پاسخ مستقیم: وجود و دوام پمپ های آب خورشیدی
بله، پمپ های آب با انرژی خورشیدی یک فناوری تثبیت شده و در دسترس تجاری است که در سطح جهانی برای آبیاری، آبیاری دام و تامین منازل مسکونی استفاده می شود. این سیستم ها از پانل های فتوولتائیک (PV) برای تبدیل مستقیم نور خورشید به برق که موتور پمپ را به حرکت در می آورد، استفاده می کنند و نیاز به اتصال به شبکه یا سوخت دیزل را از بین می برند. یک سیستم پمپاژ خورشیدی معمولی مسکونی می تواند بین 1000 تا 3000 گالن در روز تولید کند. بسته به توان پانل و ارتفاع بالابر، آنها را برای زندگی خارج از شبکه و کشاورزی از راه دور کاملاً مناسب می کند. موتورهای DC بدون جاروبک مدرن به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان را افزایش داده اند و تعداد زیادی واحد برای آنها رتبه بندی شده است بیش از 20000 ساعت کار مداوم ، به طور موثر طول عمر بدون تعمیر و نگهداری 10 تا 15 سال را در صورت اندازه گیری مناسب فراهم می کند.
اجزای اصلی سیستم و اصول عملیاتی
یک سیستم پمپاژ آب خورشیدی کاربردی از چهار جزء یکپارچه تشکیل شده است که برای اطمینان از کارایی باید به درستی مطابقت داده شوند. برخلاف سیستمهای الکتریکی خانگی استاندارد، این تنظیمات اغلب بدون باتری در کاربردهای کشاورزی کار میکنند و در عوض از مخازن ذخیرهسازی آب به عنوان «باتری انرژی» استفاده میکنند.
- آرایه خورشیدی: به طور معمول از 100 وات برای پمپ های باغ کوچک تا 2 کیلو وات برای آبیاری چاه عمیق متغیر است. پانل های تک کریستالی برای کارایی بالاتر در فضای محدود ترجیح داده می شوند.
- موتور پمپ: به صورت شناور (برای چاه های بیش از 20 فوت) یا نصب شده روی سطح (برای حوضچه ها / منابع کم عمق) موجود است. موتورهای DC بدون جاروبک ماندگاری بالاتری نسبت به جایگزین های برس دار دارند.
- کنترلر/اینورتر: نوسانات ولتاژ پانل ها را برای محافظت از موتور تنظیم می کند. کنترلرهای MPPT می توانند راندمان پمپاژ را تا 30 درصد در مقایسه با انواع PWM افزایش دهند.
- راه حل ذخیره سازی: یا یک مخزن بالا برای فشار تغذیه گرانشی یا یک بانک باتری برای کار در شب. ذخیره سازی مخزن به طور کلی مقرون به صرفه تر و بادوام تر از باتری های شیمیایی است.
فن آوری های پمپ خورشیدی DC در مقابل AC
انتخاب بین پمپ های جریان مستقیم (DC) و جریان متناوب (AC) حیاتی ترین تصمیم فنی در طراحی سیستم است. هر نوع بر اساس نیازهای برق و زیرساخت های موجود، پروفایل های عملیاتی متمایز را ارائه می دهد.
| ویژگی | پمپ خورشیدی DC | پمپ خورشیدی AC |
|---|---|---|
| محدوده قدرت | کم تا متوسط (50 وات - 750 وات) | متوسط به زیاد (750W – 5kW) |
| کارایی | بالاتر (بدون تلفات اینورتر) | کمتر (10-15% تلفات اینورتر) |
| بهترین برنامه | مزارع کوچک، دامداری، باغ ها | آبیاری بزرگ، تامین جامعه |
| تعمیر و نگهداری | خیلی کم (طرح های بدون براش) | متوسط (موتورهای القایی استاندارد) |
| هزینه اولیه | پایین تر | بالاتر (نیاز به اینورتر بزرگ) |
زمان انتخاب سیستم های DC
پمپ های DC برای جریان های زیر ایده آل هستند 10 GPM (گالن در دقیقه) و کل هدهای دینامیک زیر 200 فوت. آنها مستقیماً از طریق یک کنترلر به پانل ها متصل می شوند و تلفات تبدیل را به حداقل می رسانند و اندازه آرایه خورشیدی مورد نیاز را تقریباً 20-30٪ در مقایسه با تنظیمات AC معادل کاهش می دهند.
زمان انتخاب سیستم های AC
پمپهای AC زمانی ضروری میشوند که تقاضای جریان از 15 GPM بیشتر شود یا در هنگام ادغام با زیرساختهای AC موجود. در حالی که به دلیل تبدیل اینورتر کارایی کمتری دارند، امکان توسعه آسانتر در آینده و سازگاری با ژنراتورهای پشتیبان را در طول دورههای ابری طولانی فراهم میکنند.
محاسبات اندازه و فاکتورهای عملکرد
سایز بندی مناسب هم از کم کاری و هم از هزینه های غیر ضروری جلوگیری می کند. دو معیار حاکم عبارتند از کل دینامیک هد (TDH) و نیاز روزانه به آب. TDH بالابر عمودی، کاهش اصطکاک از طریق لوله ها و فشار تخلیه مورد نیاز را ترکیب می کند. برای هر 100 فوت بالابر عمودی، تقریباً 300 وات ظرفیت خورشیدی برای یک سیستم پمپ DC پایه مورد نیاز است. تغییرات فصلی نیز به شدت بر خروجی تأثیر می گذارد. سیستمی که روزانه 2000 گالن در تابستان تولید می کند ممکن است تنها 800-1000 گالن در زمستان به دلیل کاهش ساعات اوج خورشید تولید کند. نصابهای حرفهای معمولاً از کمترین میانگین ماهانه ساعات اوج خورشید برای اندازهگیری استفاده میکنند، مگر اینکه ذخیرهسازی آب اضافی یا برق پشتیبان برنامهریزی شده باشد.
تجزیه و تحلیل هزینه و بازده سرمایه گذاری
در حالی که هزینه های اولیه برای پمپ های خورشیدی از پمپ های الکتریکی معمولی بیشتر است، صرفه جویی در عملیات ارزش بلندمدت قانع کننده ای ایجاد می کند. یک کامل نصب سیستم پمپاژ خورشیدی DC ½ HP معمولاً بین 1500 تا 2500 دلار هزینه دارد. ، در حالی که گسترش توان شبکه به یک سایت راه دور می تواند به راحتی از 10000 دلار در 5 تا 15 دلار به ازای هر فوت توسعه خط تجاوز کند. جایگزینهای دیزلی هزینههای اولیه کمتری دارند اما به طور متوسط هزینههای سوخت را متحمل میشوند 800 تا 1500 دلار در سال به علاوه تعمیر و نگهداری منظم موتور اکثر تاسیسات پمپ خورشیدی در مقایسه با گازوئیل در عرض 3 تا 7 سال به حد نصاب رسیده و بلافاصله در مقابل گسترش شبکه. اعتبارات مالیاتی فدرال و کمک های مالی USDA REAP می تواند هزینه های خالص را 30 تا 50 درصد برای عملیات کشاورزی واجد شرایط در ایالات متحده کاهش دهد.
