Czy pompy wodne Demax Solar są wyposażone w inteligentne systemy sterowania?

Systemy pompowania wody za pomocą energii słonecznej działają na zasadzie przekształcania światła słonecznego w energię mechaniczną przy użyciu trzech podstawowych elementów: panelu fotowoltaicznego (PV), sterownika jednostki pompującej oraz silnika pompowego. Po narażeniu na światło słoneczne panele generują prąd stały (DC), który jest zarządzany przez sterownik pompy. Wykorzystują one technikę śledzenia punktu maksymalnej mocy (ang. Maximum Power Point Tracking, MPPT) do kontrolowania przepływu energii, zapewniając odbiór jak największej możliwej mocy z komórek niezależnie od natężenia promieniowania słonecznego. Pompy są zaprojektowane do pracy na prądzie stałym, a sterownik optymalizuje przepływ energii, aby zapewnić jej wykorzystanie do pompowania wody (czyli przeciwko „ujściu” energii – w tym przypadku wody). Takie połączenie dwóch elementów jest idealne do współpracy z dwoma podstawowymi typami pomp, które omówimy szczegółowo wkrótce. Pompy zanurzeniowe, umieszczane w pionowych otworach wiertniczych głębokich na ponad osiem (8) metrów, są najlepsze w zastosowaniach wymagających wysokiego lub niskiego przepływu oraz dużej wysokości podnoszenia. Pompy powierzchniowe są najbardziej odpowiednie w zastosowaniach wymagających niskiego lub wysokiego przepływu do celów nawadniania. Montuje się je na powierzchni i pobierają one wodę ze źródeł znajdujących się poniżej powierzchni (głębokość < 7 m), np. strumienia, stawu lub rzeki. Wybór między pompą powierzchniową a zanurzeniową zależy od konkretnych warunków hydrologicznych oraz wymagań dotyczących wysokości podnoszenia w danym miejscu. W zastosowaniach płytkich pompy powierzchniowe zapewniają przepływ o 20–30% większy niż pompy zanurzeniowe, podczas gdy pompy zanurzeniowe zapewniają lepszą stabilność ciśnienia w przypadku głębokich studni.

Sprawność konwersji energii: pompy wodne słoneczne prądu stałego (DC) vs prądu przemiennego (AC)

Pompy prądu stałego (DC) są podłączone bezpośrednio do paneli słonecznych. Jest to dodatkowa zaleta, ponieważ nie jest wymagana konwersja energii, a straty energii są minimalizowane; w związku z tym średnia sprawność dziennej pracy wynosi około 92 %. W systemach prądu przemiennego (AC) sprawność może być tak niska jak 78–85 %, ze względu na dodatkowy etap konwersji przy użyciu falownika. Ponadto w przypadku zastosowań pompowych przy głębokościach przekraczających 50 m pompy zanurzeniowe prądu stałego (DC) zapewniają przewagę energetyczną wynoszącą około 15 % na każdy kWh w porównaniu do odpowiednich pomp zanurzeniowych prądu przemiennego (AC). Systemy prądu przemiennego (AC) mają zaletę kompatybilności z dodatkowym (sieciowym) zasilaniem elektrycznym, jednak w lokalizacjach odległych, gdzie brak jest dostępu do energii elektrycznej, pompy prądu stałego (DC) są najbardziej opłacalne i niezawodne w długim okresie użytkowania.

Zalety stosowania systemów pomp wodnych słonecznych w rolnictwie oraz w sytuacjach pozamacierzowych

Brak kosztów paliwa, prosta konserwacja i technologia ekologiczna.  

Dzięki tym nowym pompom słonecznym nigdy więcej nie będzie trzeba kupować paliwa ani korzystać z energii z sieci elektrycznej. Oznacza to, że koszty eksploatacji można obniżyć o 60–80% w porównaniu do tradycyjnych pomp dieselowych i elektrycznych. Ze względu na swoje rozwiązanie konstrukcyjne nie posiadają one żadnych silników spalinowych. Liczba ich ruchomych części wynosi mniej niż 5, a cała elektronika jest typu stanowego (solid-state). Wymagania serwisowe są minimalne – w większości przypadków wystarcza jednorazowa roczna inspekcja. Należy myć panele słoneczne po zabrudzeniu oraz przewody ssawne – w szczególności filtry, które mogą się zatkać. Podczas pracy nie emitują one dwutlenku węgla. W rzeczywistości pozwalają one na eliminację od dwóch do pięciu ton gazów cieplarnianych rocznie. Nie należy obawiać się zanieczyszczenia wody przez wycieki paliwa lub zanieczyszczenia pochodzące od odpływu z generatora. Wiele certyfikowanych systemów zaprojektowano tak, aby wytrzymywać ekstremalne warunki eksploatacyjne, takie jak upał, pył czy wilgotne środowisko. Trwanie bezprzerwowej i niezawodnej pracy przez okres do 15 lat nie jest czymś nietypowym.

