لا يزال نظام ضخ المياه بالطاقة الشمسية فكرةً حديثةً نسبيًا. ومع ذلك، فإن آلياته متطابقة تمامًا مع آليات جميع أنظمة ضخ المياه الأخرى. يعتمد هذا النظام على فكرة الإزاحة الموجبة ونقل الطاقة الحركية، وهي آلية نقل المياه من مكان إلى آخر. وكأي نظام ميكانيكي آخر، يتطلب هذا النظام طاقةً للعمل. هناك أنواعٌ مختلفة من مضخات المياه بالطاقة الشمسية، لكلٍّ منها مزاياه وعيوبه. لذا، دعونا نتعرف على عيوب أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية ومعلومات أخرى متعلقة بها.
ما هي مضخة المياه الشمسية؟
تُغذي الكهرباء المولدة من الألواح الكهروضوئية (PV) أو الحرارة الإشعاعية الناتجة عن حرارة الشمس مضخات المياه بالطاقة الشمسية. أما مضخة المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية أو الديزل فهي عكس ذلك تمامًا. تُستخدم الطاقة الشمسية لتشغيل المضخة التي تعمل بالطاقة الشمسية. وتتكون من وحدة تحكم شحن الطاقة الشمسية (MPPT)، ومجموعة من الألواح الشمسية، ووصلات كهربائية، وصندوق قاطع/مصهر، ومضخة مياه تعمل بالتيار المستمر، وخزان تخزين مياه. يُعد تشغيل مضخة المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية أكثر فعالية. كما أن تركيبها وصيانتها غير مكلف. وبالمقارنة مع المضخات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي أو طاقة الشبكة، فإن المضخات الشمسية لها تأثير بيئي أقل. تُعد المضخة التي تعمل بالطاقة الشمسية تقدمًا تكنولوجيًا رائعًا قد يوفر المياه للمواقع المعزولة بطريقة مسؤولة بيئيًا واجتماعيًا. ونتيجة لذلك، فهي دائمًا التكنولوجيا الاقتصادية المفضلة. ومع ذلك، هناك العديد من عيوب أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية.
ما هي عيوب أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية؟
على الرغم من أن مضخات المياه الشمسية صديقة للبيئة، إلا أن لها عيوبًا عديدة، من حيث التقنية والاستخدام. من بين عيوب أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية:
- استخدم النفقات الرأسمالية غالبًا ما تكون تكلفة أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية أعلى من تكلفة بدائل الديزل المماثلة. مع ذلك، تشهد تكلفة هذه الأنظمة انخفاضًا حاليًا.
- تتطلب معظم التطبيقات تخزين مياه أعلى أكثر مما هو مطلوب بواسطة أنظمة الديزل المماثلة.
- خطر سرقة لوحة حيث لا تزال تعتبر سلعًا ثمينة في بعض الأماكن.
- مثل هذه الأنظمة هي تعتمد على الإشعاع الشمسي.
- عادة، و مستوى رأس المال هو المستوى الوحيد الذي تتوفر فيه قطع الغيار والفنيين المهرة.
ما هي مزايا مضخة المياه الشمسية؟
تتمثل مزايا مضخات المياه الشمسية فيما يلي:
- لقد كان لديهم الكثير تكاليف تشغيل منخفضة.
- إنهم متقاربون نسبيا صيانة منخفضة.
- مثل هذه المضخات هي موثوقة للغاية ولكن بسيطة.
- هذه المضخات هي مفيد ماليا.
- بل هي أيضا صديقة للبيئة.
انظر أيضا: 5 عيوب رئيسية للطاقة الشمسية الكهروضوئية
ما هي مكونات أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية؟
تتكون أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية من ثلاثة مكونات:
1. مضخة
هذا هو جوهر نظام ضخ المياه بالطاقة الشمسية. تُولّد المضخة مزيجًا متميزًا من التدفق والضغط لكل طاقة مُدخلة. عند صيانتها بشكل صحيح، يُمكن لهذه المضخات أن تُقدّم خدمةً لأكثر من 15 عامًا. فيما يلي قائمة بالنقاط التي تُوضّح سير عمل مضخات المياه بالطاقة الشمسية:
- وهناك عدد من وحدات الطاقة الشمسية متصلة بالتوازي أو على التوالي في كل مجموعة شمسية. بتحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية، تُنتج كل لوحة شمسية كهروضوئية تيارًا كهربائيًا.
