Správně dimenzovaný solárně napájený čerpací systém hlubinných vrtů spojuje dohromady tři komponenty: pole FV panelů (velikost do špičkových slunečních hodin), ovladač MPPT (přizpůsobený napětí panelu a vstupu čerpadla) a samotné čerpadlo (vybrané pro celkovou dynamickou výšku vrtu a požadovaný průtok). Chybná kombinace je jedním z nejčastějších důvodů, proč systémy solárních čerpadel nedodávají dostatek vody nebo předčasně vyhoří.
Systém solárního čerpadla není jednoduchou sestavou „solárních panelů a vodního čerpadla“. Každá součást musí být navržena tak, aby spolupracovala s ostatními, a nesoulad kdekoli v řetězci – poddimenzované panely, nekompatibilní ovladač nebo čerpadlo dimenzované na nesprávnou dopravní výšku a průtok – může znamenat, že systém nefunguje správně, zastaví se během zamračených období nebo selže během měsíců. Pro kupující a instalatéry, kteří získávají solární ponorné čerpadlo, pochopení základů dimenzování snižuje riziko nákupu a zajišťuje, že systém bude od prvního dne fungovat podle očekávání.
Tato příručka vás seznámí s tím, jak vypočítat výkon FV panelu na základě špičkových slunečních hodin, jak vybrat správný typ ovladače MPPT pro aplikace solárních čerpadel a jak určit dopravní výšku a požadavky na průtok čerpadla. Zabývá se také tím, jak výrobci jako MASTRA Pump podporují tento proces prostřednictvím návrhu systému OEM/ODM a plné podpory kusovníků (BOM).
Proč systémy solárních čerpadel selhávají, když jsou nesprávně dimenzovány?
Většina Poruchy systému solárních čerpadel vedou spíše k nesouladu mezi součástmi než k jedné vadné části. Když FV pole negeneruje dostatek energie pro spouštěcí a provozní proud čerpadla, čerpadlo se cyklicky zapíná a vypíná nebo se vůbec nespustí. Když ovladač není přizpůsoben napěťovému výstupu panelu, systém ztrácí účinnost nebo vypne bezpečnostní odpojení. Když je čerpadlo dimenzováno na nesprávnou celkovou dynamickou výšku, buď nedodává vodu z hluboké studny, nebo běží neefektivně a předčasně se opotřebovává.
Vzhledem k tomu, že systémy solárních čerpadel jsou obvykle instalovány na vzdálených místech mimo síť, je oprava těchto chyb po instalaci nákladná. Návštěvy na místě, přístup ke studni a demontáž systému – to vše zvyšuje náklady, kterým by se dalo předejít správným výpočtem velikosti předem. To je důvod, proč kupující stále častěji hledají dodavatele, kteří poskytují kompletní, předem sladěné systémové kusovníky, než aby obstarávali panely, řídicí jednotky a čerpadla samostatně.
Jak vypočítáte výkon FV panelů pro solární čerpadlo?
Výkon fotovoltaického panelu se vypočítá tak, že se celková denní spotřeba energie čerpadla (ve watthodinách) vydělí hodinami slunečního svitu ve špičce a poté se připočte bezpečnostní rezerva, která zohlední systémové ztráty.
1.Určete jmenovitý výkon čerpadla (watty). To vychází ze jmenovitého příkonu čerpadla na základě požadovaného průtoku a celkové dynamické výšky (viz část níže).
2. Odhadněte denní dobu běhu. Vypočítejte, kolik hodin denně potřebuje čerpadlo běžet, aby pokrylo denní potřebu vody.
3.Vypočítejte denní spotřebu energie. Vynásobte výkon čerpadla (W) dobou chodu (hodiny), abyste získali watthodiny za den.
4.Divide podle špičkových slunečních hodin. Špičkové sluneční hodiny představují počet hodin za den, kdy místo přijímá sluneční záření ekvivalentní 1 000 W/m². Toto číslo se liší podle místa a ročního období – ve většině regionů obvykle 4 až 6 hodin, ale v zimě nebo zataženém podnebí až 3 hodiny.
5. Přidejte bezpečnostní rezervu. Průmyslová praxe obvykle přidává 20–30 % k vypočtenému příkonu panelu, aby se zohlednily ztráty kabelů, degradace panelu v průběhu času, snížení teploty a pokles výkonu během zamračeného dne.
Příklad vzorce:
Požadovaný výkon FV pole = (výkon čerpadla × denní hodiny provozu) ÷ Špičkový počet hodin slunce × 1,2–1,3 (bezpečnostní rezerva)
Použití nejnižších očekávaných špičkových slunečních hodin pro místo instalace – spíše než ročního průměru – pomáhá zajistit, že systém bude spolehlivě fungovat i během nejméně příznivého období.
Jaký typ MPPT regulátoru byste měli použít pro solární čerpadlo?
Ovladač MPPT (Maximum Power Point Tracking) by měl být vybrán na základě typu motoru čerpadla (AC nebo DC), jeho jmenovitého napětí a proudu a požadavků na spouštěcí výkon – nejen na jeho provozním výkonu.
