Kuinka aurinkopumpujärjestelmä toimii ilman sähköverkkovirtaa?

Luotettavan sähkönsaannin saatavuus on edelleen haaste monilla maatiloilla, kyliin, rakennustyömailla ja etäisillä vesihuollon hankkeilla. Kuitenkin vesipumppu ei aina tarvitse olla kytketty julkiseen sähköverkkoon.

A aurinkopumpu järjestelmä käyttää aurinkopaneelien tuottamaa energiaa vesipumpun käyttöön. Järjestelmän suunnittelusta riippuen pumppu voi toimia suoraan päivän aikana tai käyttää varattua energiaa, kun aurinkovaloa ei ole saatavilla.

Kuinka aurinkovesipumppu siis toimii ilman sähköverkon sähköä? Tässä artikkelissa selitetään pääkomponentit, toimintaprosessi ja tärkeät tekijät, jotka vaikuttavat verkkoon kytkemättömän aurinkopumpun järjestelmän suunnitteluun.

Toimiiko aurinkopumppu todella ilman sähköä?

Auringonpumppu ei toimi ilman energiaa. Sen sijaan se toimii ilman verkkosähköä.

Järjestelmä muuttaa auringonvalon sähköenergiaksi fotovoltaisten aurinkopaneelien avulla. Tämä energia hallitaan aurinkopumppusäätimellä tai invertterillä ja syötetään vedenporolle.

Toisin sanoen energian virtaus on seuraava:

Auringonvalo → Aurinkopaneelit → Pumppusäädin tai invertteri → Vedenpumppu → Veden varastointi- tai jakelujärjestelmä

Koska järjestelmä tuottaa oman sähkönsä, se voi toimia paikoissa, joissa verkkosähköä ei ole saatavilla, se on epävakaa tai sen asentaminen on kallista.

Auringonpumppujärjestelmän pääkomponentit

Täydellinen aurinkopumppujärjestelmä sisältää yleensä seuraavat komponentit.

1. Aurinkopaneelit

Aurinkopaneelit keräävät auringonvaloa ja muuttavat sen tasavirtasähköksi.

Paneelien lukumäärä ja teho riippuvat useista tekijöistä, mukaan lukien:

• Pumppan teho
• Vaadittu veden virtaus
• Kokonaispumpun nostokorkeus
• Paikallinen aurinkosäteily
• Päivittäiset käyttötunnit
• Kausittaiset sääolosuhteet

Aurinkopaneelien tulee tuottaa riittävästi jännitettä ja tehoa pumpun käynnistämiseen ja toimintaan normaalissa auringonvalossa.

2. Aurinkopumpun ohjain

Ohjain on yksi tärkeimmistä osista aurinkopumpussa.

Se säätää aurinkopaneelien tuottamaa sähköä ja tarjoaa vakautettua virtaa pumpulle. Monet nykyaikaiset aurinkopumpun ohjaimet käyttävät maksimaalisen tehon pisteen seurantaa, niin sanottua MPPT:ta, energian hyödyntämisen parantamiseksi vaihtuvassa auringonvalossa.

Aurinkopumpun ohjain voi myös tarjota suojaa seuraavilta ilmiöiltä:

• Kuivakäynti
• Ylipinnat
• Alijännite
• Ylivirtaus
• Moottorin ylikuormitus
• Käänteinen polariteetti
• Vesitäytön ylivuoto

Nämä suojatoiminnot parantavat järjestelmän luotettavuutta ja pidentävät pumpun käyttöikää.

3. Tasavirta- tai vaihtovirtapumppu

Aurinkopumppujärjestelmissä voidaan käyttää joko tasavirta- tai vaihtovirtapumppeja.

Tasavirtainen aurinkopumppu voi yleensä saada virran suoraan yhteensopivasta aurinkosäätimestä. Sitä käytetään usein pienissä ja keskikokoisissa järjestelmissä sen yksinkertaisen rakenteen ja tehokkaan energianmuunnoksen vuoksi.

Vaihtovirtapumpun käyttö edellyttää aurinkopumpun invertteriä. Invertteri muuntaa paneelien tuottaman tasavirran vaihtovirraksi, joka sopii vaihtovirtamoottorille.

Pumppu voi olla:

• Syvä kaivo vesipomppu
• Pinnan keskipakopumppu
• Aurinko-kastelupumppu
• Jätevesi- tai tyhjennyspumppu
• Lisäpumppu

Oikea pumpun tyyppi riippuu vesilähteestä ja käyttötarkoituksesta.