- وحدة التحكم المدمجة في مضخات العاصمة أو من خلال محرك التردد المتغير يقوم (VFD) بتوجيه وضبط والتحكم في الطاقة الكهربائية من المجموعة بأكملها، مما يسمح للمضخة المرتبطة (والتي قد تكون غاطسة أو سطحية) بسحب المياه وتغذية خطوط الأنابيب التسليمية.
- وباستخدام مضخة المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية، يتم استخراج المياه من الآبار أو البرك أو المصادر الأخرى ويتم ضخها إلى خطوط الإمداد حسب الحاجة. يمكن حفظها في خزانات ثم توجيهها إلى الحقول، أو يمكن توصيل إمداد المضخة بنظام التنقيط. نظم الري لتوصيل أفضل المياه إلى الحقول على الفور.
2. مراقب
أداة صغيرة هي يقع بين المضخة تُمكّن الألواح المضخة من العمل عند حلول الظلام. يخدم جهاز التحكم غرضين: أولًا، يُوازن بين طاقة الدخل من الألواح الشمسية وطاقة الخرج التي تستقبلها المضخة. ثانيًا، عادةً ما يحتوي جهاز التحكم على ميزة حماية من الجهد المنخفض، والتي تُوقف النظام إذا كان الجهد منخفضًا جدًا أو مرتفعًا جدًا عن نطاق جهد التشغيل للمضخة. هذا يُطيل عمر المضخة ويُقلل الحاجة إلى الصيانة.
تتوفر خيارات جهد التيار المستمر (DC) أو المتردد (AC) لمحركات المضخات الشمسية. تُستخدم محركات التيار المستمر في التطبيقات الصغيرة والمتوسطة، بقوة تصل إلى حوالي 3 كيلوواط، وهي مناسبة لاستخدامات مثل نوافير الحدائق، وتنسيق الحدائق، وأنظمة مياه شرب الحيوانات، ومشاريع الري الصغيرة. الألواح الشمسية الأصغر يمكن الاستفادة منها، ويتم تقليل التكلفة لأن أنظمة التيار المستمر غالبًا ما تتمتع بكفاءة إجمالية أعلى من مضخات التيار المتردد من نفس الحجم.
عند استخدام مضخة شمسية تعمل بالتيار المتردد، يلزم وجود عاكس لتحويل التيار المستمر الناتج عن الألواح الشمسية إلى التيار المتردد الذي تحتاجه المضخة. يمكن للأنظمة الأكبر استخدام عاكسات، والتي يتراوح نطاق قدرتها بين 0.15 و55 كيلوواط. ومع ذلك، لتلبية سعة سحب التيار لمحرك التيار المتردد، يجب أن يكون حجم اللوحة والعاكسات مناسبًا.
3. الألواح الشمسية
تُقاس سعة الألواح الكهروضوئية كمصدر للطاقة بالواط. لإنتاج كمية محددة من السائل، تحتاج المضخة إلى كمية معينة من قوة الضغط ومعدلات التدفق. يمكن تشغيل المضخة بتكلفة معقولة باستخدام مصفوفة ألواح كهروضوئية بالحجم المناسب. عند توصيل اللوحة مباشرةً بالمضخة، تحتاج معظم مضخات الطاقة الشمسية إلى طاقة إضافية بنسبة 20% تقريبًا عن الطاقة المُقدمة. بالإضافة إلى ذلك، تُمكّن اللوحة الأكبر المضخة من العمل في ظروف إضاءة أقل نسبيًا وفي أوقات مبكرة ومتأخرة من اليوم.
تُشكّل الألواح الشمسية ما يقارب 80% من تكلفة النظام. ويؤثر حجم المضخة، وكمية المياه المطلوبة (م3/يوم)، وكمية الإشعاع الشمسي المتاحة بشكل مباشر على حجم نظام الطاقة الكهروضوئية.
