System solarnej pompy wodnej jest wciąż dość nowym pomysłem. Mechanika jest jednak bardzo podobna do mechaniki wszystkich innych systemów pompowania wody. Opiera się na podstawowej idei wyporu dodatniego i transferu energii kinetycznej, czyli sposobu, w jaki woda jest przemieszczana z jednego miejsca do drugiego. Jak każdy inny system mechaniczny, wymaga energii do działania. Istnieją różne rodzaje solarnych pomp wodnych, z których każdy ma swoje zalety i wady. Poznajmy więc wady systemów solarnych pomp wodnych i inne fakty z nimi związane.
Czym jest pompa wodna zasilana energią słoneczną?
Energia elektryczna paneli fotowoltaicznych lub promieniowanie cieplne wytwarzane przez kolektory słoneczne zasilają pompy wodne zasilane energią słoneczną. Pompa wodna zasilana energią sieciową lub olejem napędowym jest jej przeciwieństwem. Energia słoneczna jest wykorzystywana do zasilania pompy zasilanej energią słoneczną. Składa się ona z regulatora ładowania słonecznego (MPPT), zestawu paneli słonecznych, połączeń elektrycznych, skrzynki bezpiecznikowej, pompy wodnej DC i zbiornika na wodę. Eksploatacja pompy wodnej napędzanej energią słoneczną jest bardziej efektywna. Pompy te są niedrogie w instalacji i konserwacji. W porównaniu do pomp napędzanych silnikami spalinowymi lub energią sieciową pompy słoneczne mają mniejszy wpływ na środowisko. Pompa zasilana energią słoneczną to wspaniały postęp technologiczny, który może dostarczać wodę do odizolowanych lokalizacji w sposób przyjazny dla środowiska i społecznie odpowiedzialny. W rezultacie jest to zawsze preferowana technologia ekonomiczna. Istnieje jednak kilka wad systemów pompowania wody za pomocą energii słonecznej.
Jakie są wady systemów solarnych do pompowania wody?
Chociaż pompy solarne są przyjazne dla środowiska, mają różne wady, zarówno pod względem technologii, jak i użytkowania. Różne wady systemów solarnych pomp wodnych to:
- wydatki kapitałowe systemów solarnych pomp wodnych są często większe niż porównywalnych alternatyw na olej napędowy. Koszt systemów jednak obecnie spada.
- Większość aplikacji wymaga większe magazynowanie wody niż wymagają tego porównywalne systemy diesla.
- ryzyko kradzież panelu ponieważ w niektórych miejscach nadal są uważane za wartościowe dobra.
- Takie systemy są bardzo zależny od promieniowania słonecznego.
- Zwykle poziom kapitału jest jedynym poziomem, na którym dostępne są części zamienne i wykwalifikowani technicy.
Jakie są zalety pompy wodnej zasilanej energią słoneczną?
Zalety pomp wodnych zasilanych energią słoneczną są następujące:
- Mają bardzo niskie koszty eksploatacji.
- Są one stosunkowo niskie koszty utrzymania.
- Takie pompy są bardzo rzetelny ale proste.
- Te pompy są korzystne finansowo.
- Są one również przyjazne dla środowiska.
Zobacz także: 5 głównych wad agrivoltaiki
Jakie są elementy systemów solarnych do pompowania wody?
Systemy pompowania wody za pomocą energii słonecznej składają się z trzech komponentów:
1. pompa
To mózg i serce systemu pompowania wody słonecznej. Pompa generuje wyraźną kombinację przepływu i ciśnienia dla danego poboru mocy. Przy prawidłowej konserwacji pompy te mogą służyć przez ponad 15 lat. Oto lista punktów przedstawiających przepływ roboczy pomp wody słonecznej:
- Ilość moduły słoneczne są połączone równolegle lub szeregowo w każdym układzie słonecznym. Poprzez zamianę promieniowania słonecznego na energię elektryczną, każdy panel fotowoltaiczny wytwarza prąd.
- Wbudowany kontroler w Pompy prądu stałego lub za pośrednictwem Sterownik o zmiennej częstotliwości (VFD) kieruje, dostraja i kontroluje energię elektryczną z całego układu, umożliwiając powiązanej pompie (która może być zanurzalna lub powierzchniowa) pobieranie wody i zasilanie rurociągów tłocznych.
- Dzięki zastosowaniu pompy solarnej woda jest wydobywana z studnie wiercone, stawy lub inne źródła i pompowane do linii zasilających w razie potrzeby. Można je przechowywać w zbiornikach, a następnie kierować na pola, lub zasilanie z pompy można podłączyć do kroplówki systemy nawadniania aby natychmiast dostarczać na pola najlepszą wodę.
