Koliko solarnih panela za pokretanje pumpe od 1 HP? Potrebno 4-6 ploča

Za pokretanje standardnog AC od 1 konjske snage (KS). pumpa za vodu , obično vam je potrebno između 4 i 6 solarnih panela snage 300 vata svaki, ovisno o vršnim sunčanim satima na vašoj lokaciji i stvarnoj potrošnji energije crpke. Motor pumpe od 1 HP troši približno 746 vata električne energije pri punom opterećenju, ali s gubicima učinkovitosti i startnim udarom, stvarni zahtjevi su bliži 900 do 1100 vata. Nacionalni laboratorij za obnovljivu energiju (NREL) daje podatke o sunčevom zračenju koji pokazuju da većina Sjedinjenih Država prima 4 do 5,5 vršnih sunčanih sati dnevno u godišnjem prosjeku. Pomoću ovih brojki može se izračunati potrebna veličina fotonaponskog (PV) polja i dati odgovor na koliko solarnih panela za pokretanje pumpe od 1 KS postaje jasno: solarni niz od 1500 do 1800 vata, što znači pet ili šest panela od 300 vata kada se uzmu u obzir gubici u sustavu i učinkovitost pretvarača. Ovaj članak detaljno opisuje matematiku, uspoređuje vrste crpki i pruža korak po korak vodič za dimenzioniranje potkrijepljen energetskim standardima američkog Ministarstva energetike (DOE) i najboljom praksom solarne industrije.

Izračun stvarne potrošnje energije pumpe od 1 HP

Stvarna električna snaga koju koristi pumpa od 1 KS veća je od mehaničke nazivne konjske snage zbog neučinkovitosti motora i faktora snage. Jedna mehanička konjska snaga jednaka je 746 vata. Međutim, tipični jednofazni indukcijski motor koji pokreće pumpu za vodu ima učinkovitost od 65% do 80%, prema bazi podataka MotorMaster DOE-a. To znači da se ulazna električna snaga može kretati od 933 vata (746 ÷ 0,80) do 1148 vata (746 ÷ 0,65). Za konzervativnu procjenu, pretpostavljamo unos od 1000 vata za pumpu dobre kvalitete. Uz to, udar pri pokretanju može biti 2 do 3 puta veći od radne snage, ali solarni niz treba podnijeti radno opterećenje samo ako se za upravljanje udarom koriste baterije ili pogon s promjenjivom frekvencijom (VFD). Prilikom dimenzioniranja a solarna pumpa za vodu sustavu bez baterija, niz mora proizvoditi dovoljno energije tijekom dnevnih sati da zadovolji trenutnu potražnju pumpe. Za sustav povezan s mrežom ili baterijom, ukupna dnevna energija (watt-sati) ključna je metrika.

Kako vršni sunčani sati određuju broj solarnih panela

Vršni sunčani sati (PSH) ekvivalentni su broju sati dnevno kada je sunčevo zračenje u prosjeku 1000 vata po četvornom metru, a oni određuju koliko energije solarni panel može proizvesti. NREL-ov kalkulator PVWatts pokazuje da Phoenix, Arizona, prima oko 6,5 PSH ljeti i 5,5 zimi, dok Seattle, Washington, može vidjeti samo 3,5 do 4,5 PSH. Ako pumpa od 1 HP treba raditi 4 sata dnevno, ukupna potrebna energija je 4 kilovat-sata (pod pretpostavkom radnog opterećenja od 1000 vata). Jedna ploča od 300 W na lokaciji od 5 PSH generira otprilike 1,5 kWh dnevno (300 W × 5 h). Dakle, za generiranje 4 kWh potrebna su vam oko 3 ploče. Ali ovo je idealan izračun. Gubici u stvarnom svijetu zbog prašine, temperature, ožičenja i učinkovitosti pretvarača smanjuju izlaz za 20% do 30%, tako da se stvarni broj povećava na 4 ili 5 ploča. Donja tablica pokazuje kako se potreban broj ploča mijenja s lokacijom i dnevnim vremenom rada pumpe za standardno opterećenje pumpe od 1000 W.

Tablica: Procijenjeni broj solarnih panela od 300 vata potrebnih za rad pumpe od 1 HP (opterećenje od 1000 vata) za različita dnevna vremena rada i vršne sate sunca. Uključuje faktor gubitka sustava od 20%. Izračuni temeljeni na podacima NREL solarnih resursa i DOE smjernicama za učinkovitost motora.

