في هذا البرنامج التعليمي، نتعمق في تعقيدات تصميم نظام المضخة الشمسية، وهو حل مستدام يستخدم الطاقة الشمسية لضخ المياه. تعتبر هذه الأنظمة مثالية للمواقع النائية أو خارج الشبكة، وهي ذات أهمية متزايدة في الزراعة الحديثة، وإدارة الثروة الحيوانية، وإمدادات المياه في المناطق الريفية.

ملخص

يستخدم نظام المضخة الشمسية الألواح الكهروضوئية لتشغيل مضخة المياه، مما يلغي الحاجة إلى الكهرباء التقليدية أو الديزل. وتمتد تطبيقاته من الري إلى إمدادات مياه الشرب في المناطق التي تفتقر إلى الاتصال بالشبكة.

فوائد

الميزة الأساسية لأنظمة المضخات الشمسية تكمن في مصدر الطاقة المتجددة، مما يقلل من تكاليف التشغيل والبصمة الكربونية. وهي مفيدة بشكل خاص في المناطق النائية، حيث توفر حلاً موثوقًا وصديقًا للبيئة لضخ المياه.

الخطوة 1: تقييم الاحتياجات المائية

تحديد معدل التدفق والرأس الديناميكي الإجمالي (TDH): احسب معدل تدفق المياه اللازم، معبرًا عنه باللتر في الثانية أو الجالون في الدقيقة. يشمل TDH الرفع الرأسي، والمسافة الأفقية، وفقد الاحتكاك داخل النظام.

على سبيل المثال: نوع المضخة: مضخة غاطسة، معدل التدفق: 6 م3/، الرأس الرأسي: 60 متر المسافة الأفقية: 100 متر

تحليل المتطلبات:
متطلبات معدل التدفق: 6 م³/ساعة
الرأس العمودي: 63.3 متر (مسافة أفقية 100 متر = رأس عمودي 3.3 متر)
وقت تشغيل النظام يوميًا: 6 ساعات (بافتراض يوم مشمس)

الخطوة 2: اختيار المضخة

نوع المضخة: اختر بين المضخات الغاطسة للآبار أو المضخات السطحية لمصادر المياه مثل الأنهار أو البحيرات.
مواصفات المضخة: تأكد من أن معدل تدفق المضخة وسعة الرأس يلبيان متطلباتك المحسوبة.

المضخة : مضخة 2.2 كيلو وات 220 فولت أو 380 فولت. الحد الأقصى لرأسه هو 127 مترا.
معدل التدفق هو 6 متر مكعب/ساعة عند 83 مترًا، وهو ما يلبي المتطلبات.

ملحوظة:
نظرًا لأن المضخة والعاكس 380 فولت تتطلب مدخلات جهد أعلى، مما قد يؤدي إلى هدر الطاقة عند توصيلها بالألواح الشمسية، فإننا نقترح اختيار مضخة 220 فولت بدلاً من ذلك.
بالنسبة لمضخة أحادية الطور 220 فولت، يكون المكثف الخارجي ضروريًا (حيث يقوم العاكس بالفعل بإجراء تحويل الطور داخليًا)، بينما يجب إزالة مكثف التشغيل/التشغيل.

الخطوة 3: اختيار العاكس المناسب

نوع العاكس: اختر عاكسًا مزودًا بتقنية MPPT (أقصى تتبع لنقطة الطاقة) لتحسين الكفاءة.
الحجم والمواصفات: يجب أن يتطابق العاكس مع متطلبات طاقة المضخة وإخراج الألواح الشمسية.

بناءً على المواصفات المعروفة للمضخة (2.2 كيلو واط، 220 فولت، مرحلة واحدة)، نموذج العاكس الموصى به هو HSPH2200L ونطاق جهد الإدخال MPPT DC الموصى به على النحو التالي:
300Vmp <DC Input<450Voc (Only Solar)
340Vmp <DC Input<400Voc (Hybrid Power)

ملحوظة: الحد الأقصى لجهد الإدخال وجهد العمل للعاكس سيحدد طريقة توصيل الألواح الشمسية.