To pozwoli im wdrożyć rozwiązania rolnicze umożliwiające długoterminową integrację strategii zrównoważonego rozwoju w różnorodnych regionach rolniczych na całym świecie.

Niepodległość energetyczna dla odległych gospodarstw rolnych, wiosek i projektów irygacyjnych

Pompy wody napędzane energią słoneczną zapewniają osobom poza siecią energetyczną pełną niezależność systemów. Dzięki nim odlegli rolnicy mogą nawadniać swoje pola nawet w okresach suszy. Dane empiryczne w pewnym stopniu potwierdziły skuteczność tej praktyki. Zgłaszano, że w okresach suszy plony mogą wzrosnąć o 15–30 procent dzięki zastosowaniu tej metody nawadniania. Dodatkowo, dla odległych społeczności wiejskich nieprzerwany dostęp do wody pitnej oraz możliwość utrzymania zwierząt gospodarskich zmniejsza presję wynikającą z nieregularnych dostaw paliwa transportowego oraz zakłóceń w dostawie energii elektrycznej. Co więcej, w suchych obszarach rolniczych systemy paneli słonecznych można dopasować do wielkości gospodarstwa bez konieczności budowy rozległych, kosztownych i czasochłonnych systemów nawadniania wymagających znacznych zmian terenu. W przeciwieństwie do systemów nawadniania napędzanych paliwem, systemy napędzane energią słoneczną nie ulegają awarii podczas burz ani braku paliwa, co czyni je niezawodnym rozwiązaniem dla społeczności, które przez dziesięciolecia cierpiały na długotrwałe susze i walczyły o niezawodny dostęp do wody.

Wybór odpowiedniego rozmiaru i typu słonecznej pompy wodnej do własnych potrzeb

Dzienna ilość wody, całkowita wysokość podnoszenia, przepływ oraz nasłonecznienie

Wymiarowanie systemu opiera się na następujących czterech wzajemnie zależnych czynnikach:

Dzienne zapotrzebowanie na wodę (litrów/dzień) wpływa na czas pracy systemu oraz na wymaganą pojemność zbiornika magazynowego. Na przykład uprawa warzyw na powierzchni 1 hektara zwykle wymaga 50 000–70 000 litrów wody dziennie.

Całkowita wysokość dynamiczna – czyli suma wysokości podnoszenia pionowego oraz strat ciśnienia spowodowanych oporem przepływu w rurociągu – określa typ oraz moc wymaganej pompy. Pompy powierzchniowe są stosowane przy wysokości podnoszenia mniejszej niż 10 m. W przypadku większych wymagań konieczne staje się zastosowanie pompy zanurzeniowej.

Przepływ (l/min) jest ograniczony wydajnością źródła wody. Na przykład, jeśli studnia ma trwałą szybkość uzupełniania się wody wynoszącą 5 galonów na minutę (GPM), a pobierana ilość przekracza tę wartość, to marnowana jest energia; z kolei pobieranie w ilości mniejszej niż ta wartość prowadzi do obniżenia poziomu wody w studni.

Nasłonecznienie (kWh/m²/dzień) jest głównym czynnikiem decydującym o rozmiarze instalacji fotowoltaicznej. Na przykład w stanie Arizona, gdzie wartość nasłonecznienia wynosi 6,0 kWh/m²/dzień, potrzebna jest mniejsza powierzchnia paneli PV niż w Niemczech, gdzie wynosi ona 3,0 kWh/m²/dzień i tam konieczne jest zwiększenie rozmiaru instalacji.

Przykładowe wpływy tych parametrów na projekt systemu są następujące:
Dzienne zapotrzebowanie na wodę – określa czas pracy pompy oraz pojemność zbiornika magazynowego
Całkowity dynamiczny ciśnieniowy napór – określa klasę mocy pompy oraz typ wymaganej pompy.

Aby system działał prawidłowo, wszystkie cztery parametry muszą zostać dokładnie oszacowane. W przypadku ich niedoszacowania system będzie podlegał chronicznemu, poniżej średniego poziomu funkcjonowaniu, np. spowodowanemu stresem roślin wskutek niewystarczającego przepływu wody lub nieukończeniem cykli nawadniania z powodu braku wody. Dopasowanie wydajności pompy do rozmiaru instalacji paneli fotowoltaicznych oraz wymagań dotyczących zasilania rezerwowego z akumulatorów (jeśli takie istnieją)

