Как работает солнечная насосная система без подключения к электросети?

Доступ к надёжному электроснабжению по-прежнему остаётся проблемой во многих фермах, деревнях, строительных площадках и удалённых проектах водоснабжения. Однако водяной насос не всегда требует подключения к централизованной электросети.

А солнечный насос система использует энергию, вырабатываемую солнечными панелями, для работы водяного насоса. В зависимости от конструкции системы насос может работать напрямую в дневное время или использовать накопленную энергию при отсутствии солнечного света.

Итак, как работает солнечный водяной насос без подключения к электросети? В этой статье объясняются основные компоненты, принцип работы и важные факторы, учитываемые при проектировании автономной солнечной насосной системы.

Действительно ли солнечный насос работает без электричества?

Солнечный насос не работает без энергии. Вместо этого он работает без подключения к электросети.

Система преобразует солнечный свет в электрическую энергию с помощью фотогальванических солнечных панелей. Затем эта энергия регулируется солнечным контроллером насоса или инвертором и подаётся на водяной насос.

Другими словами, поток энергии выглядит так:

Солнечный свет → Солнечные панели → Контроллер насоса или инвертор → Водяной насос → Система хранения или распределения воды

Поскольку система сама вырабатывает электричество, она может работать в местах, где отсутствует подключение к электросети, снабжение электроэнергией ненадёжно или её подведение слишком дорого.

Основные компоненты солнечной насосной системы

Полная солнечная насосная система обычно включает следующие компоненты.

1. Солнечные панели

Солнечные панели улавливают солнечный свет и преобразуют его в постоянный ток.

Количество и мощность панелей зависят от нескольких факторов, в том числе от:

• Мощность насоса
• Требуемого расхода воды
• Общая высота подачи
• Местная солнечная радиация
• Ежедневные часы работы
• Сезонные погодные условия

Солнечная панель должна обеспечивать достаточное напряжение и мощность для запуска и работы насоса при нормальных условиях солнечного освещения.

2. Контроллер солнечного насоса

Контроллер является одной из самых важных частей системы солнечного водяного насоса.

Он регулирует электричество, вырабатываемое солнечными панелями, и обеспечивает стабильное питание насоса. Многие современные контроллеры солнечных насосов используют технологию отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), чтобы повысить эффективность использования энергии при изменении интенсивности солнечного света.

Контроллер солнечного насоса также может обеспечивать защиту от:

• Работа «на сухую»
• Перенапряжение
• Пониженное напряжение
• Перетока
• Перегрузка двигателя
• Обратная полярность
• Переполнения водяного резервуара

Эти функции защиты повышают надёжность системы и продлевают срок службы насоса.

3. Постоянный или переменный ток — водяной насос

Солнечные насосные системы могут использовать либо постоянного тока (DC), либо переменного тока (AC) насосы.

Насос постоянного тока (DC) обычно может напрямую получать питание от совместимого солнечного контроллера. Его часто применяют в небольших и средних системах благодаря простой конструкции и высокой эффективности преобразования энергии.

Для работы водяного насоса переменного тока (AC) требуется инвертор для солнечных насосов. Инвертор преобразует постоянный ток (DC), вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток (AC), подходящий для двигателя переменного тока.

Насос может быть:

• Глубинным скважинным погружной насос
• Поверхностным центробежным
• Солнечным ирригационным
• Насосом для сточных вод или дренажа
• Повышающим насосом

Правильный тип насоса зависит от источника воды и области применения.

4. Датчики уровня воды

Датчики уровня воды можно установить в скважине и в накопительном баке.

Датчик низкого уровня воды защищает насос при чрезмерном снижении уровня воды в скважине. Датчик уровня в баке останавливает насос при полном заполнении накопительного бака.

Автоматическое управление снижает излишнюю эксплуатацию и помогает предотвратить повреждение насоса.

5. Накопительный бак для воды

Накопительный бак для воды зачастую практичнее, чем аккумуляторная батарея.

В солнечные часы насос перекачивает воду в бак. Накопленную воду затем можно использовать вечером, ночью или в пасмурные периоды.

Такой подход сохраняет энергию в виде воды, а не электричества. Обычно это снижает стоимость системы и требования к техническому обслуживанию.

6. Дополнительная аккумуляторная система

Аккумуляторы можно добавить, если перекачка воды требуется вне светлых часов.

Однако аккумуляторы увеличивают первоначальные инвестиции и требуют дополнительного управления. Необходимо учитывать ёмкость аккумуляторов, характеристики зарядки, рабочую температуру и срок службы.

Для многих сельскохозяйственных и бытовых водоснабжающих проектов более экономичным решением является перекачка воды в резервуар, расположенный на возвышенности, в дневное время.

Как работает система в дневное время?

Когда солнечный свет достигает солнечных панелей, они начинают вырабатывать электричество.

Контроллер проверяет, достаточны ли доступное напряжение и мощность для запуска насоса. Как только выполняются условия запуска, насос начинает работать.

При интенсивном солнечном свете насос может работать ближе к своей номинальной производительности. При снижении солнечной радиации контроллер регулирует частоту работы или скорость двигателя в зависимости от доступной мощности.

