A megfelelő méretű , napenergiával működő mélykútszivattyú-rendszer három összetevőből áll: a napelemes panel tömbje (a napsütéses csúcsidőre méretezve), egy MPPT vezérlő (a panel feszültségéhez és a szivattyú bemenetéhez igazodik) és maga a szivattyú (a kút teljes dinamikus magasságához és a szükséges áramlási sebességhez van kiválasztva). Ennek a kombinációnak a tévedése az egyik leggyakoribb oka annak, hogy a szoláris kútszivattyús rendszerek nem szállítanak elegendő vizet, vagy idő előtt kiégnek.
A napkollektoros kútszivattyús rendszer nem 'napelemek plusz egy vízszivattyú' egyszerű összeállítása. Minden alkatrészt úgy kell megtervezni, hogy a többivel együtt működjön, és a láncban bárhol előforduló eltérés – alulméretezett panelek, nem kompatibilis vezérlő vagy rossz magasságra és áramlásra tervezett szivattyú – olyan rendszert jelenthet, amely alulteljesít, felhős időszakokban leáll, vagy hónapokon belül meghibásodik. A napelemes búvárszivattyút beszerző vásárlók és telepítők számára a méretezési alapok megértése csökkenti a beszerzés kockázatát, és biztosítja, hogy a rendszer az első naptól kezdve a várt módon működjön.
Ez az útmutató bemutatja, hogyan számítható ki a napelemes panel teljesítménye a napsütéses csúcsidő alapján, hogyan válasszuk ki a megfelelő típusú MPPT vezérlőt napkollektoros szivattyús alkalmazásokhoz, és hogyan határozzuk meg a szivattyú magassági és áramlási követelményeit. Kitér arra is, hogy a gyártók, például a MASTRA Pump hogyan támogatják ezt a folyamatot az OEM/ODM rendszertervezés és a teljes anyagjegyzék (BOM) támogatása révén.
Miért hibásodnak meg a napkollektoros kútszivattyús rendszerek, ha nem megfelelő méretben?
Legtöbb A napkollektoros kútszivattyú-rendszer meghibásodása inkább az alkatrészek közötti eltérésre vezethető vissza, nem pedig egyetlen hibás alkatrészre. Ha a fotovoltaikus tömb nem termel elegendő energiát a szivattyú indításához és működéséhez, a szivattyú be- és kikapcsol, vagy egyáltalán nem indul el. Ha a vezérlő nincs hozzáigazítva a panel feszültségéhez, a rendszer veszít hatékonyságából vagy biztonsági leállásokat kapcsol ki. Ha a szivattyú nem megfelelő teljes dinamikus emelőmagasságra van besorolva, akkor vagy nem szállít vizet egy mély kútból, vagy nem működik megfelelően, és korán elhasználódik.
Mivel a napkollektoros kútszivattyús rendszereket általában távoli, hálózaton kívüli helyekre telepítik, ezeknek a hibáknak a telepítés utáni javítása költséges. A helyszíni látogatások, a kúthoz való hozzáférés és a rendszer szétszerelése mind olyan költségekkel jár, amelyek elkerülhetőek lettek volna a megfelelő méretezési számításokkal. Ez az oka annak, hogy a vevők egyre gyakrabban keresnek olyan beszállítókat, akik komplett, előre egyeztetett rendszerjegyzékeket biztosítanak, ahelyett, hogy külön-külön beszereznék a paneleket, vezérlőket és szivattyúkat.
Hogyan számítja ki a napelemes kútszivattyú PV panel teljesítményét?
A napelemes panel teljesítményét úgy számítják ki, hogy a szivattyú teljes napi energiaszükségletét (wattórában) elosztják a telephely csúcsnapi óráival, majd hozzáadnak egy biztonsági ráhagyást a rendszer veszteségeinek figyelembevételéhez.