4. Vesitasoanturit

Vesitasoantureita voidaan asentaa kaivoon ja varastotankkiin.

Alhaisen veden tason anturi suojaa pumpun, kun kaivon veden taso laskee liian alas. Varastotankin tason anturi pysäyttää pumpun, kun varastotankki on täynnä.

Automaattinen ohjaus vähentää tarpeetonta toimintaa ja auttaa estämään pumpun vaurioitumisen.

5. Vesivarastotankki

Vesivarastotankki on usein käytännöllisempi vaihtoehto kuin akkupankki.

Auringonpaisteisina tunneina pumppu siirtää vettä tankkiin. Varastoitua vettä voidaan käyttää illalla, yöllä tai pilvisinä aikoina.

Tällä tavoin energia varastoidaan muodossa vettä eikä sähköä. Se yleensä vähentää järjestelmän kustannuksia ja huoltovaatimuksia.

6. Valinnainen akkujärjestelmä

Akkuja voidaan lisätä, kun vettä on pumpattava muulloin kuin päivänvalossa.

Akut kuitenkin lisäävät alkuinvestointia ja vaativat lisähoitoa. Akkukapasiteetti, latausteho, käyttölämpötila ja käyttöikä on kaikki otettava huomioon.

Monissa maatalous- ja kotitalousvesihankkeissa veden pumpkaaminen korkealle säiliöön päivän aikana on taloudellisempi ratkaisu.

Miten järjestelmä toimii päivän aikana?

Kun aurinkovalo saavuttaa aurinkopaneelit, ne alkavat tuottaa sähköä.

Säädin tarkistaa, riittävätkö saatavilla oleva jännite ja teho pumpun käynnistämiseen. Kun käynnistysolosuhteet täyttyvät, pumpun toiminta alkaa.

Voimakkaassa auringonpaisteessa pumpun toiminta lähestyy sen nimellistehoa. Kun aurinkosäteily heikkenee, säädin säätää toimintataajuutta tai moottorin nopeutta saatavilla olevan tehon mukaan.

Tämän seurauksena vesivirtaus voi vaihdella koko päivän aikana.

Pumppu tuottaa yleensä vähemmän vettä varhaisella aamulla ja myöhäisellä iltapäivällä, kun taas suurin tuotto saavutetaan yleensä päivän keskivaikeella.

Mitä tapahtuu pilvisinä päivinä?

Auringonpohjaiset pumput voivat edelleen toimia tietyissä pilvisissä olosuhteissa, mutta niiden suorituskyky riippuu saatavilla olevan auringonvalon voimakkuudesta.

Heikko pilvipeite voi vähentää vain pumppunopeutta ja virtausnopeutta. Tiukat pilvet voivat vähentää aurinkovoiman alle minimikäynnistysvaatimuksen, mikä saa ohjaimen pysäyttämään pumppun tilapäisesti.

Kun riittävästi auringonvaloa palaa, järjestelmä voi käynnistyä uudelleen automaattisesti.

Tästä syystä aurinkopumppujärjestelmät tulisi suunnitella päivittäisen vedenkulutuksen mukaan eikä pelkästään pumppun maksimivirtausnopeuden perusteella.

Oikean kokoisen vesitankin avulla voidaan myös varata vettä pilvisille jaksoille.

Kuinka aurinkopumppu toimii yöllä?

Suora aurinkopumppujärjestelmä pysähtyy yleensä auringonlaskun jälkeen, koska paneelit eivät enää tuota sähköä.

Yölliseen vesihuoltoon on kolme yleistä ratkaisua:

• Varaa vettä säiliöön päivän aikana.
• Lisää akkuja, jotta sähköä saadaan käytettävissä yöllä.
• Käytä hybridiohjainta, joka voi ottaa virtaa aurinkopaneeleilta, sähköverkosta tai generaatorista.

Suurimmassa osassa kastelua ja karjan juomakäyttöä päivällä tapahtuva pumpaus yhdessä veden varastoinnin kanssa on suositeltavin vaihtoehto.

Jatkuvaa pumpausta vaativiin sovelluksiin saattaa olla tarpeen hybridijärjestelmä tai akkuilla tuettu järjestelmä.

Miten oikea aurinkopumpujärjestelmä valitaan?

Aurinkopumpun valinta ei perustu pelkästään moottorin tehoon.