В результате расход воды может меняться в течение дня.

Насос обычно перекачивает меньше воды ранним утром и поздним вечером, тогда как максимальная производительность достигается, как правило, в середине дня.

Что происходит в пасмурные дни?

Солнечные насосы могут продолжать работать при частичной облачности, однако их производительность зависит от интенсивности доступного солнечного света.

Лёгкая облачность может лишь немного снизить скорость работы насоса и расход воды. При плотной облачности вырабатываемая солнечная энергия может опуститься ниже минимального порога, необходимого для запуска, из-за чего контроллер временно остановит насос.

Как только достаточное количество солнечного света вернётся, система автоматически возобновит работу.

Поэтому системы солнечных насосов следует проектировать исходя из суточного водопотребления, а не только из максимального расхода насоса.

Правильно подобранный резервуар для воды также обеспечит запас на периоды пасмурной погоды.

Как работает солнечный насос ночью?

Прямая солнечная насосная система обычно прекращает работу после захода солнца, поскольку панели больше не вырабатывают электричество.

Существует три распространённых решения для водоснабжения в ночное время:

• Храните воду в резервуаре в дневные часы.
• Добавьте аккумуляторы для подачи электроэнергии ночью.
• Используйте гибридный контроллер, способный получать питание от солнечных панелей, электросети или генератора.

Для большинства систем орошения и поения скота предпочтительным вариантом является совмещение дневной перекачки с хранением воды.

Для задач, требующих непрерывной перекачки, может потребоваться гибридная система или система с поддержкой аккумуляторов.

Как выбрать правильную солнечную насосную систему?

Выбор солнечного насоса определяется не только мощностью двигателя.

Перед выбором системы необходимо уточнить следующую информацию:

Источник воды

Вода может поступать из артезианской скважины, колодца, реки, пруда, водохранилища или резервуара. Источник воды определяет, какой тип насоса — погружной или поверхностный — будет более подходящим.

Общая динамическая высота

Полный динамический напор включает в себя:

• Высоту вертикального подъёма
• Требуемое давление на выходе
• Потери на трение в трубопроводе
• Изменения уровня воды
• Расстояние между насосом и точкой сброса

Игнорирование потерь в трубопроводе может привести к недостаточному расходу после монтажа.

Суточный спрос на воду

Система должна проектироваться исходя из общего объёма воды, необходимого в сутки.

Например, для проекта орошения может потребоваться высокий расход в течение нескольких часов, тогда как система поения скота требует меньшего, но более стабильного суточного объёма.

Местные солнечные условия

Количество эффективных часов солнечного света зависит от страны, времени года и места установки.

Система, спроектированная для региона с интенсивным солнечным светом в течение всего года, может обеспечить меньшую выработку в районе с продолжительными пасмурными сезонами.

Дебит скважины

Расход насоса не должен превышать устойчивую производительность скважины.

Выбор насоса завышенной мощности может привести к быстрому снижению уровня воды и частому срабатыванию защиты от «сухого хода».

Можно ли использовать существующие водяные насосы совместно с солнечными панелями?

В некоторых случаях существующий переменного тока (AC) насос может работать через солнечный инвертер для насосов.

Однако инвертер, солнечные панели и насос должны быть правильно согласованы. Необходимо проверить требования к пуску двигателя, номинальный ток, рабочее напряжение и характеристики насоса.

Прямое подключение солнечных панелей к обычному насосу переменного тока не рекомендуется.

Для нового проекта выбор полной солнечной насосной системы обычно обеспечивает лучшую совместимость и защиту.

Ключевые преимущества автономной солнечной насосной системы

Правильно спроектированная солнечная насосная система может обеспечить несколько преимуществ:

• Независимость от общей электросети
• Снижение потребления дизельного топлива
• Снижение ежедневных эксплуатационных расходов
• Автоматическая работа в светлое время суток
• Подходит для удалённых установок
• Модульная конфигурация солнечных панелей
• Снижение затрат на техническое обслуживание по сравнению с системами на основе генераторов
• Гибкое применение в сельском хозяйстве, животноводстве и бытовом водоснабжении

Однако эти преимущества зависят от правильного подбора мощности системы и её грамотного монтажа.

Заключение

Солнечная насосная система работает без подключения к централизованной электросети: солнечный свет преобразуется в электрическую энергию, а контроллер или инвертор используют её для питания водяного насоса.

Система может работать напрямую в дневное время, накапливать воду для последующего использования или комбинировать солнечную энергию с аккумуляторами, генератором или сетевым электропитанием.

Ключ к надёжной работе — не просто установка большего количества солнечных панелей. Необходимо рассматривать насос, контроллер, солнечную батарею, источник воды, полный напор и суточный объём водопотребления как единый комплекс.

AINAFLY предлагает глубинные солнечные насосы, погружные солнечные насосы и индивидуальные решения по солнечному водоподъёму для орошения сельхозугодий, поения скота, бытового водоснабжения и удалённых проектов.

Обратитесь к команде AINAFLY, чтобы получить подходящую конфигурацию насоса и солнечных панелей, соответствующую требованиям вашего проекта.