Як працює сонячна насосна система без електромережі?

Доступ до надійної електроенергії залишається проблемою для багатьох ферм, сіл, будівельних майданчиків та віддалених проектів водопостачання. Однак водяний насос не завжди потребує підключення до загальної електромережі.

А сонячний насос система використовує енергію, отриману від сонячних панелей, для роботи водяної помпи. Залежно від конструкції системи, помпа може працювати безпосередньо вдень або використовувати накопичену енергію, коли сонячне світло недоступне.

Отже, як працює сонячна водяна помпа без електромережі? У цій статті пояснюються основні компоненти, процес роботи та важливі фактори, що враховуються при проектуванні автономної сонячної насосної системи.

Чи справді сонячна помпа працює без електроенергії?

Сонячний насос не працює без енергії. Натомість він працює без електроенергії з мережі.

Система перетворює сонячне світло на електричну енергію за допомогою фотоповерхневих сонячних панелей. Цю енергію потім керує контролер сонячного насоса або інвертор і подає на водяний насос.

Іншими словами, потік енергії такий:

Сонячне світло → Сонячні панелі → Контролер сонячного насоса або інвертор → Водяний насос → Система зберігання або розподілу води

Оскільки система виробляє власну електричну енергію, вона може працювати в місцях, де немає доступу до мережі, де живлення нестабільне або його встановлення є надто коштовним.

Основні компоненти системи сонячного насоса

Повна система сонячного насоса зазвичай включає такі компоненти.

1. Сонячні панелі

Сонячні панелі збирають сонячне світло й перетворюють його на постійний струм.

Кількість та потужність панелей залежать від кількох факторів, у тому числі:

• Потужність насоса
• Необхідна витрата води
• Загальний напір насоса
• Локальна сонячна радіація
• Щоденні години роботи
• Сезонні погодні умови

Сонячна панель повинна забезпечувати достатню напругу та потужність для запуску й роботи насоса за звичайних умов освітлення.

2. Контролер сонячного насоса

Контролер є однією з найважливіших частин системи сонячного водопостачання.

Він регулює електричну енергію, яку виробляють сонячні панелі, й забезпечує стабільне живлення насоса. Багато сучасних контролерів сонячних насосів використовують технологію відстеження максимальної потужності (MPPT), щоб покращити використання енергії під час змін сонячного світла.

Контролер сонячного насоса також може забезпечувати захист від:

• Роботи «на суху»
• Перенапруга
• Знижена напруга
• Надтоки
• Перевантаження мотора
• Зворотна полярність
• Переповнення водяного бака

Ці функції захисту сприяють підвищенню надійності системи та збільшенню терміну служби насоса.

3. Постійний або змінний струм для водяного насоса

Сонячні насосні системи можуть використовувати або постійний струм (DC), або змінний струм (AC) для водяних насосів.

Насос постійного струму (DC) зазвичай може отримувати живлення безпосередньо від сумісного сонячного контролера. Його часто використовують у невеликих і середніх за розміром системах через просту конструкцію та ефективне перетворення енергії.

Для водяного насоса змінного струму (AC) потрібен інвертор сонячного насоса. Інвертор перетворює постійний струм, що виробляється панелями, на змінний струм, придатний для двигуна змінного струму.

Насос може бути:

• Глибоким свердловинним підводна насосна станція
• Поверхневим центробіжним
• Сонячним іригаційним насосом
• Насос для стічних або дренажних вод
• Підвищувальний насос

Правильний тип насоса залежить від джерела води та сфери застосування.

4. Датчики рівня води

Датчики рівня води можна встановлювати в колодязі й у резервуарі для зберігання води.

Датчик низького рівня води захищає насос, коли рівень води в колодязі стає надто низьким. Датчик рівня води в резервуарі зупиняє насос, коли резервуар наповнюється повністю.

Автоматичне керування зменшує непотрібну роботу й сприяє запобіганню пошкодженню насоса.

5. Резервуар для зберігання води

Резервуар для зберігання води часто є більш практичним рішенням, ніж банк акумуляторів.

У сонячні години насос перекачує воду в резервуар. Збережена вода потім може використовуватися ввечері, вночі або під час похмурих періодів.

Цей підхід зберігає енергію у вигляді води, а не електрики. Зазвичай це зменшує вартість системи та вимоги до обслуговування.

6. Додаткова акумуляторна система

Акумулятори можна додати, коли воду потрібно перекачувати поза годинами світлового дня.

Однак акумулятори збільшують початкові інвестиції й вимагають додаткового управління. Потрібно враховувати ємність акумуляторів, продуктивність заряджання, робочу температуру та термін служби.

Для багатьох сільськогосподарських та побутових водопостачальних проектів перекачування води в підняті резервуари протягом дня є економічнішим рішенням.

Як працює система протягом дня?

Коли сонячне світло потрапляє на сонячні панелі, вони починають виробляти електрику.

Контролер перевіряє, чи достатньо доступної напруги та потужності для запуску насоса. Як тільки виконуються умови запуску, насос починає працювати.

Під сильним сонячним світлом насос може працювати ближче до своєї номінальної потужності. Коли сонячне випромінювання зменшується, контролер регулює робочу частоту або швидкість двигуна залежно від наявної потужності.

