בגודל מערכת משאבת באר עמוק סולרית מתאים מתאימה שלושה מרכיבים יחד: מערך פאנל ה-PV (בגודל לשעות השמש), בקר MPPT (מותאם למתח הפאנל ולכניסת המשאבה), והמשאבה עצמה (נבחרה עבור הגובה הדינמי הכולל של הבאר וקצב הזרימה הנדרש). טעות בשילוב זה היא אחת הסיבות הנפוצות ביותר לכך שמערכות משאבות באר סולאריות אינן מצליחות לספק מספיק מים או נשרפות בטרם עת.
מערכת משאבת באר סולארית היא לא הרכבה פשוטה של 'פאנלים סולאריים פלוס משאבת מים.' כל רכיב חייב להיות מתוכנן כך שיעבוד עם האחרים, וחוסר התאמה בכל מקום בשרשרת - לוחות בגודל נמוך, בקר לא תואם, או משאבה המדורגת לראש ולזרימה שגויה - יכולה להיות מערכת שאינה מתפקדת, נתקעת במהלך תקופות מעוננות, או תקלה במהלך חודשים מעוננים. עבור קונים ומתקינים המגיעים למשאבה טבולה סולארית, הבנת יסודות הגודל מפחיתה את סיכון הרכש ומבטיחה שהמערכת פועלת כמצופה מהיום הראשון.
מדריך זה מדריך כיצד לחשב את הספק של פאנל PV בהתבסס על שעות שמש שיא, כיצד לבחור את הסוג הנכון של בקר MPPT עבור יישומי משאבה סולארית וכיצד לקבוע את דרישות הראש והזרימה של המשאבה. זה גם מכסה כיצד יצרנים כמו MASTRA Pump תומכים בתהליך זה באמצעות עיצוב מערכות OEM/ODM ותמיכה מלאה בכתבי חומרים (BOM).
מדוע מערכות משאבות באר סולאריות נכשלות כשהן בגודל לא נכון?
רוֹב כשלים במערכת משאבת באר סולארית נובעים מחוסר התאמה בין רכיבים ולא לחלק פגום בודד. כאשר מערך ה-PV אינו מייצר מספיק כוח לזרם ההתנעה והריצה של המשאבה, המשאבה נדלקת ומכבה או לא מצליחה להתחיל לחלוטין. כאשר הבקר אינו מותאם לפלט המתח של הפאנל, המערכת מאבדת את היעילות או מפסיקה ניתוק בטיחות. כאשר המשאבה מדורגת לראש הדינמי הכולל הלא נכון, היא לא מצליחה לספק מים מבאר עמוקה או פועלת בצורה לא יעילה ומתבלה מוקדם.
מכיוון שמערכות משאבת באר סולארית מותקנות בדרך כלל במקומות מרוחקים, מחוץ לרשת, תיקון שגיאות אלה לאחר ההתקנה הוא יקר. ביקורים באתר, גישה לבאר ופירוק המערכת מוסיפים הוצאות שניתן היה להימנע עם חישובי גודל נכונים מראש. זו הסיבה שהקונים מחפשים יותר ויותר ספקים המספקים רכיבי BOM שלמים, מותאמים מראש, במקום מוצאים לוחות, בקרים ומשאבות בנפרד.
כיצד מחשבים את הספק של פאנל PV עבור משאבת באר סולארית?
הספק של פאנל PV מחושב על ידי חלוקת דרישת האנרגיה היומית הכוללת של המשאבה (בוואט-שעות) בשעות השיא של השמש באתר, ולאחר מכן הוספת מרווח בטיחות כדי לקחת בחשבון את הפסדי המערכת.
1.קבע את דירוג ההספק של המשאבה (וואט). זה מגיע מהספק המבוא המדורג של המשאבה, בהתבסס על קצב הזרימה הנדרש והראש הדינמי הכולל (ראה סעיף להלן).
2. הערכת זמן ריצה יומי. חשב כמה שעות ביום צריכה המשאבה לפעול כדי לעמוד בדרישת המים היומית.
3. חשב את דרישת האנרגיה היומית. הכפל את כוח השאיבה (W) בזמן ריצה (שעות) כדי לקבל וואט-שעה ליום.
