چند پنل خورشیدی برای راه اندازی یک پمپ 1 اسب بخاری؟ 4-6 پنل مورد نیاز است

برای راه اندازی یک AC استاندارد 1 اسب بخار (HP). پمپ آب شما معمولاً به 4 تا 6 پنل خورشیدی با توان 300 وات نیاز دارید که بستگی به ساعات اوج خورشید در محل شما و مصرف انرژی واقعی پمپ دارد. موتور پمپ 1 اسب بخار تقریباً 746 وات برق در بار کامل می گیرد، اما با تلفات راندمان و افزایش شروع، نیاز واقعی به 900 تا 1100 وات نزدیک می شود. آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) داده‌های تابش خورشیدی را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد بیشتر ایالات متحده به طور متوسط ​​سالانه 4 تا 5.5 ساعت اوج خورشید در روز دریافت می‌کند. با استفاده از این ارقام می توان اندازه آرایه فتوولتائیک (PV) لازم را محاسبه کرد و پاسخ چند پنل خورشیدی برای راه اندازی یک پمپ 1 اسب بخاری روشن می شود: یک آرایه خورشیدی 1500 تا 1800 واتی، که در صورت محاسبه تلفات سیستم و راندمان اینورتر به پنج یا شش پنل 300 واتی ترجمه می شود. این مقاله به جزئیات ریاضیات می‌پردازد، انواع پمپ‌ها را با هم مقایسه می‌کند و راهنمای اندازه‌گیری گام به گام با پشتیبانی استانداردهای انرژی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و بهترین شیوه‌های صنعت خورشیدی ارائه می‌کند.

محاسبه مصرف برق واقعی یک پمپ 1 اسب بخار

توان الکتریکی واقعی یک پمپ 1 اسب بخاری که به دلیل ناکارآمدی موتور و ضریب قدرت، بالاتر از توان مکانیکی اسب بخار است. یک اسب بخار مکانیکی برابر با 746 وات است. با این حال، طبق پایگاه داده MotorMaster DOE، یک موتور القایی تک فاز معمولی که پمپ آب را هدایت می کند، بازدهی بین 65 تا 80 درصد دارد. این بدان معناست که توان الکتریکی ورودی می تواند از 933 وات (746 ÷ 0.80) تا 1148 وات (746 ÷ 0.65) باشد. برای یک تخمین محافظه کارانه، ما ورودی 1000 وات را برای یک پمپ با کیفیت خوب فرض می کنیم. علاوه بر این، نوسان راه‌اندازی می‌تواند 2 تا 3 برابر وات در حال اجرا باشد، اما آرایه خورشیدی تنها در صورتی نیاز به کنترل بار در حال اجرا دارد که از باتری‌ها یا یک درایو فرکانس متغیر (VFD) برای مدیریت نوسانات استفاده شود. هنگام اندازه گیری a پمپ آب خورشیدی سیستم بدون باتری، آرایه باید در ساعات روشنایی روز به اندازه کافی برق تولید کند تا تقاضای آنی پمپ را برآورده کند. برای یک سیستم متصل به شبکه یا باتری، کل انرژی روزانه (وات-ساعت) معیار کلیدی است.

چگونه ساعات اوج خورشید تعداد پنل های خورشیدی را تعیین می کند

ساعات اوج خورشید (PSH) معادل تعداد ساعاتی در روز است که تابش خورشیدی به طور متوسط 1000 وات بر متر مربع است و میزان انرژی را که یک پنل خورشیدی می تواند تولید کند را دیکته می کند. ماشین‌حساب PVWatts NREL نشان می‌دهد که فینیکس، آریزونا، حدود 6.5 PSH در تابستان و 5.5 در زمستان دریافت می‌کند، در حالی که سیاتل، واشنگتن، ممکن است تنها 3.5 تا 4.5 PSH را ببیند. اگر یک پمپ 1 HP به مدت 4 ساعت در روز نیاز داشته باشد، کل انرژی مورد نیاز 4 کیلووات ساعت (با فرض 1000 وات بار در حال اجرا) است. یک پنل 300 واتی در یک مکان 5 PSH تقریباً 1.5 کیلووات ساعت در روز (300 وات × 5 ساعت) تولید می کند. بنابراین برای تولید 4 کیلووات ساعت به حدود 3 پنل نیاز دارید. اما این یک محاسبه ایده آل است. تلفات واقعی ناشی از گرد و غبار، دما، سیم کشی و راندمان اینورتر خروجی را بین 20 تا 30 درصد کاهش می دهد، بنابراین تعداد واقعی به 4 یا 5 پانل افزایش می یابد. جدول زیر نشان می دهد که چگونه تعداد پنل مورد نیاز با مکان و زمان کارکرد روزانه پمپ برای بار پمپ استاندارد 1000 وات تغییر می کند.

جدول: تعداد تخمینی پنل های خورشیدی 300 واتی مورد نیاز برای راه اندازی یک پمپ 1 اسب بخار (بار 1000 وات) برای زمان های مختلف کار روزانه و ساعات اوج خورشید. شامل 20% ضریب از بین رفتن سیستم است. محاسبات بر اساس داده های منبع خورشیدی NREL و دستورالعمل های بازده موتور DOE.

