Как спроектировать водяной насос постоянного тока на солнечных фотоэлектрических батареях?

Руководство по проектированию водяного насоса постоянного тока на солнечных фотоэлектрических батареях

Типовая конструкция насоса с электродвигателем постоянного тока, работающего от солнечной энергии

Самый простой тип фотоэлектрической системы, который можно спроектировать, — это подключение одного или нескольких фотоэлектрических модулей напрямую к нагрузке постоянного тока, как показано на рис. 1 ниже.

Общая мощность модулей такова, что они могут обеспечивать питание только в солнечные часы. Никаких специальных мер для максимального использования модулей путем отслеживания точки максимальной мощности модулей с помощью контроллера заряда в течение дня не предпринимается.

Такая система является нерегулируемой, так как выходная мощность модулей меняется из-за изменения продолжительности солнечного сияния, а резервная батарея не используется для обеспечения потребности в энергии в ночное время. операция. Такая система больше подходит для бытовых нужд, таких как перекачка воды с помощью водяного насоса с двигателем постоянного тока.

Как уже говорилось, такую ​​систему можно использовать для перекачивания воды, особенно при орошении. Если нам нужна вода ночью, то мы можем использовать энергию, накопленную в аккумуляторе, для перекачки воды в ночное время. Но, как известно, аккумуляторы можно заряжать только в солнечные часы дня.

Так зачем нам заряжать батареи, если мы можем использовать имеющуюся солнечную энергию для перекачки воды прямо в солнечные часы? С другой стороны, мы знаем, что батареи недешевы и требуют схемы силовой электроники, такой как контроллер заряда, что увеличивает стоимость. Таким образом, используя доступную солнечную энергию сразу же в солнечные часы для перекачки воды, мы можем сократить расходы и пространство, необходимое для батареи и контроллера заряда в этом автономном приложении.

Конструкция такой системы очень проста, поскольку мы должны согласовать мощность и номинальное напряжение фотоэлектрического модуля с мощностью двигателя насоса постоянного тока, чтобы, когда модуль получает солнечный радиации насос будет забирать воду и хранить ее в резервуаре. Такая система также может быть разработана для двигателя переменного тока различной номинальной мощности, доступного на рынке.

Но для насоса с электродвигателем переменного тока потребуется схема инвертора (постоянный ток — переменный ток), чтобы преобразовать мощность постоянного тока, генерируемую фотоэлектрическим модулем, в мощность переменного тока для запуска двигателя. Кроме того, номинальная мощность инвертора должна соответствовать мощности двигателя переменного тока и фотоэлектрического модуля.

Похожие сообщения:

• Как спроектировать и установить солнечную фотоэлектрическую систему?
• Автоматическая система полива и орошения растений — схема, код и отчет о проекте

Требования к водяному насосу постоянного тока на солнечной энергии

Теперь, прежде чем мы начнем с проектирования системы перекачки воды, важно понять некоторые термины, тесно связанные с проектированием такой автономной системы.

1. Суточная потребность в воде (м ³ /день):Потребность в воде может меняться ежедневно, ежемесячно и в зависимости от сезона. Количество воды, необходимое в день, определяет стоимость и размер системы. Таким образом, если потребность в воде меняется в течение дня, то для расчетного расчета можно взять среднее недельное или месячное значение. Но следует учитывать максимальную потребность в воде, потому что, если система может удовлетворить пиковую потребность в воде, она может удовлетворить и обычную потребность.
2. Общий динамический напор (TDH) (метры):это наиболее важный параметр для проектирования насосной системы. Это эффективное давление, при котором должен работать водяной насос, и измеряется в метрах. Он имеет два подпараметра:первый — это общий вертикальный подъем, а другой — общие потери на трение. Далее, общий вертикальный подъем представляет собой сумму трех параметров, показанных на рисунке 3 ниже как; высота над уровнем моря, уровень стоячей воды и просадка.

• Отметка – это мера разницы между точками, т. е. между землей и высотой, на которой должна сбрасываться вода.
• Уровень стоячей воды – это разница между уровнем воды в колодце и поверхностью земли.
• Просадка — это мера высоты, с которой уровень воды падает из-за откачки воды.

1. Потери на трение (метры):это давление, необходимое для преодоления трения в трубе между выходом водяного насоса и точкой выхода воды. Он добавляется к общей вертикальной высоте для получения значения полного динамического напора (TDH) и измеряется в метрах. На причину потерь на трение влияет множество факторов, таких как размер трубы, тип фитингов, наличие воздуха в трубе, количество изгибов, скорость потока и т. д. для расчета используется значение потерь на трение. Например, если место сброса находится в пределах 10 м от скважины, в качестве потерь на трение принимается 5 % от общего вертикального подъема.

Связанная запись: 

• Полное руководство по установке солнечных батарей. Пошаговая процедура с расчетами и диаграммами
• Основные компоненты, необходимые для установки системы солнечных батарей

Этапы проектирования водяного насоса постоянного тока с фотоэлектрическим питанием

Все вышеперечисленные параметры очень полезны для проектирования системы перекачки воды с использованием солнечных фотоэлектрических модулей. Теперь давайте посмотрим, как эти параметры и различные шаги могут быть полезны для разработки такой автономной системы. Проектирование системы можно выполнить в пять шагов следующим образом:

• Шаг 1: Определить суточную потребность в воде в (м ³ /день)
• Шаг 2. Рассчитайте общий динамический напор (TDH), необходимый для перекачки воды.
• Шаг 3. Рассчитайте общую гидравлическую энергию, необходимую в день (Ватт-час/день) для перекачки воды.
• Шаг 4. Рассчитайте солнечную радиацию, доступную на сайте.
• Шаг 5. Рассчитайте размер и количество необходимых фотомодулей, мощность двигателя, его эффективность и потери.