DC naspram AC pumpi: zašto je to važno za broj solarnih panela

DC solarna pumpa bez četkica eliminira potrebu za inverterom i može raditi s 25% do 30% manje solarnih panela od ekvivalentnog AC pumpnog sustava. Potopna pumpa od 1 HP DC posebno je dizajnirana za fotonaponski ulaz i uključuje ugrađeni kontroler za praćenje točke maksimalne snage (MPPT). Ona troši oko 800 do 900 vata istosmjerne struje, u usporedbi s 1000 vata potrebnih za izmjeničnu pumpu s gubicima u pretvaraču. Baza podataka o učinkovitosti uređaja Kalifornijskog energetskog povjerenstva pokazuje da visokokvalitetna solarna istosmjerna pumpa može postići ukupnu učinkovitost žica-voda od 45% do 55%, dok AC pumpa s zasebnim inverterom može doseći samo 35% do 45%. To znači da za istu dnevnu količinu vode, DC solarna pumpa sustav će možda trebati 3 do 4 ploče umjesto 5 do 6 ploča. Međutim, istosmjerne crpke obično su ograničene na zahtjeve manje visine i protoka, a veće poljoprivredne crpke još uvijek daju prednost AC motorima zbog njihove robusnosti i nižih početnih troškova. Kad pitate koliko solarnih panela za pokretanje pumpe od 1 KS , određivanje vrste crpke ključno je za točan odgovor.

Pohrana baterije i njezin učinak na broj panela

Dodavanje baterija za pohranu energije omogućuje pumpi rad tijekom sati kada nema sunca, ali povećava ukupan broj potrebnih solarnih panela za 20% do 40% kako bi se pokrili gubici pri punjenju i osigurala dnevna ravnoteža energije. Tipična natopljena baterija s olovnom kiselinom ima povratnu učinkovitost od 80% do 85%, dok litij-ionske baterije postižu 95%. Ako pumpa mora raditi 2 sata nakon zalaska sunca, solarni niz mora generirati dodatnu energiju tijekom dana i prevladati gubitak baterije. DOE-ov Ured za energetsku učinkovitost i obnovljivu energiju preporučuje dimenzioniranje samostalnog fotonaponskog sustava kako bi osigurao 1,3 puta više od dnevne energetske potrebe opterećenja kada su uključene baterije. Za pumpu od 1 KS koja radi 4 sata (4 kWh), sustav temeljen na baterijama trebao bi dnevnu snagu od 5,2 kWh. Na lokaciji od 5 PSH, to zahtijeva oko 1,3 kW panela ili pet panela od 300 W, uz pretpostavku faktora smanjenja vrijednosti od 0,77. Dakle, dok baterije pružaju praktičnost, povećavaju broj ploča. Sljedeći neuređeni popis ističe ključne čimbenike koje treba uzeti u obzir.

• Učinkovitost pretvarača: Mrežni string invertori imaju najveću učinkovitost od 96% do 98%. Inverteri izvan mreže mogu biti učinkoviti od 90% do 93%. Ovaj gubitak izravno se dodaje zahtjevima ploče.
• Vrsta regulatora punjenja: MPPT kontroleri punjenja učinkoviti su od 92% do 97% i skupljaju više energije iz panela nego PWM kontroleri, posebno po hladnom vremenu. Korištenje MPPT kontrolera može smanjiti broj panela za jedan panel u većim sustavima.
• Nagib i orijentacija: Paneli okrenuti prema jugu pod nagibom jednakim geografskoj širini povećavaju godišnji učinak. Odstupanje od ovoga može smanjiti izlaz za 10% do 20%, zahtijevajući više ploča.
• Gubici temperature: Solarni paneli gube 0,3% do 0,5% učinkovitosti po stupnju Celzijusa iznad 25°C. U vrućim klimama to može povećati potreban broj ploča za 5% do 10%.

Vodič za dimenzioniranje korak po korak za sustav solarne pumpe od 1 HP

Slijedeći sustavni proces dimenzioniranja osigurava da solarni niz zadovoljava potrebe pumpe za energijom bez prekomjernog trošenja na nepotrebne ploče. Koraci u nastavku uključuju standardnu ​​metodologiju projektiranja koju koristi Solar Energy Industries Association (SEIA).

