يبدأ تحديد حجم مضخة المياه الشمسية بحساب كمية المياه اليومية والضغط الديناميكي الكلي. ولا يكفي عمق البئر وحده، بل يجب مراعاة مستوى المياه المراد ضخها، والارتفاع عن الخزان أو الحقل، واحتكاك الأنابيب، وضغط المخرج. بمجرد تحديد نقطة التشغيل، اختر مضخةً يتناسب منحنى تدفقها مع هذا التدفق والضغط، ثم قم بمطابقة وحدة التحكم ومجموعة الألواح الكهروضوئية مع الجهد والتيار وظروف الإشعاع الشمسي الموسمية. عادةً ما يكون خزان التخزين أكثر فعالية في تخزين الطاقة من البطاريات، بينما يمكن لمضخة التيار المتردد/المستمر الاحتفاظ بالطاقة الاحتياطية عندما لا يتسع الطلب على المياه لحين سطوع الشمس.
أهم النقاط
- احسب الطلب على المياه في يوم التصميم قبل اختيار قوة المضخة أو عدد الألواح.
- استخدم مستوى الماء المضخ، وليس فقط عمق البئر، عند حساب إجمالي الضغط الديناميكي.
- اختر من منحنى المضخة عند التدفق والضغط المطلوبين؛ لا تظهر تسميات التدفق الأقصى والضغط الأقصى عند نقطة التشغيل نفسها.
- تحقق من نطاق جهد وتيار وحدة التحكم الكهروضوئية عند درجات حرارة الوحدة الساخنة والباردة.
- يفضل ضخ المياه إلى الخزان خلال النهار؛ ولا يتم إضافة نظام تكييف احتياطي إلا عندما يكون ذلك مبرراً لمتطلبات خدمة المياه.
حدد متطلبات المياه ليوم التصميم
ابدأ بفصل احتياجات الري، وتربية الماشية، وغسل التربة، والمياه المنزلية. يجب أن تُحدد احتياجات الري بناءً على مساحة الأرض المزروعة، وطريقة الري، ونوع التربة، والمناخ، ومتطلبات التصميم الزراعي. أما احتياجات تربية الماشية، فيجب أن تشمل عدد الحيوانات ونوعها، ومياه الشرب، وفقدان المياه في الأحواض، والتنظيف. لا تعتمد على المتوسط السنوي إذا كان موسم الجفاف هو العامل الحاسم في المشروع.
حوّل النتيجة إلى أمتار مكعبة يوميًا وعدد ساعات الضخ الموثوقة خلال موسم التصميم. إذا كانت مزرعة ما تحتاج إلى 36 مترًا مكعبًا يوميًا على مدار ست ساعات فعّالة، فإن متوسط التدفق المطلوب هو 6 أمتار مكعبة في الساعة. أضف هامشًا زمنيًا لفترات الغيوم والصيانة وفترات الري المحدودة باستخدام بيانات الموقع بدلًا من نسبة مئوية غير مُفسَّرة.
يفصل الخزان استخدام المياه عن إنتاج الطاقة الشمسية: حيث يتم ضخ المياه أثناء سطوع الشمس وسحبها لاحقاً. يجب تحديد حجمه بما يضمن استمرارية التدفق المطلوبة وحمايته من الفائض والتلوث.
احسب إجمالي الضغط الديناميكي بشكل صحيح
يشمل إجمالي الارتفاع الديناميكي مستوى المياه المضخ تحت الأرض، والارتفاع إلى نقطة التسليم، والاحتكاك في خط الرفع الرئيسي وأنبوب التوزيع، والضغط المطلوب عند المخرج أو معدات الري.
استخدم مستوى الماء أثناء الضخ، وليس المستوى الثابت.
يُقاس مستوى الماء الساكن عندما يكون البئر في حالة سكون. بمجرد بدء الضخ، قد ينخفض المستوى بسبب انخفاض منسوب المياه. يجب أن تعمل المضخة عكس مستوى الماء المضخوخ، لذا فإن التصميم الذي يعتمد فقط على المستوى الساكن قد يُقلل من تقدير الارتفاع ويترك النظام بنقص في الماء. احصل على بيانات إنتاجية البئر أو اختبار الضخ، وحدد انخفاض منسوب المياه المتوقع عند معدل التدفق المقترح.
حافظ على غمر المضخة تحت أدنى مستوى متوقع للماء ضمن حدود العمق والتبريد المحددة من قبل الشركة المصنعة. وفّر حماية ضد التشغيل الجاف أو ركّب مستشعر مستوى في مكان مناسب.
أضف احتكاك الأنابيب وضغط التوصيل
سجّل مادة الأنابيب، وقطرها الداخلي، وطولها، وعدد الانحناءات، والصمامات، والمرشحات، وصمامات عدم الرجوع. احسب الاحتكاك عند معدل التدفق التصميمي؛ فالأنابيب الطويلة أو الضيقة أو ذات التركيبات المعقدة تزيد الفاقد بسرعة.