Lépésről lépésre történő megközelítés:
1.Határozza meg a szivattyú névleges teljesítményét (wattban). Ez a szivattyú névleges bemeneti teljesítményéből adódik, a szükséges áramlási sebesség és a teljes dinamikus nyomás alapján (lásd az alábbi részt).
2. Becsülje meg a napi futási időt. Számolja ki, hogy a szivattyúnak naponta hány órát kell működnie a napi vízigény kielégítéséhez.
3. Számítsa ki a napi energiaszükségletet. A szivattyú teljesítményét (W) szorozza meg a futási idővel (óra), hogy napi wattórát kapjon.
4. Oszd meg a napsütéses csúcsidővel. A napsütéses csúcsórák azon órák számát jelentik, amelyek naponta 1000 W/m⊃2-nek megfelelő napsugárzást kapnak. Ez a szám helytől és évszaktól függően változik – a legtöbb régióban jellemzően 4-6 óra, de télen vagy felhős éghajlaton már 3 óra.
5. Adjon hozzá egy biztonsági ráhagyást. Az iparági gyakorlat általában 20–30%-kal növeli a számított panelteljesítményt, hogy figyelembe vegye a kábelveszteséget, a panel időbeli romlását, a hőmérséklet csökkenését és a felhős napok teljesítményének csökkenését.
Példaképlet:
Szükséges PV tömb teljesítmény = (szivattyú teljesítmény × napi üzemóra) ÷ csúcsnapi órák × 1,2–1,3 (biztonsági ráhagyás)
Az éves átlag helyett a legalacsonyabb várható napsütéses órák használata a telepítés helyén segít abban, hogy a rendszer megbízhatóan működjön még a legkedvezőtlenebb évszakban is.
Milyen típusú MPPT vezérlőt használjon napelemes szivattyúhoz?
Az MPPT (Maximum Power Point Tracking) vezérlőt a szivattyú motortípusa (AC vagy DC), feszültség- és áramerőssége, valamint indítási teljesítményigénye alapján kell kiválasztani – nem egyszerűen a futási teljesítménye alapján.
A szolárszivattyús alkalmazásokhoz tervezett MPPT vezérlők eltérnek a szabványos szoláris töltésvezérlőktől, mivel kezelniük kell a panelekről érkező változó egyenáramú bemeneteket, miközben kezelik a szivattyúmotor elektromos jellemzőit:
Az egyenáramú szivattyús rendszerek
általában egy dedikált napkollektoros MPPT vezérlővel párosulnak, amely a változó panel egyenfeszültségét stabil kimenetté alakítja át egy egyenáramú búvármotorhoz, és folyamatosan állítja be a maximális rendelkezésre álló teljesítményt, ahogy a napfény változik a nap folyamán.
A váltakozó áramú szivattyús rendszerekhez
szoláris szivattyús inverter/vezérlő szükséges, amely a DC panel kimenetét a motor feszültségének és frekvenciájának megfelelő váltóárammá alakítja (pl. 220V/380V, 50Hz/60Hz), gyakran beépített VFD (változófrekvenciás hajtás) funkcióval a motor indítási áramának kezelésére.
Az indítási túlfeszültség kezelése
azért fontos, mert a búvárszivattyú-motorok indításkor lényegesen több áramot vesznek fel, mint normál működés közben. A vezérlőt úgy kell méretezni, hogy képes legyen kezelni ezt a túlfeszültséget kioldás vagy alulteljesítmény nélkül.
A szárazonfutás és a túlterhelés elleni
védelem
a minőségi szolárszivattyú-vezérlők alapfelszereltsége, amely megvédi a szivattyú motorját a sérülésektől, ha a vízszint csökken, vagy az elektromos terhelés meghaladja a biztonságos határértékeket.
A vásárlóknak meg kell győződniük arról, hogy a vezérlő bemeneti feszültségtartománya megegyezik a PV tömb kimeneti tartományával minden körülmények között (beleértve a hideg reggeleket, amikor a panel feszültsége emelkedik), és hogy a névleges árama meghaladja a szivattyúmotor maximális fogyasztását.