Istotne jest, aby komponenty systemu pasowały do siebie w odpowiedni sposób. Powszechnym podejściem obowiązującym w branży jest dobór optymalnych kombinacji z zapasem mocy wynoszącym około 30–50%. Eksploatacja pompy o mocy 2 HP (1,5 kW) przy użyciu około 3 kW paneli słonecznych jest dopuszczalna. Sezonowość działalności gospodarczej zależy od zmniejszenia nasłonecznienia, co pozwala dostarczyć wystarczającą ilość energii słonecznej do zasilania pompy. Dodatkowe akumulatory zwiększą koszty o 20–35%, ale umożliwią działanie systemu w nocy, co ma kluczowe znaczenie np. przy harmonogramach nawadniania zwierząt. Ponadto akumulatory tracą pewną ilość energii przy każdym cyklu ładowania i rozładowania. Jeśli jedynym wymaganiem jest nawadnianie w ciągu dnia (np. do celów irygacji), zastosowanie systemu prądu stałego (DC) pozwoli zrezygnować z falownika. Dzięki temu wydajność systemu wzrośnie o około 15% w porównaniu do systemu prądu przemiennego (AC). Nie zapomnij również o najważniejszym elemencie: upewnij się, że pompa jest zgodna z wymaganiami systemu pod względem ciśnienia i wydajności przepływu — w przeciwnym razie rzeczywista wydajność systemu spadnie o 40%, jeśli nie będzie on funkcjonował zgodnie z założeniem projektowym.

Przydatne narzędzia, takie jak przewodniki do doboru pomp słonecznych, upraszczają proces doboru, zapewniając jednocześnie opcje pomp dostosowane do lokalnych warunków i unikając nadmiernego komplikowania sprawy lub proponowania urządzeń zbyt małych do danego zadania.

Problemy związane z instalacją, konserwacją oraz rzeczywistą wydajnością

Uzyskanie dobrych rezultatów przez długi czas zależy w istocie od jakości wykonania instalacji i konserwacji. Co należy zrobić? Szczegółowe zaplanowanie lokalizacji jest kluczowe. Należy przeanalizować różne parametry terenu, takie jak ukształtowanie powierzchni, pokrycie roślinne, sezonowe rozkładanie promieniowania słonecznego oraz przepływ wody. Jest to kluczowe dla skutecznego rozmieszczenia paneli słonecznych oraz minimalizacji potrzeby ponownego ustawiania pomp. Należy zapewnić minimalne drgania w systemie, aby uniknąć zużycia. Warto zainwestować w obudowy o stopniu ochrony IP68 oraz złącza uszczelnione przed wilgocią i promieniowaniem UV. Jest to szczególnie ważne w obszarach oddalonych oraz w miejscach o wysokiej wilgotności lub dużej zawartości pyłu.

W zakresie konserwacji należy ją przeprowadzać co najmniej raz na trzy miesiące. Zawsze należy zacząć od mycia paneli. Czyszczenie paneli zwiększa ich zdolność do zbierania energii o 15–25%, co sprawia, że warto poświęcić na to 5–10 minut. Istotne jest również czyszczenie filtrów dopływowych, aby uniknąć problemów z zatkaniem. Na koniec należy regularnie kontrolować rurociągi pod kątem wycieków. Jest to ważne, ponieważ pomijanie wycieków powoduje ich pogorszenie się wraz z upływem czasu. Regularna kontrola wycieków jest konieczna, aby uniknąć poważnych problemów w przyszłości. Konserwujemy nasze systemy i obserwowaliśmy ich bezawaryjną pracę w różnych środowiskach, w tym w systemach zasilanych energią słoneczną zainstalowanych na gorących farmach pustynnych w Radżastanie. Systemy są niezawodne i zapewniają stałą wydajność z jednego sezonu na następny. Przy przestrzeganiu harmonogramu konserwacji systemy pozostają sprawne przez 95% czasu, również w warunkach ekstremalnych pogody. Jest to kluczowe dla nawadniania upraw, dostarczania czystej wody do społeczności oraz zapewnia niezawodności niezależnie od warunków pogodowych.

Często zadawane pytania

Jakie są główne elementy pomp słonecznych do wody? Główne elementy to panele fotowoltaiczne, jednostka sterująca pompą oraz silnik przemieszczający wodę.

Jakie pompy są wykorzystywane w systemach pompowania wody za pomocą energii słonecznej? Pompy klasyfikuje się jako zanurzeniowe lub powierzchniowe: pompy zanurzeniowe stosuje się w przypadku głębokich studni, natomiast pompy powierzchniowe – w przypadku płytkich studni.

Jakie są cechy konfiguracji pomp słonecznych prądu stałego (DC) i prądu przemiennego (AC)? Systemy DC są bardziej wydajne niż systemy AC ze względu na brak falownika, co czyni bezpośrednie połączenie z panelami słonecznymi bardziej efektywnym pod względem zużycia energii.

Jakie korzyści daje stosowanie pomp słonecznych w rolnictwie? Są one korzystne, ponieważ nie trzeba martwić się kosztami paliwa, konserwacja jest minimalna, pompy są bardziej przyjazne dla środowiska niż inne rozwiązania, a także doskonale sprawdzają się w obszarach, gdzie wymagana jest niezależność energetyczna.

Przy wyborze odpowiedniej pompy słonecznej do wody, na co należy zwrócić uwagę? Przy określaniu rozmiaru systemu należy starannie wziąć pod uwagę całkowity dynamiczny ciśnieniowy wysokość podnoszenia (TDH), przepływność, dzienne zapotrzebowanie na wodę oraz nasłonecznienie.