MPPT regulátory navržené pro aplikace solárních čerpadel se liší od standardních solárních regulátorů nabíjení, protože musí zvládat proměnný stejnosměrný vstup z panelů při řízení elektrických charakteristik motoru čerpadla:
Systémy stejnosměrných čerpadel
se obvykle spárují s vyhrazeným ovladačem MPPT solárního čerpadla, který převádí proměnné stejnosměrné napětí panelu na stabilní výstup pro stejnosměrný ponorný motor, který se průběžně upravuje tak, aby čerpal maximální dostupný výkon, když se sluneční světlo v průběhu dne mění.
Systémy čerpadel střídavého proudu
vyžadují invertor/regulátor solárního čerpadla, který převádí výstup stejnosměrného panelu na střídavý výkon přizpůsobený napětí a frekvenci motoru (např. 220 V/380 V, 50 Hz/60 Hz), často s vestavěnou funkcí VFD (pohon s proměnnou frekvencí) pro řízení spouštěcího proudu motoru.
Zvládání rázů při spouštění
je důležité, protože motory ponorných čerpadel odebírají při spouštění podstatně více proudu než při normálním provozu. Ovladač musí být dimenzován tak, aby zvládl toto přepětí bez vypnutí nebo nedostatečného výkonu.
proti chodu nasucho a přetížení
Ochrana
jsou standardními funkcemi kvalitních regulátorů solárních čerpadel, které chrání motor čerpadla před poškozením, když hladina vody klesne nebo elektrické zatížení překročí bezpečné limity.
Kupující by měli potvrdit, že rozsah vstupního napětí regulátoru odpovídá výstupnímu rozsahu FV pole za všech podmínek (včetně chladných ranních hodin, kdy napětí na panelu stoupne) a že jeho jmenovitý proud překračuje maximální odběr motoru čerpadla.
Jak určíte správné specifikace čerpadla (hlava a průtok)?
Specifikace čerpadla jsou určeny dvěma hodnotami: celková dynamická výška (celková vertikální vzdálenost plus ztráty třením, které musí čerpadlo překonat) a požadovaný průtok (množství vody potřebné za jednotku času).
Total Dynamic Head (TDH) zahrnuje:
vertikální vzdálenost od hladiny vody ve studni k místu vypouštění
další hloubka, kdy hladina vody klesne, když čerpadlo běží
odpor v potrubí na základě průměru potrubí, délky a materiálu
jakékoli další převýšení nebo tlak potřebný v místě použití (např. vyvýšená skladovací nádrž)
Průtok je určen zamýšleným případem použití:
na základě velikosti domácnosti a denní potřeby spotřeby
Napájení hospodářských zvířat:
na základě velikosti stáda a denní spotřeby na zvíře
na základě požadavků plodin na vodu a pěstební plochy
Jakmile jsou známy TDH a průtok, jsou tyto dva údaje porovnány s výkonnostní křivkou čerpadla (poskytnutou výrobcem), aby se potvrdilo, že čerpadlo může dodávat požadovaný průtok v dané dopravní výšce. Aplikace v hlubokých vrtech obvykle vyžadují vícestupňová ponorná čerpadla, která používají více stupňů oběžného kola pro vytváření vyšších tlaků v hlavě potřebných k čerpání vody z významných hloubek.
Jak FV panely, regulátor a čerpadlo spolupracují jako systém?
Tyto tři komponenty musí být dimenzovány jako integrovaná sada: panelové pole musí generovat dostatečný příkon, aby pokrylo spotřebu energie čerpadla během špičkových slunečních hodin na místě, regulátor musí být dimenzován tak, aby zvládal napěťový výstup panelu a spouštěcí a provozní proud čerpadla a čerpadlo musí být vybráno pro skutečnou výšku a průtok vrtu – nikoli předimenzované nebo poddimenzované na základě předpokladu.
Nesoulad v jakékoli jednotlivé součásti podkopává celý systém:
Poddimenzované panely: řídicí jednotka a čerpadlo nedostávají dostatek energie, což způsobuje přerušovaný provoz nebo selhání spuštění, zejména během období zatažené oblohy nebo období s nízkým slunečním zářením.
Nekompatibilní ovladač: neodpovídající jmenovité hodnoty napětí nebo proudu snižují účinnost, spouštějí ochranné vypnutí nebo v nejhorších případech poškozují motor čerpadla.
Nesprávně dimenzované čerpadlo: čerpadlo dimenzované na příliš malou dopravní výšku nedodá vodu z hluboké studny, zatímco čerpadlo dimenzované na příliš velkou dopravní výšku vzhledem k poptávce běží neefektivně a může zkrátit životnost zařízení.
To je důvod, proč návrh systému solárních čerpadel pro studny těží z toho, že je zpracováván jako jediný výpočet s použitím shodných komponent od dodavatele, který rozumí jejich vzájemnému působení – spíše než sestavování dílů z více zdrojů bez záruky kompatibility.
Jak mohou výrobci podporovat dimenzování a získávání zdrojů na úrovni systému?
Výrobci, kteří nabízejí služby OEM/ODM, mohou podporovat kupující poskytnutím kompletního, předem připraveného kusovníku (BOM), který spáruje FV panely, MPPT regulátory a čerpadla podle požadavků na spád, průtok a sluneční hodiny – čímž se odstraní dohady z jednotlivých zdrojů.
