نحوه محاسبات پمپ خورشیدی شرکت آراپل

طراحی سیستم پمپ آب خورشیدی

سيستم پمپ خورشيدي به اين صورت کار مي کند که صفحات خورشيدي انرژي را از خورشيد دريافت کرده و در داخل باتري ذخيره مي کنند و در مواقع نياز، انرژي از باتري توسط پمپ دريافت شده و براي استحصال آب توسط موتورپمپ مورد استفاده قرار مي گيرد. نمونه شماتيک يک سيستم پمپ خورشيدي در شکل 5 نشان داده شده است.اغلب از پمپ هاي خورشيدي براي استحصال آب زيرزميني در چاه هاي نيمه عميق بهره مي گيرند ليکن هم اکنون پمپ هاي خورشيدي وجود دارد که تا حداکثر هد 70 متر را نيز جوابگو هستند.. لازم به ذکر است که هزينه خريد اينگونه پمپ ها حدود 2736 دلار مي باشد که تنها سيستم پمپ خورشيدي را در بر مي گيرد و هزينه هاي لوله ها بايد جداگانه محاسبه شوند. در جدول 1انواع مختلف پمپ ها از نظر فني و هزينه با همديگر مقايسه شده اند که مي تواند براي تصميم گيري در مورد بهره گیری از  نوع خاصي از پمپ مفيد باشد.

جدول1)  مقايسه فني و اقتصادي انواع مختلف پمپ هاي آب

همانطورکه از جدول بالا مشاهده مي شود پمپ خورشيدي قابليت استحصال آب حتي از 70 متر را نيز دارد، ليکن دبي آب بسيار پايين بوده و هزينه استحصال هر مترمکعب آب نيز حدود 06/0 دلار برمترمکعب مي باشد که نسبت به پمپ هاي برقي و ديزلي (14/0 دلار بر مترمکعب) بسيار ارزان     مي باشد. به هرحال امروزه هزينه سرمايه گذاري پمپاژ با سيستم انرژي خورشيدي گران تمام  مي شود، ليکن در مناطق دور افتاده، سيستم هاي آبياري کوچک و تأمين آبخوري پرورش دام و ايجاد برکه هاي کوچک مناسب است. در ايالات متحده آمريکا قيمت سيستم پمپ خورشيدي بسته به اندازه سيستم بين 1500 تا 7500 دلار مي باشد. از طرف ديگر همانطور که از جدول 1 مشاهده مي شود، هزينه استحصال آب از طريق پمپ برقي بادي بسيار گران بوده و حدود 3 برابر هزينه پمپ خورشيدي مي باشد. ليکن امکان به کارگيري آن براي مناطق دور افتاده وجود دارد که معمولاً هزينه انتقال برق به اين مناطق بسيار گران مي باشد. به طور کلي مي توان نتيجه گيري کرد که اولويت نخست براي دبي پايين و عمق کم چاه، پمپ آب خورشيدي مي باشد. در مقياس هاي دبي بالا و عمق زياد اولويت با پمپ های الکتريکي است.

 روش طراحی یک سیستم پمپ خورشیدی

ساده ترین روش برای برآورد میانگین عملکرد سیستم های پمپ خورشیدی کوپل مستقیم بر اساس مفهوم "ساعات پیک تابش خورشید" است. این پارامتر بر حسب kwh/m²/day بیان می شود. در این روش فرض می شود که بوستر جریان مستقیم تعبیه شده در سیستم به استارت پمپ در هنگام صبح کمک کرده و آنرا در شرایط تابش کم همچنان روشن نگه می دارد. راه اندازی پمپ نیاز به جریان بالا در ولتاژ پایین دارد اما در شرایط تابش ضعیف، این امکان فراهم نیست. به هرحال نصب یک مبدل جریان مستقیم به مستقیم، سیستم فتوولتائیک را قادر می سازد در تابش ضعیف با بالاترین راندمان کار کند. معمولاً تولید کنندگان پمپ ها منحنی های ولتاژ- توان اسمی را برای پمپ هایشان تهیه می کنند. با استفاده از توان پمپ و  توان فتوولتائیک می توان، تعداد صفحات فتوولتائیک را تعیین کرد. در صورتیکه ولتاژ و راندمان پمپ مشخص باشد، توان پمپ از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در رابطه بالا

H هد پمپ بر حسب فوت

Q دبی پمپ بر حسب گالن بر دقیقه است

η  راندمان پمپ است

روش تعیین اندازه سیستم ها بر اساس گام های ساده زیر انجام می گیرد[65].

گام اول- تعیین میزان استحصال آب در ماه طراحی (در واقع حداکثر آب مورد نیاز در زمان حداقل تابش)

گام دوم- از شدت تابش ماه طراحی(ساعات در 1000 وات بر متر مربع) به صورت ساعات پمپاژ برای یافتن نرخ پمپاژ استفاده کنید.

گام سوم- کل هد دینامیک را در Q(gpm) بیابید. به صورت پیشفرض هد اصطکاکی را حدود 5 درصد هد استاتیکی در نظر بگیرید.

شکل1) طرحواره یک پمپ خورشیدی ساده و روش بستن مدارت 

 

گام چهارم-  قدرت پمپ برای تحویل دبی Q در هد H را بیابید. یادآوری می شود که ورودی های آن توان ورودی و ولتاژ اسمی است. توان ورودی پمپ از رابطه (6-4) برآورد می شود. که راندمان پمپ به صورت پیشفرض برای پمپ های مکشی 25 درصد و برای پمپ های شناور 35 درصد فرض می شود.

گام پنجم- تعداد صفحات(ماژول های) فتوولتائیک درحالت سری یک عدد صحیح بوده و از رابطه زیر بدست   می آید:

در رابطه بالا

MIS تعداد ماژول ها در حالت سری

Pump Voltage ولتاژ کاری پمپ بر حسب ولت

V_m ولتاژ هر ماژول فتوولتائیک

گام ششم-  تعداد رشته های سیستم فتوولتائیک در حالت موازی یک عدد صحیح است که از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد:

در رابطه بالا

I_R کل جریان اسمی سیستم فتوولتائیک در حالت تست استاندارد است.

ضریب de-rating اثرات دمای محیط و کثیفی صفحات را در محاسبات وارد می کند و مقدار منطقی آن معمولاً عدد 0.8 می باشد.

گام هفتم- بعد از تعیین اندازه سیستم، آب پمپ شده از بازآرایی رابطه(6-4) و افزودن ضریب de-rating حاصل می شود.

در رابطه بالا

N_m تعداد کل ماژول های مورد استفاده

بنابراین امکان طراحی و تعیین اندازه یک سیستم پمپ فتوولتائیک از طریق الگوریتم مشروح در بالا میسر خواهد بود.