4. חלקו לפי שעות שמש שיא. שעות שמש שיא מייצגות את מספר השעות ביום שהאתר מקבל קרינת שמש שווה ערך ל-1,000 W/m². נתון זה משתנה לפי מיקום ועונה - בדרך כלל 4 עד 6 שעות ברוב האזורים, אך נמוך עד 3 בחורף או באקלים מעונן.
5. הוסף מרווח ביטחון. הנוהג בתעשייה מוסיף בדרך כלל 20-30% להספק הפאנל המחושב כדי לקחת בחשבון את הפסדי הכבלים, השפלת הפאנל לאורך זמן, ירידה בטמפרטורה וירידות ביצועים ביום מעונן.
נוסחה לדוגמה:
הספק הנדרש של מערך PV = (הספק משאבה × שעות פעילות יומיות) ÷ שעות שמש שיא × 1.2–1.3 (מרווח בטיחות)
שימוש בשעות השיא הצפויות הנמוכות ביותר עבור אתר ההתקנה - ולא בממוצע שנתי - עוזר להבטיח שהמערכת תבצע ביצועים אמינים גם במהלך העונה הפחות טובה.
באיזה סוג של בקר MPPT כדאי להשתמש עבור משאבה סולארית?
יש לבחור בקר MPPT (Maximum Power Point Tracking) בהתבסס על סוג המנוע של המשאבה (AC או DC), דירוגי המתח והזרם שלה ודרישות הספק האתחול שלה - לא רק הספק הפועל שלה.
בקרי MPPT המיועדים ליישומי משאבה סולארית שונים מבקרי טעינה סולארית סטנדרטיים מכיוון שהם חייבים לטפל בקלט DC משתנה מהפאנלים תוך ניהול המאפיינים החשמליים של מנוע המשאבה:
מערכות משאבת DC
בדרך כלל משתלבות עם בקר MPPT ייעודי למשאבה סולארית הממיר מתח DC משתנה של לוח DC לתפוקה יציבה עבור מנוע טבול DC, מתכוונן באופן רציף כדי למשוך את הכוח הזמין המרבי ככל שאור השמש משתנה לאורך היום.
מערכות משאבות AC
דורשות מהפך/בקר למשאבה סולארית הממיר את פלט פאנל DC להספק AC המותאם למתח ולתדר של המנוע (למשל, 220V/380V, 50Hz/60Hz), לרוב עם פונקציונליות מובנית של VFD (כונן תדר משתנה) לניהול זרם הפעלת המנוע.
טיפול בנחשולי התנעה
חשוב מכיוון שמנועי משאבות טבולות שואבים זרם משמעותי יותר בעת האתחול מאשר במהלך פעולה רגילה. יש לדרג את הבקר כדי להתמודד עם הנחשול הזה מבלי להכשיל או לספק כוח נמוך.
הפעלה יבשה ועומס יתר
הגנה מפני
הן תכונות סטנדרטיות בבקרי משאבה סולארית איכותיים, המגנות על מנוע המשאבה מפני נזק כאשר מפלס המים יורד או עומסים חשמליים חורגים מהגבולות הבטוחים.
על הקונים לאשר שטווח מתח הכניסה של הבקר תואם את טווח הפלט של מערך ה-PV בכל התנאים (כולל בקרים קרים, כאשר מתח הפאנל עולה) ושהזרם הנקוב שלו חורג מהתפוקה המקסימלית של מנוע המשאבה.
כיצד קובעים את מפרט המשאבה הנכון (ראש וזרימה)?
מפרטי המשאבה נקבעים על ידי שני נתונים: ראש דינמי כולל (המרחק האנכי הכולל בתוספת הפסדי חיכוך שעל המשאבה להתגבר) וקצב הזרימה הנדרש (נפח המים הדרוש ליחידת זמן).
