Ali so sončne vodne črpalke Demax opremljene z inteligentnimi krmilnimi sistemi?

Sončni sistemi za črpanje vode delujejo na načelu pretvorbe sončne svetlobe v mehansko energijo z uporabo treh osnovnih sestavnih delov: fotonapetostne (PV) plošče, regulatorja črpalka in motorja za črpanje vode. Ko so plošče izpostavljene sončni svetlobi, proizvedejo enosmerni električni tok (DC), ki ga nadzoruje regulator črpalke. Za upravljanje pretoka energije uporabljajo tehniko sledenja najvišji točki moči (angl. Maximum Power Point Tracking, MPPT), s katero iz celic izvlečejo najboljši možen izkoristek, ne glede na intenzivnost sončne svetlobe. Črpalke so zasnovane za delovanje na enosmernem električnem toku, regulator pa optimizira pretok energije, da se energija učinkovito prenese na energetski ponor (tj. vodo). Ta skupna konfiguracija je idealna za uporabo z dvema osnovnima tipoma črpalk, ki ju bomo podrobneje obravnavali v nadaljevanju. Potopne črpalke, ki se namestijo v navpične bušbine globine več kot osem (8) metrov, so najprimernejše za aplikacije, ki zahtevajo visok ali nizek pretok ter veliko višino dvigovanja. Nadzemne črpalke so najprimernejše za aplikacije z nizkim ali visokim pretokom za namene namakanja. Te črpalke so nameščene na površini in zajemajo vodo iz podpovršinskega vodnega telesa (–<7 m) v potoku, jezeru ali reki. Izbira med nadzemno in potopno črpalko je odvisna od specifičnih hidroloških razmer in zahtev glede višine dvigovanja na določenem mestu. V plitvih aplikacijah nadzemne črpalke zagotavljajo za 20–30 % večji pretok, medtem ko potopne črpalke v primeru globokih vrtin zagotavljajo bolj zanesljiv tlak.

Učinkovitost pretvorbe energije: enosmerni (DC) in izmenični (AC) sončni vodni črpali

Enosmerni (DC) črpali se neposredno priključijo na sončne panеле. To je dodatna prednost, saj ni potrebna pretvorba in izgube energije so zmanjšane; zato znašajo dnevne učinkovitosti približno 92 %. Izmenični (AC) sistemi imajo zaradi dodatnega koraka pretvorbe z inverterjem učinkovitosti le 78 do 85 %. Poleg tega imajo DC potopne črpale pri črpanju na višino več kot 50 m energetsko prednost približno 15 % na kWh glede na ustrezne AC potopne črpale. AC sistemi imajo prednost združljivosti z drugotnim (omrežnim) električnim napajanjem, vendar so za uporabo na oddaljenih lokacijah brez električne energije DC črpale najbolj ekonomične in zanesljive na dolgi rok.

Prednosti uporabe sončnih vodnih črpalk v kmetijstvu in izven omrežnih situacij

Brez stroškov goriva, preprosta vzdrževanja in ekološka tehnologija.  

Z temi novimi sončnimi črpalkami nikoli več ne boste morali kupovati goriva ali uporabljati električne energije iz omrežja. To pomeni, da boste lahko znižali stroške obratovanja za 60 % do 80 % v primerjavi s tradicionalnimi dizelskimi in električnimi črpalkami. Zaradi svoje konstrukcije niso opremljene z nobenim gorivnim motorjem. Število gibljivih delov je manj kot pet, vsa elektronika pa je trdno stanje (solid-state). Zahtevane vzdrževalne dejavnosti so minimalne. Večinoma bo zadostovala letna pregledna preveritev. Sončne panеле je treba umiti, ko postanejo umazane, enako velja tudi za vhode – za filtre, ki se morda zamašijo. Med obratovanjem ne izpuščajo nobenega ogljikovega dioksida. Pravzaprav vsako leto odstranijo od dveh do petih ton toplogrednih plinov. Ne boste se morali skrbeti, da bi se vaša voda onesnažila zaradi morebitnih izlivov goriva ali onesnaženja iz generatorjev. Številni certificirani sistemi so zasnovani tako, da zdržijo izjemno zahtevne obratovalne pogoje, kot so npr. ekstremno visoke temperature, prašne in vlažne okolja. Trdno in neprekinjeno obratovanje do 15 let ni redkost.