Похожие записи: 

• Схема индикатора уровня воды — два простых проекта
• Полностью автоматический контроллер уровня воды с использованием SRF04

Пример и расчет для проектирования водяного насоса постоянного тока, работающего от солнечной энергии 

Чтобы понять это, просто давайте возьмем пример проекта, где нам нужно 50 м3 ³ . воды в сутки с глубины 20 м. Он имеет высоту, уровень стоячей воды и просадку 10 м, 10 м и 4 м соответственно.

Плотность воды 2000 кг/м ³ а ускорение свободного падения (g) равно 9,8 м/с ² . Пиковая мощность солнечного модуля составляет 36 Вт_P , так как модули не работают с номинальной пиковой мощностью, поэтому коэффициент эксплуатации равен 0,75. КПД насоса составляет около 40 %, а коэффициент несоответствия равен 0,85, так как модули не работают на максимальной мощности PowerPoint.

Обратите внимание, что коэффициент несоответствия следует принимать равным 1, если мы используем MPPT вместе с контроллером заряда, но в нашем случае коэффициент несоответствия равен 0,85, поскольку мы напрямую подключаем PV. модулей к двигателю насоса постоянного тока.

Шаг 1: Определить суточную потребность в воде в (м ³ /день)

Суточная потребность в воде =50 м ³ /день

Шаг 2: Рассчитайте общий динамический напор (TDH), необходимый для перекачки воды.

Общий вертикальный подъем =Высота над уровнем моря + Уровень стоячей воды + Просадка

Общий вертикальный подъем =10 м + 10 м + 4 м =24 м

Потери на трение =5 % от общего вертикального подъема =24 × 0,05 =1,2 м

Общий динамический напор (TDH) =общий вертикальный подъем + потери на трение

Общий динамический напор (TDH) =24 м + 1,2 м =25,2 м

Шаг 3. Рассчитайте общую гидравлическую энергию, необходимую в день (Ватт-час/день) для перекачивания воды.

Потребляемая гидравлическая энергия =Масса × г × TDH

Потребляемая гидравлическая энергия =Плотность × Объем × г × TDH

Потребная гидравлическая энергия =2000 кг/м ³ × 50 м ³ /день × 9,8 м/с ² × 25,2 м =6860 Втч/день

Шаг 4. Рассчитайте солнечную радиацию, доступную на участке.

Солнечное излучение, доступное на объекте (количество часов пикового солнечного сияния в день) =6 часов в день (1000 Вт/м ² эквивалент)

Чаще всего используются пиковые солнечные часы, поскольку они упрощают расчеты. Не путайте со значением «Среднее количество солнечных часов» . и "Часы пиковой солнечной активности". которые вы бы забрали с метеостанции. «Среднее количество солнечных часов» указывает количество часов солнечного сияния, а «Пиковые солнечные часы» — это количество часов, в течение которых фактически получено количество энергии в кВтч/м2 . /день.

Шаг 5: Рассчитайте размер и количество необходимых фотомодулей, мощность двигателя, его эффективность и потери.

Общая мощность фотоэлектрической панели =общая гидравлическая энергия / количество часов пикового солнечного света в день

Общая мощность фотоэлектрической панели =6860 / 6 =1143,33 Вт

Общая мощность фотоэлектрической панели с учетом системных потерь =общая мощность фотоэлектрической панели / (КПД насоса × коэффициент несоответствия)

Общая мощность фотоэлектрической панели с учетом потерь в системе =1143,33 / (0,40 × 0,85) =3362,73 Вт

Общая мощность фотоэлектрической панели с учетом коэффициента эксплуатации фотоэлектрического модуля =общая мощность фотоэлектрической панели с учетом потерь в системе / коэффициент эксплуатации

Общая мощность фотоэлектрической панели с учетом коэффициента эксплуатации фотоэлектрического модуля =3362,73 / 0,75 =4483,64 Вт

Нет. фотоэлектрических панелей требуется 36 Вт_P =Общая мощность фотоэлектрической панели с учетом коэффициента эксплуатации фотоэлектрического модуля / 36

Нет. фотоэлектрических панелей требуется 36 Вт_P =4483,64 / 36 =124,54 =(125 круглая цифра)

Номинальная мощность двигателя постоянного тока =Общая мощность фотоэлектрической панели с учетом рабочего коэффициента фотоэлектрического модуля / 746 Вт (т.е. 1 л.с.) =6,0102 л.с. двигателя =(круглая цифра 7 л.с. )

Последовательное и параллельное расположение панелей может быть выполнено в зависимости от номинального напряжения и тока модуля и двигателя постоянного тока. Такая система также может быть спроектирована с схемой MPPT и инвертором для двигателя переменного тока, но важно, чтобы при проектировании системы учитывались ее эффективность и номинальная мощность.

Похожие сообщения:

• Сколько ватт солнечной панели нам нужно для наших домашних электроприборов?
• Типы солнечных панелей и какой тип солнечной панели лучше?

Заключение

Мы изучили простой и экономичный подход к проектированию водяной помпы постоянного тока на основе солнечной фотоэлектрической энергии, которая требует ограниченного количества компонентов, не требует батарей и контроллера. Мы кратко изучили основные термины, связанные с перекачкой воды, и детальные расчеты конструкции для подачи необходимого уровня воды для целей орошения. Такая система также может быть спроектирована с использованием двигателя переменного тока и может быть реализована на бытовом, жилом и коммерческом уровнях.