Un correttamente dimensionato sistema di pompe per pozzi profondi alimentato a energia solare abbina tre componenti insieme: l'array di pannelli fotovoltaici (dimensionato per le ore di punta del sole), un controller MPPT (adattato alla tensione del pannello e all'ingresso della pompa) e la pompa stessa (selezionata per la prevalenza dinamica totale del pozzo e la portata richiesta). Sbagliare questa combinazione è uno dei motivi più comuni per cui i sistemi di pompe solari per pozzi non riescono a fornire abbastanza acqua o si bruciano prematuramente.
Un sistema di pompaggio per pozzo solare non è un semplice assemblaggio di 'pannelli solari più una pompa dell'acqua'. Ogni componente deve essere progettato per funzionare con gli altri e una mancata corrispondenza in qualsiasi punto della catena (pannelli sottodimensionati, un controller incompatibile o una pompa tarata per la prevalenza e il flusso errati) può significare che il sistema ha prestazioni inferiori, va in stallo durante i periodi nuvolosi o si guasta nel giro di pochi mesi. Per gli acquirenti e gli installatori che acquistano una pompa sommergibile solare, comprendere i fondamenti del dimensionamento riduce il rischio di approvvigionamento e garantisce che il sistema funzioni come previsto fin dal primo giorno.
Questa guida illustra come calcolare la potenza del pannello fotovoltaico in base alle ore di punta del sole, come scegliere il giusto tipo di controller MPPT per applicazioni con pompe solari e come determinare i requisiti di prevalenza e flusso della pompa. Descrive inoltre il modo in cui produttori come MASTRA Pump supportano questo processo attraverso la progettazione di sistemi OEM/ODM e il supporto completo della distinta base (BOM).
Perché i sistemi di pompaggio dei pozzi solari si guastano se dimensionati in modo errato?
Maggior parte I guasti del sistema di pompaggio del pozzo solare sono riconducibili a una mancata corrispondenza tra i componenti piuttosto che a una singola parte difettosa. Quando l'array fotovoltaico non genera energia sufficiente per l'avvio e la corrente di funzionamento della pompa, la pompa si accende e si spegne o non si avvia del tutto. Quando il controller non è adattato alla tensione di uscita del pannello, il sistema perde efficienza o fa scattare interruzioni di sicurezza. Quando la pompa è classificata per la prevalenza dinamica totale sbagliata, non riesce a fornire acqua da un pozzo profondo oppure funziona in modo inefficiente e si usura presto.
Poiché i sistemi di pompaggio dei pozzi solari sono generalmente installati in luoghi remoti e off-grid, correggere questi errori dopo l’installazione è costoso. Le visite in loco, l'accesso ai pozzi e lo smontaggio del sistema aggiungono spese che avrebbero potuto essere evitate con calcoli di dimensionamento corretti in anticipo. Questo è il motivo per cui gli acquirenti cercano sempre più fornitori che forniscano distinte base di sistema complete e pre-abbinate, anziché acquistare separatamente pannelli, controller e pompe.
Come si calcola la potenza del pannello fotovoltaico per una pompa per pozzo solare?
La potenza del pannello fotovoltaico viene calcolata dividendo il fabbisogno energetico giornaliero totale della pompa (in wattora) per le ore di punta del sole del sito, quindi aggiungendo un margine di sicurezza per tenere conto delle perdite del sistema.
Approccio passo dopo passo:
1.Determinare la potenza nominale della pompa (watt). Questa deriva dalla potenza nominale in ingresso della pompa, in base alla portata richiesta e alla prevalenza dinamica totale (vedere la sezione seguente).
2.Stima del tempo di esecuzione giornaliero. Calcola quante ore al giorno deve funzionare la pompa per soddisfare la domanda giornaliera di acqua.
3.Calcola il fabbisogno energetico giornaliero. Moltiplica la potenza della pompa (W) per il tempo di funzionamento (ore) per ottenere i wattora al giorno.
4.Dividi per le ore di punta del sole. Le ore di punta del sole rappresentano il numero di ore al giorno in cui il sito riceve un'irradiazione solare equivalente a 1.000 W/m². Questa cifra varia in base alla località e alla stagione: in genere da 4 a 6 ore nella maggior parte delle regioni, ma fino a 3 in inverno o in climi nuvolosi.
5.Aggiungi un margine di sicurezza. La pratica del settore in genere aggiunge il 20-30% alla potenza calcolata del pannello per tenere conto delle perdite dei cavi, del degrado del pannello nel tempo, del declassamento della temperatura e dei cali di prestazioni nelle giornate nuvolose.
Formula di esempio:
Potenza richiesta del generatore fotovoltaico = (potenza della pompa × ore di funzionamento giornaliere) ÷ ore di picco solare × 1,2–1,3 (margine di sicurezza)
L'utilizzo delle ore di sole di punta più basse previste per il sito di installazione, anziché una media annuale, aiuta a garantire che il sistema funzioni in modo affidabile anche durante la stagione meno favorevole.
Che tipo di controller MPPT dovresti utilizzare per una pompa solare?
Un controller MPPT (Maximum Power Point Tracking) dovrebbe essere selezionato in base al tipo di motore della pompa (AC o DC), alla sua tensione e corrente nominale e ai requisiti di potenza di avvio, non semplicemente al suo wattaggio di funzionamento.
I controller MPPT progettati per applicazioni con pompe solari differiscono dai controller di carica solare standard perché devono gestire l'ingresso CC variabile dai pannelli gestendo al contempo le caratteristiche elettriche del motore della pompa:
I sistemi di pompe CC
in genere si accoppiano con un controller MPPT dedicato per pompe solari che converte la tensione CC variabile del pannello in un'uscita stabile per un motore sommergibile CC, regolandosi continuamente per assorbire la massima potenza disponibile man mano che la luce solare cambia durante il giorno.