اقرأ أيضا: ما هي محطة الطاقة الشمسية العائمة؟
ما هي أنواع مضخة المياه الشمسية؟
بعد التعرف على مكونات أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية، دعونا نتعرف على الأنواع المختلفة من مضخات المياه بالطاقة الشمسية-
1. مضخات الطاقة الشمسية الغاطسة:يمكن استخدام مضخة غاطسة تم تركيبها في آبار ضخمة ويمكنها رفع المياه حتى ارتفاع 650 قدمًا. تعمل هذه الأنواع من مضخات المياه الشمسية مباشرةً على فصل البطاريات والألواح الشمسية، وفي بعض الحالات، فصل الكهرباء، طالما أن ارتفاع مياه البئر يزيد عن 20 قدمًا عن سطح الأرض. عند سطوع الشمس، تعمل المضخة باستمرار، وتضخ المياه التي تُخزن في خزانات للاستخدام لاحقًا. يمنع الطقس العاصف سطوع الشمس، مما يجعل ضخ المياه مستحيلًا. لذلك، يُفضل تخزين المياه فقط في ظروف جوية مناسبة. تُستخدم هذه الأنواع من مضخات المياه الشمسية عادةً في المياه العميقة غير المحفورة. كما تُستخدم هذه الأنواع من مضخات المياه الشمسية للضخ الجيد، والري، وضبط الضغط، وتهوية البرك، وأنظمة المياه السكنية، وسقي الماشية. أقصى عمق مُوصى به للمضخة هو 50 مترًا.
2. مضخات الطاقة الشمسية السطحية:تستخدم هذه الأنواع من مضخات المياه الشمسية في البرك والآبار الضحلة وخزانات التخزين والجداولنستخدم مضخة مياه شمسية سطحية عندما يكون عمق مصدر مياه البئر عشرين قدمًا أو أقل من سطح الأرض. بشكل عام، لا تستطيع هذه المضخات ضخ المياه إلا حتى ٢٠٠ قدم أو أكثر من الآبار العميقة. ولا تواجه هذه المضخات صعوبة تُذكر في رفع المياه من عمق يصل إلى عشرين مترًا.
3. مضخات الطاقة الشمسية المترددة:يتم استخدام التيار المتناوب بواسطة محرك كهربائي في هذا النوع من المضخات، يُحوّل التيار المستمر المُولّد من لوحة التوزيع إلى تيار متردد بمساعدة عاكس. قد يُؤدي هذا التحويل إلى انقطاعات في التيار الكهربائي أثناء الإنتاج والاستهلاك.
4. مضخات التيار المستمر الشمسية:تعمل هذه المضخة بمحرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر. لذلك، لا تحتاج هذه المضخة إلى بطارية أو عاكس.
انظر أيضا: 4 مزايا لسخان المياه بالطاقة الشمسية
ما هي آلية عمل مضخة المياه الشمسية؟ ما هو مبدأ عملها؟
الطاقة التي تنتجها نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية تشغيل النظام. تُحوّل الطاقة الشمسية إلى كهرباء بواسطة مجموعة الخلايا الكهروضوئية، التي تُشغّل نظام المضخة. يضخّ نظام الضخّ المياه من الآبار المفتوحة، والآبار الجوفية، والجداول، والبرك، والقنوات، وغيرها. يحتاج النظام إلى مكان يُمكن تركيب الألواح الشمسية فيه دون أي ظلال.
استخدم مبدأ الطاقة الكهروضوئية هو الأساس لكيفية عمل المضخة الشمسيةتلتقط أنظمة الطاقة الكهروضوئية (PV) الطاقة الشمسية المشعة وتحولها إلى كهرباء عند تشغيل مضخة الطاقة الشمسية. ونتيجةً لذلك، يتلقى النظام بأكمله إمدادًا بالكهرباء. يُحوّل عاكس المضخة، الذي يُشغّل المضخة، التيار المستمر الخارج من نظام الطاقة الكهروضوئية إلى تيار متردد. ولتحقيق أعلى تتبع لنقطة القدرة، تُعدّل هذه العاكسات أيضًا تردد وجهد الخرج آنيًا وفقًا لتغيرات شدة ضوء الشمس. ويؤدي نظام رفع المياه وظيفة تحويل الكهرباء البلدية التي تُعدّ طاقة مساعدة لنظام رفع المياه مع انخفاض شدة ضوء الشمس. على الرغم من كل هذه المزايا، إلا أن لأنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية العديد من العيوب.
