпа?
Мощността на фотоволтаичния панел се изчислява чрез разделяне на общото дневно потребление на енергия на помпата (във ватчасове) на пиковите слънчеви часове на обекта, след което се добавя граница на безопасност, за да се отчетат загубите в системата.
1.Определете номиналната мощност на помпата (ватове). Това идва от номиналната входна мощност на помпата, базирана на необходимия дебит и общия динамичен напор (вижте раздела по-долу).
2. Оценете ежедневното време за работа. Изчислете колко часа на ден трябва да работи помпата, за да отговори на дневната нужда от вода.
3. Изчислете дневната нужда от енергия. Умножете мощността на помпата (W) по времето на работа (часове), за да получите ватчасове на ден.
4. Разделете по пиковите слънчеви часове. Пиковите слънчеви часове представляват броя часове на ден, в които обектът получава слънчева радиация, еквивалентна на 1000 W/m². Тази цифра варира според местоположението и сезона - обикновено 4 до 6 часа в повечето региони, но само 3 часа през зимата или облачен климат.
5. Добавете граница на безопасност. Индустриалната практика обикновено добавя 20–30% към изчислената мощност на панела, за да отчете загубите на кабела, влошаването на панела с течение на времето, намаляването на температурата и падането на производителността в облачни дни.
Примерна формула:
Необходима мощност на фотоволтаичната матрица = (мощност на помпата × дневни часове на работа) ÷ пикови слънчеви часове × 1,2–1,3 (марж на безопасност)
Използването на най-ниските очаквани пикови слънчеви часове за мястото на инсталиране - вместо средна годишна стойност - помага да се гарантира, че системата работи надеждно дори през най-неблагоприятния сезон.
Какъв тип MPPT контролер трябва да използвате за слънчева помпа?
Контролер MPPT (проследяване на максимална мощност) трябва да бъде избран въз основа на типа на двигателя на помпата (AC или DC), нейните номинални стойности на напрежението и тока и изискванията за мощност при стартиране - не просто работната мощност.
MPPT контролерите, предназначени за соларни помпени приложения, се различават от стандартните слънчеви контролери за зареждане, защото трябва да обработват променлив DC вход от панелите, докато управляват електрическите характеристики на двигателя на помпата:
Системите с помпи с постоянен ток
обикновено се свързват със специален MPPT контролер на слънчева помпа, който преобразува променливото напрежение на панела в стабилен изход за потопяем двигател с постоянен ток, като непрекъснато се настройва, за да черпи максимална налична мощност, когато слънчевата светлина се променя през деня.
Системите с променливотокови помпи
изискват инвертор/контролер на слънчева помпа, който преобразува изхода на DC панела в променливотоково захранване, съответстващо на напрежението и честотата на двигателя (напр. 220V/380V, 50Hz/60Hz), често с вградена VFD (задвижване с променлива честота) функционалност за управление на стартовия ток на двигателя.
Справянето с пренапрежението при стартиране
има значение, тъй като двигателите на потопяемите помпи черпят значително повече ток при стартиране, отколкото по време на нормална работа. Контролерът трябва да бъде класиран да се справи с това пренапрежение без прекъсване или недостатъчно захранване.
работа на сухо и претоварване
Защитата от
са стандартни характеристики на качествените слънчеви помпени контролери, предпазващи двигателя на помпата от повреда, когато нивото на водата спадне или електрическите натоварвания превишат безопасните граници.
Купувачите трябва да потвърдят, че обхватът на входното напрежение на контролера съответства на изходния обхват на фотоволтаичната матрица при всички условия (включително студени сутрини, когато напрежението на панела се повишава) и че неговият номинален ток надвишава максималното потребление на двигателя на помпата.
Как се определят правилните спецификации на помпата (напор и дебит)?
Спецификациите на помпата се определят от две цифри: общ динамичен напор (общото вертикално разстояние плюс загубите от триене, които помпата трябва да преодолее) и необходимия дебит (необходимият обем вода за единица време).
Общият динамичен напор (TDH) включва:
вертикалното разстояние от нивото на водата в кладенеца до точката на заустване
допълнителната дълбочина, на която нивото на водата пада, докато помпата работи
съпротивление в тръбопровода въз основа на диаметъра, дължината и материала на тръбата
всяко допълнително издигане или налягане, необходимо в точката на употреба (напр. повдигнат резервоар за съхранение)
Дебитът се определя от предвидения случай на употреба:
въз основа на размера на домакинството и ежедневните нужди от потребление
въз основа на размера на стадото и дневната консумация на животно
въз основа на нуждите от вода на културите и площта за отглеждане
След като TDH и дебитът са известни, тези две цифри се съпоставят с кривата на производителността на помпата (предоставена от производителя), за да се потвърди, че помпата може да достави необходимия дебит при този напор. Приложенията за дълбоки кладенци обикновено изискват многостъпални потопяеми помпи, които използват множество степени на работно колело, за да генерират по-високо налягане, необходимо за повдигане на вода от значителни дълбочини.
Как фотоволтаичните панели, контролерът и помпата работят заедно като система?
Трите компонента трябва да бъдат оразмерени като интегриран комплект: масивът от панели трябва да генерира достатъчна мощност, за да отговори на енергийното търсене на помпата през пиковите слънчеви часове на обекта, контролерът трябва да бъде класиран да управлява изходното напрежение на панела и стартовия и работния ток на помпата, и помпата трябва да бъде избрана за действителните изисквания за напор и дебит на кладенеца - не наднормена или по-малка въз основа на предположения.
Несъответствието във всеки отделен компонент подкопава цялата система:
Малкоразмерни панели: контролерът и помпата не получават достатъчно мощност, което води до прекъсване на работата или отказ при стартиране, особено през облачни периоди или сезони с малко слънце.
Несъвместим контролер: несъответстващите стойности на напрежението или тока намаляват ефективността, задействат защитни изключвания или в най-лошия случай повреждат двигателя на помпата.
Неправилно оразмерена помпа: помпа с твърде малък напор няма да успее да достави вода от дълбок кладенец, докато помпа с твърде голям напор спрямо търсенето работи неефективно и може да съкрати живота на оборудването.
Ето защо дизайнът на помпена система за слънчеви кладенци има полза от това, че се обработва като едно изчисление, използвайки съвпадащи компоненти от доставчик, който разбира как си взаимодействат, вместо да сглобява части от множество източници без гаранция за съвместимост.
Как производителите могат да поддържат оразмеряване и снабдяване на ниво система?
Производителите, които предлагат OEM/ODM услуги, могат да подкрепят купувачите, като предоставят пълна, предварително съгласувана спецификация на материалите (BOM), която съчетава фотоволтаични панели, MPPT контролери и помпи според изискванията на обекта за напор, дебит и слънчеви часове – премахвайки догадките от отделните източници на компоненти.