Hogyan határozza meg a megfelelő szivattyú specifikációit (fej és áramlás)?
A szivattyú specifikációit két számjegy határozza meg: a teljes dinamikus magasság (a teljes függőleges távolság plusz a súrlódási veszteségek, amelyeket a szivattyúnak le kell küzdenie) és a szükséges áramlási sebesség (az időegységenként szükséges vízmennyiség).
A teljes dinamikus fej (TDH) a következőket tartalmazza:
a kútban lévő vízszint és a kiömlési pont függőleges távolsága
a további mélységnél a vízszint csökken a szivattyú működése közben
ellenállás a csővezetékben, a cső átmérője, hossza és anyaga alapján
bármilyen további emelés vagy nyomás szükséges a felhasználás helyén (pl. megemelt tárolótartály)
Az áramlási sebességet a tervezett felhasználási eset határozza meg:
a háztartás mérete és a napi fogyasztási igények alapján
állománynagyság és állatonkénti napi fogyasztás alapján
a növényi vízigény és a megművelt terület alapján
Amint a TDH és az áramlási sebesség ismert, ezt a két számot a szivattyú teljesítménygörbéjéhez viszonyítják (amelyet a gyártó biztosított), hogy megbizonyosodjon arról, hogy a szivattyú képes biztosítani a kívánt áramlást az adott magasságban. A mélykút-alkalmazások általában többfokozatú búvárszivattyúkat igényelnek, amelyek több járókerekes fokozatot használnak a víz jelentős mélységből történő kiemeléséhez szükséges magasabb nyomás létrehozására.
Hogyan működnek együtt a PV panelek, a vezérlő és a szivattyú rendszerként?
A három komponenst integrált készletként kell méretezni: a paneltömbnek elegendő wattot kell termelnie ahhoz, hogy kielégítse a szivattyú energiaigényét a telephely csúcsnapi óráiban, a vezérlőt úgy kell besorolni, hogy kezelje a panel feszültségkimenetét, valamint a szivattyú indítási és üzemi áramát, és a szivattyút a kút tényleges magassági és áramlási követelményei szerint kell kiválasztani – nem túlméretezett vagy alulméretezett a feltételezések alapján.
Bármely komponens eltérése az egész rendszert aláássa:
Alulméretezett panelek: a vezérlő és a szivattyú nem kap elegendő teljesítményt, ami szakaszos működést vagy indítási kudarcot okoz, különösen felhős időszakokban vagy alacsony napsütéses időszakokban.
Nem kompatibilis vezérlő: a nem megfelelő feszültség vagy áramerősség csökkenti a hatékonyságot, védőleállást vált ki, vagy a legrosszabb esetben károsítja a szivattyú motorját.
Nem megfelelő méretű szivattyú: a túl kis emelőmagasságú szivattyú nem képes vizet szállítani egy mély kútból, míg az igényhez képest túl nagy teljesítményre tervezett szivattyú nem működik hatékonyan, és lerövidítheti a berendezés élettartamát.
Ez az oka annak, hogy a napkollektoros kútszivattyú-rendszer tervezésének előnye, hogy egyetlen számításként kezelik, és olyan beszállítótól származó összeillesztett alkatrészeket használnak, akik megértik, hogyan működnek egymással – ahelyett, hogy több forrásból szerelnék össze alkatrészeket a kompatibilitási garancia nélkül.
Hogyan támogathatják a gyártók a rendszerszintű méretezést és beszerzést?
Az OEM/ODM szolgáltatásokat kínáló gyártók komplett, előre egyeztetett anyagjegyzék (BOM) biztosításával támogathatják a vásárlókat, amely a PV paneleket, MPPT vezérlőket és szivattyúkat a telephely magassági, áramlási és napsütési követelményei szerint párosítja – így elkerülhető az egyes alkatrészek beszerzése miatti találgatás.