2. Kontroler
Niewielki gadżet umieszczony między pompą a panelami umożliwia jej włączenie, gdy na zewnątrz robi się ciemno. Kontroler spełnia dwa zadania. Po pierwsze, równoważy moc wejściową z paneli słonecznych z mocą wyjściową, jaką otrzymuje pompa. Po drugie, kontroler zazwyczaj posiada zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem, które wyłącza system, jeśli napięcie jest zbyt niskie lub zbyt wysokie w stosunku do zakresu napięcia roboczego pompy. Wydłuża to żywotność pompy i zmniejsza potrzebę konserwacji.
Silniki pomp solarnych dostępne są w wersjach z prądem stałym (DC) lub przemiennym (AC). Silniki prądu stałego są wykorzystywane w małych i średnich zastosowaniach o mocy znamionowej do około 3 kW i nadają się do takich zastosowań jak fontanny ogrodowe, architektura krajobrazu, systemy pojenia zwierząt oraz małe projekty nawadniające. Możliwość zastosowania mniejszych paneli słonecznych obniża koszty, ponieważ systemy prądu stałego często charakteryzują się wyższą sprawnością ogólną niż pompy prądu przemiennego o tej samej wielkości.
W przypadku korzystania z pompy solarnej zasilanej prądem przemiennym wymagany jest falownik, który przekształci prąd stały generowany przez panele słoneczne w prąd przemienny potrzebny pompie. Większe systemy mogą korzystać z falowników, które mają obsługiwany zakres mocy od 0.15 do 55 kW. Jednak aby spełnić wymagania dotyczące poboru prądu przez silnik prądu przemiennego, panel i falowniki muszą być odpowiednio dobrane.
3. Panele słoneczne
Moc paneli fotowoltaicznych (PV) jako źródła energii mierzy się w watach. Aby wytworzyć określoną ilość cieczy, pompa będzie potrzebowała odpowiedniej mocy, ciśnienia i natężenia przepływu. Eksploatacja pompy może być realizowana przy rozsądnych kosztach, dzięki zastosowaniu odpowiedniej wielkości instalacji fotowoltaicznej. Przy podłączeniu panelu bezpośrednio do pompy, większość pomp solarnych potrzebuje w rzeczywistości około 20% więcej watów niż jest dostarczane. Ponadto, większy panel umożliwi pompie pracę przy stosunkowo słabym oświetleniu oraz o wcześniejszych i późniejszych porach dnia.
Prawie 80% kosztów systemu stanowią panele słoneczne. Wielkość pompy, ilość potrzebnej wody (m3/d) i ilość dostępnego promieniowania słonecznego mają bezpośredni wpływ na wielkość systemu PV.
Przeczytaj także: Czym jest pływająca elektrownia słoneczna?
Jakie są rodzaje pomp wodnych zasilanych energią słoneczną?
Po zapoznaniu się z elementami systemów solarnych pomp wodnych, zapoznajmy się z różnymi typami pomp solarnych.
1. Zatapialne pompy solarne : Pompę zatapialną można zainstalować w ogromnych studniach i może ona podnosić wodę na wysokość do 650 stóp (ok. 198 m). Tego typu solarne pompy wodne działają bezpośrednio, wyłączając akumulatory, panele słoneczne, a w pewnych sytuacjach również zasilanie elektryczne, o ile woda w studni znajduje się ponad 20 stóp (ok. 6 m) nad ziemią. W słoneczne dni pompa pracuje nieprzerwanie, pompując wodę, która jest następnie magazynowana w zbiornikach do późniejszego wykorzystania. Niesprzyjająca pogoda uniemożliwia działanie słońca, co uniemożliwia pompowanie wody. W związku z tym najlepiej magazynować wodę tylko w sprzyjających warunkach pogodowych. Tego typu solarne pompy wodne są zazwyczaj stosowane w nieodwierconych, głębokich zbiornikach wodnych. Tego typu solarne pompy wodne są również wykorzystywane do prawidłowego pompowania, nawadniania, zwiększania ciśnienia, napowietrzania stawów, domowych systemów wodnych i pojenia zwierząt gospodarskich. Maksymalna zalecana głębokość pompy to 50 m (ok. 50 m).
2. Powierzchniowe pompy solarne : Tego typu solarne pompy wodne są stosowane w stawach, płytkich studniach, zbiornikach magazynowych i strumieniach . Powierzchniowe pompy solarne stosuje się, gdy głębokość wody w studni wynosi 6 metrów (20 stóp) lub mniej (200 stóp) od poziomu gruntu. Zazwyczaj pompy te są w stanie pompować wodę z głębokich studni na głębokość do 60 metrów (200 stóp) lub więcej. Pompy te bez problemu pompują wodę z głębokości do 20 metrów (20 metrów).
3. Pompy solarne prądu przemiennego: W tym typie pompy silnik elektryczny wykorzystuje prąd przemienny . Prąd stały generowany przez rozdzielnicę jest przekształcany w prąd przemienny za pomocą falownika. W wyniku tej konwersji mogą wystąpić przerwy w dostawie prądu podczas produkcji i poboru.