ראש דינמי כולל (TDH) כולל:
המרחק האנכי ממפלס המים בבאר לנקודת הזריקה
העומק הנוסף שמפלס המים יורד בזמן שהמשאבה פועלת
התנגדות בצנרת, על בסיס קוטר, אורך וחומר הצינור
כל גובה או לחץ נוסף הדרושים בנקודת השימוש (למשל, מיכל אחסון מוגבה)
קצב הזרימה נקבע לפי מקרה השימוש המיועד:
מבוסס על גודל משק הבית וצרכי הצריכה היומי
מבוסס על גודל העדר וצריכה יומית לכל בעל חיים
מבוסס על דרישות מי יבול ושטח בעיבוד
לאחר ש-TDH וקצב הזרימה ידועים, שני הנתונים הללו מוצלבים מול עקומת הביצועים של משאבה (שניתן על ידי היצרן) כדי לאשר שהמשאבה יכולה לספק את הזרימה הנדרשת באותו ראש. יישומי באר עמוק דורשים בדרך כלל משאבות טבולות רב-שלביות, המשתמשות במספר שלבי אימפלר כדי ליצור את לחצי הראש הגבוהים הדרושים להרמת מים מעומקים משמעותיים.
כיצד לוחות PV, בקר ומשאבה עובדים יחד כמערכת?
שלושת הרכיבים חייבים להיות בגודלם כמערכת משולבת: מערך הפאנל חייב לייצר מספיק הספק כדי לעמוד בדרישת האנרגיה של המשאבה לאורך שעות השמש השיא של האתר, הבקר חייב להיות בעל דירוג להתמודדות עם פלט המתח של הפאנל וזרם האתחול וההפעלה של המשאבה, ויש לבחור את המשאבה לדרישות הראש והזרימה בפועל של הבאר - לא בגודל גדול או קטן על סמך ההנחה.
חוסר התאמה בכל רכיב בודד מערער את המערכת כולה:
לוחות בגודל נמוך: הבקר והמשאבה מקבלים כוח לא מספיק, מה שגורם לפעולה לסירוגין או לאי הפעלה, במיוחד בתקופות מעוננות או בעונות שמש נמוכות.
בקר לא תואם: דירוגי מתח או זרם לא תואמים מפחיתים את היעילות, מפעילים כיבוי מגן, או במקרים הגרועים ביותר, פוגע במנוע המשאבה.
משאבה בגודל שגוי: משאבה המדורגת לראש קטן מדי לא תצליח לספק מים מבאר עמוקה, בעוד משאבה עם נפח גבוה מדי ביחס לביקוש פועלת בצורה לא יעילה ועלולה לקצר את חיי הציוד.
זו הסיבה שתכנון מערכת משאבת באר סולארית נהנה מטיפול כחישוב יחיד, תוך שימוש ברכיבים מותאמים מספק שמבין כיצד הם פועלים באינטראקציה - במקום להרכיב חלקים ממקורות רבים ללא ערובה לתאימות.
כיצד יכולים היצרנים לתמוך בגודל ובמקור ברמת המערכת?
יצרנים המציעים שירותי OEM/ODM יכולים לתמוך בקונים על ידי אספקת כתב חומרים שלם, מותאם מראש (BOM) המשלב לוחות PV, בקרי MPPT ומשאבות בהתאם לדרישות הראש, הזרימה ושעות השמש של האתר - תוך הסרת הניחוש ממקור רכיבים בודדים.
MASTRA Pump , יצרנית המתמחה במשאבות ומנועים טבולות מנירוסטה, מציעה מכשיר ייעודי קו מוצרים של מערכת משאבות מים סולאריות לצד משלו בקרים , המאפשרים לקונים להשיג רכיבים מותאמים מספק יחיד. לעסקים שבונים או מוכרים מחדש מערכות משאבת באר סולארית , תמיכה מסוג זה של OEM/ODM - המכסה רשימות BOM מלאות המותאמות למפרטי הפרויקט - יכולה להפחית את שגיאות הגודל וסיכוני התאימות הנובעים מערבוב רכיבים בין ספקים מרובים. קונים שמעריכים ספקים עבור פרויקט משאבת טבולה סולארית יכולים לסקור את MASTRA משאבי בחירת משאבה או צור קשר ישירות עם היצרן כדי לבקש מערכת המוגדרת לראש הבאר ולנתוני הזרימה שלהם.