1. Odredite potrebnu snagu pumpe: Ako imate AC crpku, provjerite vati ili ampere na pločici s nazivom. Ako su navedene samo konjske snage, pretpostavite 1000 vata za motor od 1 KS nakon gubitaka učinkovitosti. Za istosmjerne crpke koristite snagu koju je naveo proizvođač.
2. Odredite dnevno vrijeme rada u satima: Pomnožite snagu crpke s satima po danu da biste dobili dnevne vat-sate (Wh). Primjer: 1000 W × 4h = 4000 Wh.
3. Pronađite najveće sunčane sate lokacije: Koristite web stranicu NREL PVWatts ili kartu sunčeve insolacije. Unesite najbliži grad kako biste dobili prosječni dnevni PSH za mjesece predviđene upotrebe.
4. Izračunajte potrebnu snagu solarnog polja: Podijelite dnevni Wh s PSH, a zatim podijelite s faktorom učinkovitosti sustava (obično 0,75 za AC sustav bez baterija, 0,65 za sustav temeljen na baterijama). Primjer: 4000 ÷ 5 ÷ 0,75 = 1067 vata panela.
5. Podijelite sa snagom panela da biste dobili broj panela: Koristeći ploče od 300 W, 1067 ÷ 300 = 3,56, pa zaokružite na 4 ploče. Ako ste u nedoumici, zaokružite kako biste uračunali starenje i prljavštinu.

Često postavljana pitanja o solarnim panelima za pumpu od 1 HP

Mogu li pokrenuti pumpu od 1 HP izravno iz solarnih panela bez baterija?

Da, a solarna pumpa može se spojiti izravno na ploče ako se radi o istosmjernoj pumpi s ugrađenim regulatorom ili AC pumpi s pogonom varijabilne frekvencije dizajniranom za solarni ulaz. Međutim, crpka će raditi samo kada ima dovoljno sunčeve svjetlosti, a njezin će učinak varirati s zračenjem. Ova postavka je uobičajena u poljoprivrednom navodnjavanju i prozračivanju ribnjaka.

Koliko solarnih panela trebam za potopnu bunarsku pumpu od 1 HP?

Potopna pumpa od 1 KS obično zahtijeva niz od 1500 vata kako bi podnijela udar pri pokretanju i dublji bunar. To znači pet solarnih panela od 300 W. Ako je bunar dublji od 200 stopa, može biti potreban niz od 2000 vata, što znači 6 ili 7 ploča. Prilikom dimenzioniranja obratite pozornost na radni faktor crpke i maksimalne ampere.

Hoće li solarni panel od 1000 W pokretati pumpu od 1 HP?

Niz od 1000 vata može pokretati pumpu od 1 HP samo ako je stvarna ulazna snaga pumpe 800 vata ili manje, a sustav uključuje učinkovit istosmjerni motor ili soft starter. Za standardnu ​​crpku izmjenične struje 1000 vata je granica i može uzrokovati zastoj crpke ili preopterećenje pretvarača tijekom pokretanja. Sigurnije je imati najmanje 1200 do 1500 vata panela.

Mogu li koristiti rabljene ili neusklađene solarne ploče za svoju pumpu?

Da, ali neusklađene ploče u serijskom nizu proizvest će struju ograničenu najslabijom pločom, smanjujući ukupni izlaz. Ako koristite rabljene ploče, ispitajte napon otvorenog kruga i struju kratkog spoja svake ploče kako biste bili sigurni da su unutar 10% jedne od drugih. NREL savjetuje da degradacija performansi od 0,5% do 1% godišnje za ploče od kristalnog silicija znači da je 10 godina stara ploča možda izgubila 10% svog kapaciteta, stoga prilagodite broj ploča naviše.

Koji je najjednostavniji način za pronalaženje snage moje crpke za solarno dimenzioniranje?

Najlakši način je izmjeriti radnu struju crpke kleštama i pomnožiti s naponom (120 V ili 240 V). Za pumpu od 1 HP, ovo obično očitava 8 do 12 ampera na 120 V, što je 960 do 1440 vata. Ovo mjerenje u stvarnom svijetu je pouzdanije od konjskih snaga na pločici s nazivom za dimenzioniranje solarne ploče .

Zaključak: Planiranje vašeg sustava pumpi na solarni pogon

Odgovor na koliko solarnih panela za pokretanje pumpe od 1 KS varira od 4 do 6 standardnih panela od 300 W ovisno o dnevnom vremenu rada, geografskim satima sunca, vrsti pumpe i tome jesu li baterije uključene. Koristeći metodu dimenzioniranja korak po korak i uzimajući u obzir gubitke u stvarnom svijetu, možete izbjeći premali sustav zbog kojeg vaša pumpa ne radi u oblačnim danima ili predimenzioniran sustav koji gubi novac. Solarno crpljenje vode je zrela tehnologija s dokazanim uštedama; niz odgovarajuće veličine pouzdano će isporučivati ​​vodu za navodnjavanje, stoku ili korištenje u kućanstvu s besplatnom, obnovljivom energijom desetljećima.