У результаті витрата води може змінюватися протягом дня.

Зазвичай вранці та увечері насос подає менше води, тоді як найвищу продуктивність досягає приблизно опівдні.

Що відбувається в похмуру погоду?

Сонячні насоси все ще можуть працювати за частково похмурої погоди, але їх ефективність залежить від інтенсивності доступного сонячного світла.

Легке хмарне покриття може лише знизити швидкість насоса та витрату води. При густій хмарності сонячна потужність може впасти нижче мінімального рівня, необхідного для запуску, через що контролер тимчасово зупинить насос.

Коли достатньо сонячного світла повернеться, система автоматично перезапуститься.

Саме тому системи сонячних насосів слід проектувати з урахуванням добової потреби у воді, а не лише максимальної витрати насоса.

Правильно підібраний резервуар для води також може забезпечити запас на випадок похмурих періодів.

Як сонячний насос працює вночі?

Пряма сонячна насосна система зазвичай припиняє роботу після заходу сонця, оскільки панелі більше не виробляють електроенергію.

Існує три поширені рішення для водопостачання вночі:

• Зберігати воду в резервуарі протягом світлої частини доби.
• Додати акумулятори для забезпечення електроенергією вночі.
• Використовувати гібридний контролер, який може отримувати живлення від сонячних панелей, мережі або генератора.

Для більшості систем поливу та водопостачання для худоби найкращим варіантом є перекачування води вдень із одночасним її зберіганням.

Для застосувань, що потребують безперервного перекачування, може знадобитися гібридна або акумуляторна система.

Як правильно обрати сонячну насосну систему?

Вибір сонячного насоса залежить не лише від потужності двигуна.

Перед вибором системи слід підтвердити таку інформацію:

Водяний джерело

Вода може надходити з артезіанської свердловини, криниці, річки, ставка, резервуара або накопичувального бака. Джерело води визначає, який тип насоса — занурений чи поверхневий — є більш підходящим.

Загальний динамічний напір

Загальний динамічний напір включає:

• Вертикальну висоту підйому
• Необхідний тиск на виході
• Втрати тиску через тертя в трубопроводі
• Зміни рівня води
• Відстань між насосом і точкою випуску

Ігнорування втрат у трубопроводі може призвести до недостатнього потоку після встановлення.

Щоденна потреба у воді

Систему слід проектувати з урахуванням загального обсягу води, необхідного за добу.

Наприклад, система крапельного зрошення може вимагати високої продуктивності протягом кількох годин, тоді як система водопостачання для худоби може вимагати меншого, але стабільнішого щоденного постачання.

Місцеві сонячні умови

Кількість ефективних годин сонячного світла залежить від країни, пори року та місця встановлення.

Система, спроектована для регіону з інтенсивним сонячним світлом протягом усього року, може не забезпечувати такої самої потужності в районі з тривалими похмурими періодами.

Дебіт свердловини

Продуктивність насоса не повинна перевищувати стійку продуктивність свердловини.

Вибір надмірно потужного насоса може призвести до швидкого зниження рівня води та частого спрацьовування захисту від сухого ходу.

Чи можна використовувати існуючі водяні насоси разом із сонячними панелями?

У деяких випадках існуючий змінного струму насос може працювати за допомогою інвертора сонячного насоса.

Однак інвертор, сонячні панелі та насос мають бути правильно підібрані. Необхідно перевірити вимоги до запуску двигуна, номінальний струм, робочу напругу та продуктивність насоса.

Підключення сонячних панелей безпосередньо до звичайного насоса змінного струму не рекомендується.

Для нового проекту вибір повної системи сонячного водопостачання зазвичай забезпечує кращу сумісність та захист.

Ключові переваги автономної системи сонячного водопостачання

Належно спроектована система сонячного водопостачання може забезпечити кілька переваг:

• Відсутність залежності від загальної електромережі
• Знижене споживання дизельного палива
• Знижені щоденні експлуатаційні витрати
• Автоматична робота під час сонячних годин
• Підходить для віддалених установок
• Модульна конфігурація сонячних панелей
• Зменшена потреба в обслуговуванні порівняно з генераторними системами
• Гнучке використання для сільського господарства, утримання худоби та побутового водопостачання

Однак ці переваги залежать від правильної розмірності та встановлення системи.

Висновок

Сонячна насосна система працює без підключення до мережі, перетворюючи сонячне світло на електричну енергію й використовуючи контролер або інвертор для живлення водяного насоса.

Система може працювати безпосередньо протягом денного світла, зберігати воду для подальшого використання або поєднувати сонячну енергію з акумуляторами, генератором або мережевою електроенергією.

Ключем до надійної роботи є не просто встановлення більшої кількості сонячних панелей. Насос, контролер, сонячна арка, джерело води, загальний напір та добова потреба у воді мають розглядатися як єдина повна система.

AINAFLY надає сонячні глибокі колодязні насоси, сонячні занурювальні насоси та індивідуальні сонячні насосні рішення для зрошування в сільському господарстві, поїння худоби, побутового водопостачання та віддалених проектів.

Зверніться до команди AINAFLY, щоб отримати відповідний насос і конфігурацію сонячних панелей залежно від вимог вашого проекту.