Správne dimenzovaný solárne napájaný čerpadlový systém pre hlboké vrty spája tri komponenty: pole PV panelov (veľkosť pre špičkové slnečné hodiny), ovládač MPPT (zodpovedajúci napätiu panelu a vstupu čerpadla) a samotné čerpadlo (vybrané pre celkovú dynamickú výšku vrtu a požadovaný prietok). Nesprávna kombinácia je jedným z najčastejších dôvodov, prečo systémy solárnych čerpadiel nedokážu dodávať dostatok vody alebo predčasne vyhoria.
Systém solárneho čerpadla nie je jednoduchou zostavou 'solárnych panelov a vodného čerpadla.' Každý komponent musí byť skonštruovaný tak, aby fungoval s ostatnými, a nesúlad kdekoľvek v reťazci – poddimenzované panely, nekompatibilný ovládač alebo čerpadlo dimenzované na nesprávnu dopravnú výšku a prietok – môže znamenať, že systém nefunguje dostatočne, zastaví sa počas zamračených období alebo zlyhá v priebehu niekoľkých mesiacov. Pre kupujúcich a inštalatérov, ktorí získavajú solárne ponorné čerpadlo, pochopenie základov dimenzovania znižuje riziko obstarávania a zabezpečuje, že systém bude od prvého dňa fungovať podľa očakávania.
V tejto príručke sa dozviete, ako vypočítať výkon FV panela na základe špičkových slnečných hodín, ako si vybrať správny typ regulátora MPPT pre aplikácie solárnych čerpadiel a ako určiť tlakovú výšku čerpadla a požiadavky na prietok. Zaoberá sa tiež tým, ako výrobcovia ako MASTRA Pump podporujú tento proces prostredníctvom návrhu systému OEM/ODM a plnej podpory kusovníkov (BOM).
Prečo systémy solárnych čerpadiel zlyhávajú, keď sú nesprávne dimenzované?
Väčšina Poruchy systému solárnych čerpadiel sa spájajú skôr s nesúladom medzi komponentmi než s jedinou chybnou časťou. Keď FV pole negeneruje dostatok energie pre nábehový a prevádzkový prúd čerpadla, čerpadlo sa zapína a vypína alebo sa nespustí úplne. Keď ovládač nie je prispôsobený napäťovému výstupu panelu, systém stráca účinnosť alebo vypne bezpečnostné prerušenia. Keď je čerpadlo hodnotené pre nesprávnu celkovú dynamickú výšku, buď nedokáže dodávať vodu z hlbokej studne, alebo beží neefektívne a predčasne sa opotrebuje.
Pretože systémy solárnych čerpadiel sú zvyčajne inštalované na vzdialených miestach mimo siete, oprava týchto chýb po inštalácii je nákladná. Návštevy na mieste, prístup k studni a demontáž systému zvyšujú náklady, ktorým by sa dalo predísť správnym výpočtom veľkosti vopred. To je dôvod, prečo kupujúci čoraz viac vyhľadávajú dodávateľov, ktorí poskytujú kompletné, vopred spárované systémové kusovníky, namiesto toho, aby obstarávali panely, ovládače a čerpadlá samostatne.
Ako vypočítate výkon FV panelov pre solárne čerpadlo?
Výkon fotovoltických panelov sa vypočíta tak, že sa celková denná potreba energie čerpadla (vo watthodinách) vydelí špičkovými slnečnými hodinami na mieste a potom sa pripočíta bezpečnostná rezerva na zohľadnenie systémových strát.
1.Určite menovitý výkon čerpadla (watty). Pochádza z menovitého príkonu čerpadla na základe požadovaného prietoku a celkovej dynamickej výšky (pozri časť nižšie).
2. Odhadnite dennú dobu chodu. Vypočítajte, koľko hodín denne musí čerpadlo bežať, aby pokrylo dennú potrebu vody.
3. Vypočítajte dennú potrebu energie. Vynásobte výkon čerpadla (W) dobou chodu (hodiny), aby ste získali watthodiny za deň.
4.Rozdeľte podľa špičkových slnečných hodín. Špičkové slnečné hodiny predstavujú počet hodín za deň, počas ktorých miesto dostáva slnečné žiarenie ekvivalentné 1 000 W/m². Tento údaj sa líši podľa miesta a ročného obdobia – vo väčšine regiónov zvyčajne 4 až 6 hodín, ale v zime alebo zamračenej klíme až 3 hodiny.
5. Pridajte bezpečnostnú rezervu. Priemyselná prax zvyčajne pridáva 20 – 30 % k vypočítanému výkonu panela, aby sa zohľadnili straty káblov, degradácia panela v priebehu času, zníženie teploty a poklesy výkonu počas zamračených dní.
Príklad vzorca:
Požadovaný výkon fotovoltického poľa = (výkon čerpadla × denné hodiny chodu) ÷ Špičkové slnečné hodiny × 1,2–1,3 (bezpečnostná rezerva)
Použitie najnižších očakávaných špičkových slnečných hodín pre miesto inštalácie – namiesto ročného priemeru – pomáha zabezpečiť, aby systém fungoval spoľahlivo aj počas najmenej priaznivého obdobia.
Aký typ MPPT regulátora by ste mali použiť pre solárne čerpadlo?
MPPT (Maximum Power Point Tracking) ovládač by sa mal vybrať na základe typu motora pumpy (AC alebo DC), jeho menovitých hodnôt napätia a prúdu a jeho požiadaviek na spúšťací výkon – nielen podľa jeho prevádzkového výkonu.