To bo omogočilo izvajanje kmetijskih rešitev za dolgoročno vključevanje strategij trajnostnosti na različnih kmetijskih območjih po vsem svetu.

Energetska neodvisnost za oddaljene kmetije, vasice in projekte za namakovanje

Sončne črpalke za vodo posameznikom brez omrežja zagotavljajo popolno neodvisnost sistemov. S temi črpalkami lahko oddaljeni kmetje napajajo svoja polja tudi v sušnih obdobjih. Empirični dokazi so to prakso v določeni meri utemeljili. Poročali so, da se v sušnih obdobjih pride do povečanja pridelkov za 15 do 30 odstotkov z uvedbo te metode namakanja. Poleg tega neprekinjen dostop do pitne vode ter možnost vzdrževanja živine za oddaljene podeželske skupnosti zmanjšata tlak, povezan z nepravilnimi dobavami transportnega goriva in izpadom električne energije. Še več, v sušnih kmetijskih območjih lahko sončne elektrarne prilagodimo velikosti kmetijskega podjetja brez obsežnih, dragih in časovno zahtevnih sistemov za namakanje, ki spremenijo relief. V nasprotju s sistemi za namakanje na gorivo sončni sistemi ne odpovedujejo med nevihtami in pomanjkanjem goriva, kar jih naredi zanesljivimi sistemi v skupnostih, ki so že desetletja trpele dolga sušna obdobja in borile za zanesljiv dostop do vode.

Izbira ustrezne velikosti in vrste sončne vodne črpalke za vaše potrebe

Dnevna količina vode, skupna višinska razlika, pretok in sončna obsevanost

Dimenzioniranje sistema temelji na naslednjih štirih medsebojno povezanih dejavnikih:

Dnevna potreba po vodi (litri/dan) vpliva na to, kako dolgo mora sistem delovati, in kako velik mora biti sistem za shranjevanje. Na primer, za poljedelstvo z zelenjavo na površini 1 hektar je običajno potrebnih 50.000–70.000 L/dan.

Skupna dinamična višinska razlika, ki zajema navpični dvig in izgube tlaka zaradi trenja v ceveh, določa vrsto in moč potrebne črpalke. Površinske črpalke so primerni za višinske razlike <10 m. Za večje zahteve je potrebna potopna črpalka.

Pretok (L/min) je omejen z zmogljivostjo vodnega vira. Na primer, če ima vodnjak trajnostno hitrost ponovnega napolnjevanja 5 GPM (galonov na minuto), in če ta hitrost presegate, zapravljate električno energijo; če pa je vaš pretok nižji, bo prišlo do znižanja nivoja vode v vodnjaku.

Sončna insolacija (kWh/m²/dan) je glavni odločilni dejavnik za velikost fotovoltaičnega (FV) polja. Na primer, če Arizona ima 6,0 kWh/m²/dan, potrebuje manjšo površino FV polja kot Nemčija, ki ima 3,0 kWh/m²/dan, kjer morajo FV polje povečati.

Primer vpliva na načrtovanje sistema za posamezne parametre je naslednji:
Dnevne potrebe po vodi – določajo čas delovanja črpalke in velikost rezervoarja
Skupni dinamični tlak – določa močno razred črpalke in vrsto črpalke, ki je potrebna.

Za ustrezno delovanje sistema je treba natančno oceniti vsa štirje parametre. Če jih podcenimo, bo sistem izpostavljen kroničnemu podpovprečnemu delovanju, na primer stresu rastlin zaradi nezadostnega pretoka vode ali nepopolnjenim zalivnim ciklom sistema zaradi pomanjkanja vode. Usklajevanje zmogljivosti črpalke z velikostjo FV polja in zahtevami po rezervni bateriji (če obstaja)

Zelo pomembno je, da se sestavni deli sistema pravilno ujemajo med seboj. V industriji je običajen pristop, da se idealne kombinacije poveča za približno 30–50 %. Delovanje črpalke z močjo 2 HP (1,5 kW) z okoli 3 kW sončnih panelov je povsem sprejemljivo. Sezonskost poslovanja temelji na zmanjšanju sončne svetlobe, da bi zagotovili dovolj sončne energije za delovanje črpalke. Dodatne baterije bodo stale za 20–35 % več, vendar bodo omogočile delovanje sistema tudi ponoči, kar je pomembno za stvari, kot so na primer razporedi zalivanja živali. Poleg tega baterije izgubijo nekaj energije pri vsakem ciklu polnjenja in razprazitve. Če je edina potreba po zalivanju med dnevom (npr. za namen napajanja), bo uporaba enosmernega (DC) sistema odpravila potrebo po pretokovniku (inverterju). S tem se bo učinkovitost sistema izboljšala za približno 15 % v primerjavi z izmeničnim (AC) sistemom. In ne pozabite na najpomembnejši del: zagotovite, da je črpalka združljiva z zahtevami sistema glede tlaka in pretoka; sicer se bo dejanska učinkovitost zmanjšala za 40 %, če sistem ne bo deloval kot predvideno.