Järjestelmän valinnan edellyttää seuraavien tietojen vahvistamista:

Vedensiirto

Vesi voi tulla maapohjasta, kaivosta, joesta, lammen, varastovesialueelta tai säiliöstä. Vesilähde määrittää, sopiiko uppospumppu vai pinnanpumppu paremmin.

Kokonaistyöpaine

Kokonaissäteilevä pää sisältää:

• Pystysuora nostokorkeus
• Vaadittu ulostulopaine
• Putken kitkahäviö
• Vedenpinnan muutokset
• Etäisyys pumpusta poistopisteeseen

Putkien häviöiden jättäminen huomiotta voi johtaa riittämättömään virtaukseen asennuksen jälkeen.

Päivittäinen vedenkulutus

Järjestelmä tulee suunnitella päivittäisen kokonaisvedenmäärän mukaan.

Esimerkiksi kasteluprojekti saattaa vaatia korkeaa virtausnopeutta useita tunteja, kun taas karjan juomavesijärjestelmä saattaa vaatia pienempää, mutta tasaisempaa päivittäistä tarvetta.

Paikalliset aurinko-olosuhteet

Tehokkaiden auringonpaiste-tuntien määrä vaihtelee maan, vuodenajan ja asennuspaikan mukaan.

Alueelle, jossa on voimakas auringonpaiste koko vuoden, suunniteltu järjestelmä ei välttämättä tuota samaa tehoa alueella, jossa on pitkiä pilvisiä kausia.

Porakaivon tuotto

Pumpun virtaus ei saa ylittää kaivon kestävää vedenottokykyä.

Liian suuren pumpun valinta voi aiheuttaa nopean vedenpinnan laskun ja usein toistuvan kuivakäyntisuojauksen.

Voiko olemassa olevia vesipumppuja käyttää aurinkopaneelien kanssa?

Joissakin tapauksissa olemassa olevaa vaihtovirtapumppua voidaan käyttää aurinkopumpun invertterin avulla.

Kuitenkin invertteri, aurinkopaneelit ja pumppu on sovitettava toisiinsa asianmukaisesti. On tarkistettava moottorin käynnistysvaatimukset, nimellisvirta, käyttöjännite ja pumpun suorituskyky.

Aurinkopaneelien suora kytkeminen tavalliseen vaihtovirtapumpun ei ole suositeltavaa.

Uudelle projektille kokonaisen aurinkopumpun valitseminen tarjoaa yleensä paremman yhteensopivuuden ja suojan.

Verkosta riippumattoman aurinkopumpun keskeiset edut

Oikein suunniteltu aurinkopumpun järjestelmä tarjoaa useita etuja:

• Ei riippuvuutta julkisesta sähköverkosta
• Dieselpolttoaineen kulutuksen vähentäminen
• Pienemmät päivittäiset käyttökustannukset
• Automaattinen toiminta auringonpaisteisen ajan aikana
• Sopii kaukana sijaitseviin asennuksiin
• Laajennettava aurinkopaneelikonfiguraatio
• Vähäisempi huolto verrattuna generaattorijärjestelmiin
• Joustava käyttö maataloudessa, karjanhoitoon ja kotitalouksien vesihuoltoon

Näiden etujen saavuttaminen edellyttää kuitenkin oikeaa järjestelmän mitoitusta ja asennusta.

Johtopäätös

Aurinkopumpujärjestelmä toimii ilman sähköverkkovirtaa muuntamalla auringonvaloa sähköenergiaksi ja käyttämällä ohjainta tai invertteriä vedenpumpun käyttöön.

Järjestelmä voi toimia suoraan päivän aikana, varastoida vettä myöhempää käyttöä varten tai yhdistää aurinkoenergian akkujen, generaattorin tai verkkosähkön kanssa.

Luotettavan toiminnan avain ei ole pelkästään lisääntyneiden aurinkopaneelien asentaminen. Pumppu, ohjain, aurinkopaneelikenttä, vedenottokohta, kokonaiskorkeus ja päivittäinen vesitarve on otettava huomioon yhtenä kokonaisuutena.

AINAFLY tarjoaa aurinkojuuripumppuja, aurinkosukelluspumppuja ja mukautettuja aurinkopumpuratkaisuja maatalouskasteluun, karjan juomaveden hankintaan, kotitalouksien vesihuoltoon ja kaukana sijaitseviin projekteihin.

Ota yhteyttä AINAFLY-tiimiin saadaksesi sopivan pumpun ja aurinkopaneelikonfiguraation projektisi vaatimusten mukaan.