I sistemi con pompa CA
richiedono un inverter/controller per pompa solare che converta l'uscita del pannello CC in potenza CA adatta alla tensione e alla frequenza del motore (ad esempio, 220 V/380 V, 50 Hz/60 Hz), spesso con funzionalità VFD (azionamento a frequenza variabile) integrata per gestire la corrente di avvio del motore.
La gestione delle sovratensioni all'avvio
è importante perché i motori delle pompe sommergibili assorbono molta più corrente all'avvio che durante il normale funzionamento. Il controller deve essere dimensionato per gestire questo picco senza intervenire o fornire una potenza insufficiente.
dal funzionamento a secco e dal sovraccarico
La protezione
sono caratteristiche standard sui controller di pompe solari di qualità, proteggendo il motore della pompa da danni quando i livelli dell'acqua scendono o i carichi elettrici superano i limiti di sicurezza.
Gli acquirenti devono verificare che l'intervallo di tensione in ingresso del controller corrisponda all'intervallo di uscita dell'array fotovoltaico in tutte le condizioni (comprese le mattine fredde, quando la tensione del pannello aumenta) e che la sua corrente nominale superi l'assorbimento massimo del motore della pompa.
Come si determinano le giuste specifiche della pompa (prevalenza e flusso)?
Le specifiche della pompa sono determinate da due cifre: prevalenza dinamica totale (la distanza verticale totale più le perdite per attrito che la pompa deve superare) e la portata richiesta (il volume d'acqua necessario per unità di tempo).
La prevalenza dinamica totale (TDH) comprende:
la distanza verticale dal livello dell'acqua nel pozzo al punto di scarico
maggiore è la profondità in cui il livello dell'acqua scende mentre la pompa è in funzione
resistenza nella tubazione, in base al diametro, alla lunghezza e al materiale del tubo
qualsiasi ulteriore elevazione o pressione necessaria nel punto di utilizzo (ad esempio, serbatoio di stoccaggio rialzato)
La portata è determinata dal caso d'uso previsto:
Approvvigionamento idrico domestico:
in base alla dimensione del nucleo familiare e alle esigenze di consumo quotidiano
Abbeveraggio del bestiame:
in base alle dimensioni della mandria e al consumo giornaliero per animale
in base al fabbisogno idrico della coltura e alla superficie coltivata
Una volta noti il TDH e la portata, questi due valori vengono confrontati con la curva delle prestazioni di una pompa (fornita dal produttore) per confermare che la pompa può fornire il flusso richiesto a quella prevalenza. Le applicazioni in pozzi profondi richiedono in genere pompe sommergibili multistadio, che utilizzano più stadi della girante per generare pressioni di prevalenza più elevate necessarie per sollevare l'acqua da profondità significative.
In che modo i pannelli fotovoltaici, il controller e la pompa funzionano insieme come un sistema?
I tre componenti devono essere dimensionati come un insieme integrato: l'array di pannelli deve generare una potenza sufficiente per soddisfare la domanda di energia della pompa durante le ore di punta del sole del sito, il controller deve essere dimensionato per gestire la tensione di uscita del pannello e l'avvio della pompa e la corrente di funzionamento, e la pompa deve essere selezionata per i requisiti effettivi di prevalenza e flusso del pozzo, non sovradimensionati o sottodimensionati in base ai presupposti.
Una mancata corrispondenza in un singolo componente mina l’intero sistema:
Pannelli sottodimensionati: il controller e la pompa ricevono energia insufficiente, causando un funzionamento intermittente o un mancato avviamento, soprattutto durante i periodi nuvolosi o le stagioni con poco sole.
Controller incompatibile: valori nominali di tensione o corrente non corrispondenti riducono l'efficienza, attivano arresti di protezione o, nel peggiore dei casi, danneggiano il motore della pompa.
Pompa di dimensioni errate: una pompa con una prevalenza troppo bassa non riuscirà a fornire acqua da un pozzo profondo, mentre una pompa con una prevalenza eccessiva rispetto alla domanda funziona in modo inefficiente e può ridurre la durata dell'apparecchiatura.
Questo è il motivo per cui la progettazione di un sistema di pompe per pozzi solari trae vantaggio dall'essere gestita come un unico calcolo, utilizzando componenti abbinati di un fornitore che comprende come interagiscono, anziché assemblare parti da più fonti senza alcuna garanzia di compatibilità.
In che modo i produttori possono supportare il dimensionamento e l'approvvigionamento a livello di sistema?
I produttori che offrono servizi OEM/ODM possono supportare gli acquirenti fornendo una distinta base (BOM) completa e pre-abbinata che abbina pannelli fotovoltaici, controller MPPT e pompe in base ai requisiti di prevalenza, flusso e ore solari del sito, eliminando le congetture dall'approvvigionamento dei singoli componenti.
MASTRA Pump , produttore specializzato in pompe e motori sommersi in acciaio inossidabile, offre un servizio dedicato linea di prodotti per sistemi di pompaggio dell'acqua solare insieme alla propria controllori , consentendo agli acquirenti di procurarsi componenti abbinati da un unico fornitore. Per le aziende che costruiscono o rivendono sistemi di pompe per pozzi solari , questo tipo di supporto OEM/ODM, che copre elenchi completi di distinte base adattati alle specifiche del progetto, può ridurre gli errori di dimensionamento e i rischi di compatibilità derivanti dalla combinazione di componenti di più fornitori. Gli acquirenti che valutano i fornitori per un progetto di pompa sommergibile solare possono esaminare MASTRA risorse per la selezione della pompa o contattare direttamente il produttore per richiedere un sistema configurato in base ai dati di prevalenza e portata del pozzo.