Uporabna orodja, kot so vodniki za izbiro sončnih črpalk, poenostavijo izbirni proces in hkrati ponudijo možnosti črpalk na podlagi lokalnih razmer, pri čemer se izognejo nepotrebni zapletenosti ali ponujanju opreme, ki je za določeno naloge premajhna.

Namestitev, vzdrževanje in praktični problemi delovanja

Doseči dobre rezultate na dolgo časa je v resnici odvisno od tega, kako se izvede namestitev in vzdrževanje. Kaj je potrebno storiti? Temeljito načrtovanje lokacije je ključnega pomena. Preučite različne parametre zemljišča, kot so relief, vegetacijska pokritost, sezonska porazdelitev sončne radiacije in tok vode. To je ključnega pomena za učinkovito namestitev sončnih panelov ter za zmanjšanje potrebe po ponovni namestitvi črpalk. Zagotovite minimalno gibanje v sistemu, da se izognete obrabi. Investirajte v ohišja z zaščitnim razredom IP68 ter v vlažnostjo in UV-žarki odporna priključna sredstva. To je še posebej pomembno v oddaljenih območjih ter v območjih z visoko vlažnostjo ali visoko koncentracijo prahu.

Kar se vzdrževanja tiče, naj bi se izvajalo vsaj vsakih tri mesece. Vzdrževanje vedno začnite z umivanjem panelov. Čiščenje panelov poveča njihovo sposobnost zajemanja energije za 15 % do 25 %, kar naredi to 5–10-minutno opravilo vredno truda. Pomembno je tudi čistiti vhodne filtre, da se preprečijo zamašitve. Nazadnje je treba nadzorovati morebitne uhajanja v ceveh. To je pomembno, ker se uhajanja s časom poslabšajo, če jih prezremo. Preverjanje uhajanj je nujno, da se v prihodnosti izognemo večjim težavam. Naše sisteme redno vzdržujemo in opazujemo njihovo delovanje v različnih okoljih, vključno s sončnimi sistemi, nameščenimi na vročih puščavnih kmetijah v Radžastanu. Sistemi so zanesljivi in delujejo enako učinkovito od ene letne dobe do druge. Če se vzdrževalni urnik strogo upošteva, so sistemi v obratovanju 95 % časa, tudi ob ekstremnih vremenskih razmerah. To je ključno za zalivanje pridelkov, oskrbo skupnosti z čisto vodo ter zagotavlja zanesljivost ne glede na vremenske razmere.

Pogosta vprašanja

Kateri so glavni sestavni deli sončnih vodnih črpalk? Glavni sestavni deli vključujejo fotovoltaične plošče, krmilno enoto za črpalko ter motor, ki premika vodo.

Katere črpalke se uporabljajo v sončnih sistemih za črpanje vode? Črpalke so razdeljene na potopne in površinske, pri čemer se potopne črpalke uporabljajo za globoke vodnjake, površinske pa za plitve vodnjake.

Kakšne so značilnosti konfiguracij enosmernega (DC) in izmeničnega (AC) toka pri sončnih vodnih črpalkah? Sistemi enosmernega toka so učinkovitejši od sistemov izmeničnega toka zaradi odsotnosti pretvornika, kar omogoča neposredno povezavo z sončnimi ploščami in s tem višjo energetsko učinkovitost.

Kakšne prednosti ponujajo sončne vodne črpalke v kmetijstvu? Koristne so, ker ni treba skrbeti za stroške goriva, vzdrževanje je minimalno, črpalke so okolju bolj prijazne kot druge možnosti ter so odlične za območja, kjer je potrebna energijska neodvisnost.

Kaj moram upoštevati pri izbiri ustreznega sončnega vodnega črpalka? Pri določanju velikosti sistema natančno preučite skupni dinamični tlak, pretok, dnevno potrebo po vodi in sončno obsevanje.