ما هو المحرك المستخدم في مضخة المياه الشمسية؟
بالمقارنة مع مضخات التيار المتردد، محرك مضخة BLDC يتميز بكفاءة أعلى، مما ينتج عنه تدفق مياه أعلى لنفس سعة الألواح الشمسية. تبلغ الطاقة الإنتاجية الأكثر شيوعًا للتطبيقات الزراعية 5 أحصنة/3.7 كيلوواط، وتعمل بالطاقة الشمسية (الطاقة الخضراء). استُبدل المحرك الحثي بمحرك تيار مستمر منخفض الجهد (BLDC) مُصمم بمغناطيس NdFeB. مع ذلك، هناك أيضًا عيوب في أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية، مثل ارتفاع سعر هذا المحرك.
انظر أيضا: 5 مزايا وعيوب رئيسية للطاقة الكهرومائية
ما هي العناصر الثلاثة الرئيسية لنظام الضخ؟
العناصر الثلاثة الرئيسية لنظام الضخ هي:
1. الإسكانيحمي الغلاف الخارجي للمضخة، أو غلافها، معظم أجزائها من العوامل البيئية. يجب أن تكون المادة المستخدمة في تصنيع غلاف المضخة قادرة على تحمل الظروف البيئية المحيطة (على سبيل المثال، يجب أن تكون المضخات الغاطسة مقاومة للتآكل والماء).
2. المكرهقرص دوار متصل بعمود بواسطة مجموعة من الريش. يُعطي السائل الطاقة اللازمة للتدفق عند دوران الدافع. قد تختلف خصائص تدفق المضخة بشكل كبير حسب تصميم الدافع.
3. المحرك: محرك المضخة، الذي يُشغّل عمودها، هو مصدر طاقتها. مصادر الطاقة الأكثر شيوعًا للمضخات هي محركات التيار المتردد والتيار المستمر، ولكن هناك خيارات أخرى تشمل محركات الاحتراق الداخلي (ICEs). الطاقة الهيدروليكية، وقوة البخار.
اقرأ أيضا: مزايا وعيوب طاقة الهيدروجين
هل مضخة الطاقة الشمسية تعمل بالتيار المتردد أو المستمر؟
المضخات الشمسية متوفرة كـ كل من التيار المتردد والتيار المستمرتُنتج المضخة الشمسية ذات التيار المستمر أقصى إنتاجية باستخدام عدد أقل من الألواح الشمسية، وتتميز بكفاءة عالية. من ناحية أخرى، تتطلب المضخة الشمسية ذات التيار المتردد عددًا أكبر من الألواح الشمسية نظرًا لضرورة تحويل الكهرباء إلى تيار متردد للاستفادة منها.
كم تستطيع مضخة الطاقة الشمسية أن تضخ؟
تنقسم المضخات الشمسية إلى نوعين: غاطسة وفوق الأرض. توفر هذه المضخات تدفقًا متوسطًا يبلغ من 4 إلى 10 جالونات من الماء في الدقيقة في أي مسطح مائي. بالإضافة إلى ذلك، لا تستهلك هذه المضخات الكثير من الطاقة.
تُستخدم هذه الأنواع من المضخات عادةً في الأماكن التي تعاني من انقطاع الكهرباء. لن تحصل على مصدر طاقة موثوق بدونها. تُعد هذه التقنية لسحب المياه للحصول على طاقة خضراء مثالية لأنها تجمع بين مزايا الموثوقية، والأسعار المعقولة، وحماية البيئة. تُشكل وحدة التحكم، والمحرك الكهربائي أو البطارية، ومضخة المياه، والألواح الشمسية المكونات الرئيسية للمخطط الكتلي لمضخة المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية (PV).