4. Pompy solarne DC : Pompa jest napędzana silnikiem elektrycznym DC. Dlatego nie potrzebuje akumulatora ani falownika.
Zobacz także: 4 zalety podgrzewacza wody słonecznej
Jak działa pompa wodna zasilana energią słoneczną? Jaka jest zasada działania pompy wodnej zasilanej energią słoneczną?
Energia generowana przez system fotowoltaiczny (PV) zasila system. Energia słoneczna jest przekształcana w energię elektryczną przez panele fotowoltaiczne, które zasilają system pomp silnikowych. Woda jest pompowana przez system pompowy ze studni otwartych, studni głębinowych, strumieni, stawów, kanałów itp. System wymaga miejsca, w którym panel słoneczny może zostać zainstalowany bez cienia.
Zasada działania fotowoltaiki stanowi podstawę działania pompy solarnej . Systemy fotowoltaiczne (PV) przechwytują promienistą energię słoneczną i przetwarzają ją na energię elektryczną podczas pracy pompy. W rezultacie cały system otrzymuje zasilanie elektryczne. Prąd stały z systemu PV jest przekształcany na prąd przemienny przez falownik pompy, który ją zasila. Aby osiągnąć najwyższą precyzję śledzenia punktu mocy, falowniki te modyfikują również częstotliwość i napięcie wyjściowe w czasie rzeczywistym, zgodnie ze zmianami natężenia światła słonecznego. System podnoszenia wody realizuje funkcję przełączania energii elektrycznej z sieci miejskiej, która służy jako energia pomocnicza dla systemu podnoszenia wody, gdy natężenie światła słonecznego spada. Pomimo wszystkich tych zalet, systemy solarnego pompowania wody mają również pewne wady.
Jaki silnik jest stosowany w pompie wodnej zasilanej energią słoneczną?
W porównaniu z pompami prądu przemiennego, pompa z silnikiem BLDC charakteryzuje się wyższą sprawnością, co przekłada się na większy przepływ wody przy tej samej mocy paneli słonecznych. Typowa moc wyjściowa w zastosowaniach rolniczych to 5 KM/3.7 kW, zasilana energią słoneczną (zieloną energią). Silnik indukcyjny został zastąpiony silnikiem BLDC zbudowanym na magnesie NdFeB. Mimo to, systemy solarne do pompowania wody mają również wady, takie jak dość drogi silnik.
Zobacz także: 5 głównych zalet i wad energii wodnej
Jakie są trzy główne elementy układu pompowego?
Trzy główne elementy układu pompowego to:
1. Obudowa : Zewnętrzna powłoka pompy, czyli obudowa, chroni większość jej części przed wpływem środowiska. Materiał użyty do wykonania obudowy pompy powinien być odporny na warunki środowiskowe panujące w danym zastosowaniu (na przykład pompy zatapialne powinny być odporne na korozję i wodę).
2. Wirnik : Obrotowy dysk przymocowany do wału za pomocą zestawu łopatek. Płyn przekazuje energię, zapewniając przepływ podczas obrotu wirnika. W zależności od konstrukcji wirnika, charakterystyka przepływu pompy może się znacznie różnić.
3. Silnik: Silnik pompy, który napędza wał, jest jej źródłem napędu. Najbardziej typowymi źródłami zasilania pomp są silniki prądu przemiennego i stałego, ale dostępne są również silniki spalinowe (ICE), silniki hydrauliczne i parowe.
Przeczytaj także: Zalety i wady energii wodorowej
Czy pompa solarna jest zasilana prądem zmiennym czy stałym?
Pompy solarne są dostępne zarówno w wersji AC, jak i DC . Pompa solarna DC zapewnia maksymalną wydajność przy mniejszej liczbie paneli słonecznych i jest bardzo wydajna. Z drugiej strony, pompa solarna AC wymaga większej liczby paneli słonecznych, ponieważ energia elektryczna musi zostać przekształcona w prąd przemienny.
Ile może pompować pompa solarna?
Pompy solarne występują w dwóch rodzajach: zanurzalne i naziemne. Pompy te mogą zapewnić średni przepływ od 4 do 10 litrów wody na minutę w dowolnym zbiorniku wodnym. Co więcej, pompy te nie zużywają dużo energii.
Tego typu pompy są zazwyczaj używane w miejscach, w których występują problemy z elektrycznością. Jeśli tego nie zrobisz, nie będziesz mieć niezawodnego zasilania. Ta technika pobierania wody w celu uzyskania zielonej energii jest idealna, ponieważ łączy zalety niezawodności, przystępności cenowej i ochrony środowiska. Kontroler, silnik elektryczny lub akumulator, pompa wodna i panele słoneczne to kluczowe elementy schematu blokowego pompy wodnej zasilanej energią słoneczną (PV).
Polecane: 5 korzyści z paneli słonecznych na dachu