حوّل أي ضغط مدخل حقل مطلوب لخطوط التنقيط أو الرشاشات إلى ضغط رأسي وأضفه إلى الإجمالي. وإلا، فقد يصل الماء إلى الحقل ولكنه يفتقر إلى الضغط عند نقاط التوزيع.
قم بمطابقة نقطة التشغيل مع منحنى المضخة
يُظهر منحنى المضخة التدفق المتاح عند ضغوط مختلفة. حدد إجمالي الضغط الديناميكي المطلوب واقرأ التدفق من المنحنى المُقترح. ارفض أي نموذج يُلبي التدفق اليومي فقط عند ضغط منخفض جدًا. يُقاس الحد الأقصى للتدفق المُعلن عنه عادةً بالقرب من ضغط منخفض، بينما يحدث الحد الأقصى للضغط بالقرب من تدفق ضئيل أو معدوم؛ ولا يُحدد أي من هذين المؤشرين وحده نظامًا فعالًا.
المسؤول أقرب مضخة مياه تعمل بالطاقة الشمسية AC/DC تشمل المجموعة أنظمة تشغيل بالطاقة الشمسية بدون بطاريات، وأنظمة تحكم MPPT، ونماذج مختارة مزودة بتيار متردد احتياطي. تعرض الصفحة خيارات تصل إلى ارتفاع ضغط أقصى يبلغ 320 مترًا وتدفق أقصى يبلغ 700 متر مكعب/ساعة، ولكنها توجه المشترين أيضًا إلى استخدام ورقة بيانات النموذج المقابل لمعرفة التدفق والضغط والطاقة بدقة. بالنسبة لمزارع الآبار العميقة، يُرجى طلب منحنى الأداء للنموذج المحدد وتحديد نقطة التشغيل المقترحة قبل الموافقة.
حدد حجم مصفوفة الخلايا الكهروضوئية حول نافذة وحدة التحكم
يجب أن توفر منظومة الخلايا الكهروضوئية الطاقة المطلوبة في يوم التصميم وأن تبقى ضمن حدود وحدة التحكم. يمكنك الحصول على نطاق جهد تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT)، وأقصى جهد للدائرة المفتوحة، وتيار الإدخال، وقدرة المنظومة الموصى بها، وجهد البدء، وترتيب الأسلاك من ورقة بيانات وحدة التحكم بالمضخة.
تحقق من جهد الدائرة المفتوحة للبطارية عند أدنى درجة حرارة متوقعة، وجهد التشغيل عند أعلى درجة حرارة للخلايا. قد لا تعمل البطارية غير الصالحة في الأجواء الحارة، أو قد تتلف وحدة التحكم في الأجواء الباردة. حافظ على تيار الدائرة القصيرة وتيار التشغيل ضمن حدود الإدخال المسموح بها.
استخدم بيانات الموارد الشمسية الشهرية لموسم الري بدلاً من المتوسط السنوي. ضع في اعتبارك عوامل الغبار، ودرجة حرارة الألواح، وفقدان الطاقة في الكابلات، وعدم التوافق، والتظليل، والاتجاه باستخدام طريقة التصميم المعتمدة من المورد.
تقدم Soonest مجموعة ألواح الطاقة الشمسية عالية الطاقةلكن القدرة الكهربائية وحدها لا تضمن التوافق. تأكد من مطابقة قيم Voc وVmp وIsc وImp ومعاملات درجة الحرارة والموصلات والكمية مع وحدة التحكم.
اختر بين نظام التشغيل بالتيار المستمر فقط ونظام التشغيل الاحتياطي بالتيار المتردد/المستمر
يتميز نظام التيار المستمر الشمسي المباشر بقلة مراحل التحويل، ويمكن تشغيله دون بطاريات. وهو غالباً الخيار الأمثل من حيث النظافة، حيث يمكن تخزين المياه في خزان، ويمكن ضخها وفقاً لأشعة الشمس. أما عيوبه فتتمثل في تذبذب تدفق المياه خلال النهار، وعدم إمكانية الضخ بعد حلول الظلام إلا في حال توفر مصدر طاقة آخر.
يُعزز مُتحكم التيار المتردد/المستمر من مرونة النظام عند توفر الطاقة من الشبكة أو المولد. يُمكن تحديد أولوية المصدر، والتحويل، والجهد والتردد المقبولين، وحجم المولد، والتأريض، والحماية. لا يُغني الإدخال الهجين عن ضرورة مُطابقة منحنى المضخة أو منع التشغيل الجاف.
مقارنة Soonest السابقة لـ مضخات الطاقة الشمسية الغاطسة والسطحية يُعد هذا مفيدًا عند تحديد نوع المضخة. عادةً ما تشير الآبار العميقة إلى استخدام مضخة غاطسة لأنها تدفع الماء إلى أعلى من أسفل مستوى الماء؛ أما المصادر المفتوحة الضحلة فقد تناسبها مضخة سطحية يسهل الوصول إليها.