الخطوة 4: حساب الألواح الشمسية

طاقة الألواح الشمسية: يجب ضرب إجمالي الطاقة التي تحتاجها المضخة بـ 1.5 للتعويض عن عدم الكفاءة وتقلب ضوء الشمس.
عدد اللوحات: احسب عدد اللوحات المطلوبة بناءً على القوة الكهربائية للوحة الفردية.

طاقة الألواح الشمسية

يجب أن تكون الطاقة الإجمالية للألواح الشمسية 1.5 مرة من قوة مضخة المياه وهي 2.2 كيلو واط * 1.5 = 3.3 كيلو واط. 3.3 كيلو واط / 0.405 كيلو واط = 8.148 لوحة.

اتصال الألواح الشمسية

الحد الأقصى لجهد دائرة الإدخال للعاكس هو 450Voc. إذا أخذنا في الاعتبار جهد التشغيل الموصى به وهو 300Vmp، فيمكننا حساب عدد اللوحات التي يمكن توصيلها على التوالي.

450Voc/37.58Voc = 11.97 لوحة (الحد الأقصى)

300Vmp/31.47Vmp = 9.53 لوحة (الحد الأدنى)

ملحوظة
يعد ضبط طاقة اللوحة الشمسية على 1.5 مرة من قوة مضخة المياه قيمة نظرية. يمكن تعديله وفقًا لظروف ضوء الشمس المحلية. إذا كانت ظروف ضوء الشمس جيدة، يمكنك تقليل عدد الألواح الشمسية. وعلى العكس من ذلك قد تحتاج إلى زيادة عدد الألواح الشمسية لضمان إمدادات الطاقة الكافية.

الخطوة 5: تكوين النظام

ترتيب اللوحة: حدد التكوين المتسلسل أو المتوازي بناءً على مواصفات جهد العاكس والتيار.
التركيب والتوجيه: خطط للتعرض الأمثل لأشعة الشمس أثناء تركيب الألواح وتوجيهها.

كيف يعمل النظام مع 11 قطعة من الألواح الشمسية المتصلة في السلسلة؟
ربط 11 لوحة بدلاً من الحد الأدنى المطلوب 8 لوحات سيكون له تأثير على تشغيل النظام. يمكن حساب إجمالي إمدادات المياه يوميًا على أساس 7 ساعات من التشغيل. مع تركيب المزيد من الألواح الشمسية، سيكون وقت إخراج المياه المقدر أعلى. وعلى العكس من ذلك، إذا تم توصيل عدد أقل من الألواح، فسيتم تقليل إجمالي إمدادات المياه. ولذلك، فإن عدد الألواح الشمسية المتصلة يؤثر بشكل مباشر على القدرة الإجمالية لإمدادات المياه للنظام.
كيف يعمل النظام مع 6 قطع من الألواح الشمسية متصلة في سلسلة؟
6 * 31.47 = 188.82. نظرًا لأن الحد الأدنى لمتطلبات جهد الإدخال للعاكس هو 200 فولت أو أكثر، فإن توصيل 6 لوحات فقط قد يؤدي إلى تشغيل حماية الجهد المنخفض للعاكس
كيف يعمل النظام مع 7 قطع من الألواح الشمسية متصلة في سلسلة؟
لن يؤدي استخدام 7 لوحات إلى تشغيل حماية الجهد المنخفض للعاكس (7 * 31.47 فولت = 220.29 فولت). لا يزال بإمكان النظام العمل، ولكن سيتم تقليل خرج مضخة المياه، وقد لا يصل إلى معدل التدفق المقدر.

لذلك تكوين النظام:

تدفق المياه: 6 م³/ساعة، ارتفاع الرفع العمودي: 60 م،

المسافة الأفقية 100 متر.

حل:

المضخة: 2.2KW 220V 1phase (مكثف خارجي)

العاكس: HSPH2200L

الألواح الشمسية: 9 قطع بقوة 405 وات في السلسلة

التدفق المقدر: 6 م³/ساعة*6 = 36 م³ @ 80 رأس (يوم مشمس)

الخطوة 6: التوصيلات الكهربائية

الأسلاك: تفاصيل عملية توصيل الألواح بالعاكس ثم بالمضخة.
احتياطات السلامة: التأكيد على أهمية الالتزام بمعايير السلامة الكهربائية واستخدام وسائل الحماية المناسبة.