MPPT regulátory navrhnuté pre aplikácie solárnych čerpadiel sa líšia od štandardných solárnych regulátorov nabíjania, pretože musia zvládať variabilný jednosmerný vstup z panelov pri riadení elektrických charakteristík motora čerpadla:
Jednosmerné čerpadlové systémy
sa zvyčajne spárujú so špeciálnym MPPT ovládačom solárneho čerpadla, ktorý premieňa premenlivé jednosmerné napätie panela na stabilný výstup pre jednosmerný ponorný motor, pričom sa plynule prispôsobuje tak, aby čerpal maximálny dostupný výkon pri zmene slnečného svetla počas dňa.
Systémy čerpadiel na striedavý prúd
vyžadujú invertor/ovládač solárneho čerpadla, ktorý premieňa výstup jednosmerného prúdu na striedavý prúd zodpovedajúci napätiu a frekvencii motora (napr. 220 V/380 V, 50 Hz/60 Hz), často so zabudovanou funkciou VFD (pohon s premenlivou frekvenciou) na riadenie spúšťacieho prúdu motora.
Zvládnutie rázov pri spúšťaní
je dôležité, pretože motory ponorných čerpadiel odoberajú pri spustení podstatne viac prúdu ako pri normálnej prevádzke. Regulátor musí byť dimenzovaný tak, aby zvládol toto prepätie bez vypnutia alebo nedostatočného napájania.
proti chodu nasucho a proti preťaženiu
Ochrana
sú štandardnými funkciami kvalitných regulátorov solárnych čerpadiel, ktoré chránia motor čerpadla pred poškodením, keď hladina vody klesne alebo elektrické zaťaženie prekročí bezpečné limity.
Kupujúci by mali potvrdiť, že rozsah vstupného napätia regulátora sa zhoduje s výstupným rozsahom FV poľa za všetkých podmienok (vrátane chladných rán, keď napätie na paneli stúpa) a že jeho menovitý prúd prekračuje maximálny odber motora čerpadla.
Ako určíte správne špecifikácie čerpadla (hlava a prietok)?
Špecifikácie čerpadla sú určené dvoma číslami: celková dynamická výška (celková vertikálna vzdialenosť plus straty trením, ktoré musí čerpadlo prekonať) a požadovaný prietok (množstvo vody potrebné za jednotku času).
Total Dynamic Head (TDH) zahŕňa:
vertikálna vzdialenosť od hladiny vody v studni po miesto vypúšťania
dodatočná hĺbka klesne hladina vody, keď čerpadlo beží
odpor v potrubí na základe priemeru potrubia, dĺžky a materiálu
akékoľvek ďalšie prevýšenie alebo tlak potrebný v mieste použitia (napr. zvýšená skladovacia nádrž)
Prietok je určený zamýšľaným prípadom použitia:
Domáce zásobovanie vodou:
na základe veľkosti domácnosti a dennej potreby spotreby
Napájanie hospodárskych zvierat:
na základe veľkosti stáda a dennej spotreby na zviera
na základe požiadaviek na vodu plodín a pestovateľskej plochy
Keď sú známe TDH a prietok, tieto dva údaje sa porovnajú s krivkou výkonu čerpadla (poskytnutou výrobcom), aby sa potvrdilo, že čerpadlo dokáže dodať požadovaný prietok v danej dopravnej výške. Aplikácie v hlbokých vrtoch si zvyčajne vyžadujú viacstupňové ponorné čerpadlá, ktoré využívajú viaceré stupne obežného kolesa na generovanie vyšších tlakových výtlačkov potrebných na zdvíhanie vody z veľkých hĺbok.
Ako FV panely, ovládač a čerpadlo spolupracujú ako systém?
Tri komponenty musia byť dimenzované ako integrovaná súprava: panelové pole musí generovať dostatočný výkon, aby pokrylo dopyt po energii čerpadla počas špičkových slnečných hodín na mieste, regulátor musí byť dimenzovaný tak, aby zvládol výstupné napätie panelu a spúšťací a prevádzkový prúd čerpadla a čerpadlo musí byť vybrané pre skutočnú výšku a prietok vrtu – nie predimenzované alebo poddimenzované na základe predpokladu.
Nesúlad v akomkoľvek jednotlivom komponente podkopáva celý systém:
Poddimenzované panely: regulátor a čerpadlo nedostávajú dostatok energie, čo spôsobuje prerušovanú prevádzku alebo zlyhanie spustenia, najmä počas zamračených období alebo v období so slabým slnečným žiarením.
Nekompatibilný ovládač: nesprávne menovité hodnoty napätia alebo prúdu znižujú účinnosť, spúšťajú ochranné vypnutia alebo v najhoršom prípade poškodzujú motor čerpadla.
Nesprávne dimenzované čerpadlo: čerpadlo dimenzované na príliš malú dopravnú výšku nedokáže dodávať vodu z hlbokej studne, zatiaľ čo čerpadlo dimenzované na príliš veľkú dopravnú výšku v porovnaní s dopytom beží neefektívne a môže skrátiť životnosť zariadenia.
To je dôvod, prečo sa pri návrhu systému solárnych čerpadiel pre studne pracuje ako s jedným výpočtom s použitím zhodných komponentov od dodávateľa, ktorý rozumie ich interakcii – namiesto toho, aby sa montovali diely z viacerých zdrojov bez záruky kompatibility.
Ako môžu výrobcovia podporovať dimenzovanie a získavanie zdrojov na úrovni systému?
Výrobcovia, ktorí ponúkajú služby OEM/ODM, môžu podporiť kupujúcich poskytnutím kompletného, vopred spárovaného kusovníka (BOM), ktorý spáruje fotovoltaické panely, ovládače MPPT a čerpadlá podľa požiadaviek lokality, prietoku a slnečného času – čím sa odstránia dohady pri získavaní jednotlivých komponentov.