تصميم تركيب الأنابيب والكابلات والآبار
يجب أن يتناسب خط الرفع الرئيسي مع ضغط التشغيل، وجودة المياه، ووزن المضخة، والعمق. يجب أن يتضمن صمامًا مانعًا للرجوع، ودعامة لرأس البئر، وطريقة رفع آمنة، وخطة إزالة. تأكد مما إذا كان وجود الرمل أو الرواسب أو المياه المسببة للتآكل يؤثر على مادة المضخة أو متطلبات الترشيح.
حدد مقاس كابلات المحركات الطويلة بناءً على التيار والطول وطريقة التركيب ودرجة الحرارة وانخفاض الجهد المسموح به. استخدم وصلات الخدمة المغمورة، ونظام تخفيف الإجهاد، والتأريض، والحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ للتيار، والحماية الميكانيكية من الماشية والمركبات.
ضع العوازل وأجهزة التحكم في أماكن يسهل على الموظفين المدربين الوصول إليها، مع حمايتها من الحرارة والغبار والمطر والتعديل غير المصرح به. وفّر ملصقات ومخططًا للأسلاك ودليلًا لرموز الأعطال.
لجنة مكافحة إنتاج المياه، وليس الطاقة الكهربائية فقط
سجّل مستويات المياه الساكنة ومستويات الضخ، ومعدل التدفق، والضغط، ووقت ملء الخزان، وجهد وتيار الألواح الكهروضوئية، وحالة وحدة التحكم، وظروف الطاقة الشمسية. قارن نقطة التشغيل بالمنحنى المعتمد. اختبر إيقاف التشغيل عند انخفاض مستوى الماء وامتلاء الخزان، وإعادة التشغيل، ونظام الطاقة الاحتياطية للتيار المتردد، والإنذارات.
أعد فحص التدفق بعد توصيل شبكة الري. تزيد المرشحات والصمامات والمنقطات من مقاومة التدفق. درّب المشغلين على تنظيف اللوحات، وفحص التسريبات والكابلات، والتحقق من مستويات المياه، وقراءة أعطال وحدة التحكم، وإيقاف المضخة في حالة حدوث اهتزاز غير طبيعي أو انخفاض في التدفق.
إن فريق دعم الخدمة الأسرع يمكن طلب الدعم في تصميم النظام وحل المشكلات. يرجى إرفاق المستندات المطلوبة مع طلب الشراء: منحنى المضخة، حدود وحدة التحكم، تصميم سلسلة الألواح الكهروضوئية، رسم التركيب، إعدادات الحماية، سجل التشغيل، جدول الصيانة، قائمة قطع الغيار، وشروط الضمان.
استنتاج
تنجح أنظمة الضخ الشمسي في الآبار العميقة عندما تتوافق التصاميم الهيدروليكية والكهربائية عند نقطة تشغيل واحدة مُثبتة. حدد الطلب اليومي على المياه، واحسب إجمالي الارتفاع الديناميكي مع مراعاة الانخفاض والاحتكاك، واختر منحنى المضخة الأمثل، ثم قم بمطابقة مصفوفة الخلايا الكهروضوئية مع وحدة التحكم وفقًا للظروف الموسمية. في أقرب وقت يمكن مراجعة اختبار البئر، وارتفاع التوصيل، وخط الأنابيب، واحتياجات المياه، ومصدر الطاقة الشمسية، وتفضيلات النسخ الاحتياطي قبل اختيار النموذج. هذه المعلومات أكثر فائدة من طلب مضخة بناءً على القدرة الحصانية أو عمق البئر فقط.
أسئلة متكررة
كم عدد الألواح الشمسية اللازمة لتشغيل مضخة مياه الآبار العميقة؟
يعتمد عدد المضخات على قدرة الإدخال، وحدود الجهد والتيار لوحدة التحكم، والبيانات الكهربائية للوحدة، وظروف الطاقة الشمسية المحلية، وفقدان الطاقة في الكابلات، وحجم المياه اليومي المطلوب. حدد نقطة تشغيل المضخة أولاً، ثم صمم سلاسل الألواح الكهروضوئية المتصلة على التوالي والتوازي باستخدام بيانات وحدة التحكم والوحدة بدقة.
هل يلزم وجود بطارية لتشغيل مضخة البئر التي تعمل بالطاقة الشمسية؟
في الغالب لا. يوفر ضخ المياه بالطاقة الشمسية مباشرةً إلى خزان تخزينًا أبسط مع فقد أقل وصيانة أقل. لا يُلجأ إلى البطارية إلا في حال تعذر تلبية متطلبات الضخ الليلي أو متطلبات خدمة محددة عن طريق تخزين المياه أو نظام الطاقة الاحتياطية بالتيار المتردد.
لماذا تضخ المضخة كمية مياه أقل من الحد الأقصى للتدفق المعلن عنه؟
يُذكر معدل التدفق الأقصى عادةً عند ضغط منخفض. يؤدي عمق البئر، واحتكاك الأنابيب، والارتفاع، والمرشحات، والصمامات، وضغط المخرج إلى زيادة الضغط الديناميكي الكلي، مما يُحرك نقطة التشغيل إلى معدل تدفق أقل على منحنى المضخة. تحقق من ضغط النظام الفعلي وقارن الناتج المقاس مع منحنى النموذج الدقيق.