پمپ های DC در مقابل AC: چرا برای تعداد پنل های خورشیدی مهم است

یک پمپ خورشیدی بدون جاروبک DC نیاز به اینورتر را از بین می برد و می تواند با 25 تا 30 درصد پنل های خورشیدی کمتر نسبت به یک سیستم پمپ AC معادل کار کند. یک پمپ شناور DC 1 HP به طور خاص برای ورودی فتوولتائیک طراحی شده است و شامل یک کنترل کننده داخلی ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) است. حدود 800 تا 900 وات برق DC مصرف می کند، در مقایسه با 1000 وات مورد نیاز یک پمپ AC با تلفات اینورتر. پایگاه داده بهره وری لوازم خانگی کمیسیون انرژی کالیفرنیا نشان می دهد که یک پمپ خورشیدی DC با کیفیت بالا می تواند بازده کلی سیم به آب 45٪ تا 55٪ را به دست آورد، در حالی که یک پمپ AC با یک اینورتر جداگانه ممکن است تنها به 35٪ تا 45٪ برسد. این بدان معناست که برای همان خروجی آب روزانه، یک DC پمپ خورشیدی ممکن است سیستم به جای 5 تا 6 پنل به 3 تا 4 پنل نیاز داشته باشد. با این حال، پمپ‌های DC معمولاً محدود به نیازهای هد و جریان کوچک‌تر هستند، و پمپ‌های کشاورزی بزرگ‌تر همچنان به دلیل استحکام و هزینه اولیه کمتر، موتورهای AC را ترجیح می‌دهند. وقتی میپرسی چند پنل خورشیدی برای راه اندازی یک پمپ 1 اسب بخاری ، تعیین نوع پمپ برای پاسخ دقیق ضروری است.

ذخیره سازی باتری و تأثیر آن بر تعداد پنل

افزودن باتری برای ذخیره انرژی به پمپ اجازه می دهد تا در ساعات غیر آفتابی کار کند، اما تعداد کل پنل های خورشیدی مورد نیاز را بین 20 تا 40 درصد افزایش می دهد تا تلفات شارژ را پوشش دهد و تعادل انرژی روزانه را تضمین کند. یک بانک باتری سرب اسیدی معمولی دارای راندمان رفت و برگشتی بین 80 تا 85 درصد است در حالی که باتری‌های لیتیوم یونی به 95 درصد می‌رسند. اگر پمپ باید 2 ساعت پس از غروب خورشید کار کند، آرایه خورشیدی باید انرژی اضافی در طول روز تولید کند و بر اتلاف باتری غلبه کند. دفتر بهره وری انرژی و انرژی های تجدید پذیر وزارت انرژی توصیه می کند که اندازه یک سیستم فتوولتائیک مستقل را برای تامین 1.3 برابر انرژی مورد نیاز روزانه بار در صورت گنجاندن باتری ها، اندازه گیری کنید. برای یک پمپ 1 اسب بخاری که 4 ساعت (4 کیلووات ساعت) کار می کند، یک سیستم مبتنی بر باتری به خروجی روزانه 5.2 کیلووات ساعت نیاز دارد. در یک مکان 5 PSH، به حدود 1.3 کیلووات پانل یا پنج پانل 300 وات با فرض ضریب کاهش 0.77 نیاز دارد. بنابراین، در حالی که باتری ها راحتی را فراهم می کنند، تعداد پنل ها را افزایش می دهند. فهرست نامرتب زیر فاکتورهای کلیدی را که باید در نظر گرفته شود برجسته می کند.

• راندمان اینورتر: اینورترهای رشته گره خورده با راندمان 96 تا 98 درصد به اوج خود می رسند. اینورترهای خارج از شبکه ممکن است 90% تا 93% راندمان باشند. این تلفات مستقیماً به نیازهای پانل اضافه می کند.
• نوع کنترل کننده شارژ: شارژ کنترلرهای MPPT بین 92 تا 97 درصد کارایی دارند و نسبت به کنترلرهای PWM انرژی بیشتری از پنل ها برداشت می کنند، به خصوص در هوای خنک. استفاده از کنترلر MPPT می تواند تعداد پنل ها را در سیستم های بزرگتر یک پنل کاهش دهد.
• شیب و جهت: پانل‌هایی که با شیب برابر با عرض جغرافیایی رو به جنوب هستند، تولید سالانه را به حداکثر می‌رسانند. انحراف از این امر می تواند خروجی را 10% تا 20% کاهش دهد که نیاز به پانل های بیشتری دارد.
• کاهش دما: پنل های خورشیدی در هر درجه سانتیگراد بالای 25 درجه سانتیگراد 0.3 تا 0.5 درصد کارایی خود را از دست می دهند. در آب و هوای گرم، این می تواند تعداد پانل های مورد نیاز را 5٪ تا 10٪ افزایش دهد.

راهنمای گام به گام اندازه گیری برای یک سیستم پمپ خورشیدی 1 HP

پیروی از یک فرآیند اندازه‌گیری سیستماتیک تضمین می‌کند که آرایه خورشیدی نیاز انرژی پمپ را بدون صرف هزینه بیش از حد برای پانل‌های غیر ضروری برآورده می‌کند. مراحل زیر متدولوژی طراحی استاندارد مورد استفاده توسط انجمن صنایع انرژی خورشیدی (SEIA) را در بر می گیرد.

1. تعیین نیاز برق پمپ: اگر پمپ AC دارید، پلاک نام را از نظر وات یا آمپر بررسی کنید. اگر فقط اسب بخار ذکر شده است، 1000 وات را برای یک موتور 1 اسب بخاری پس از کاهش بازده در نظر بگیرید. برای پمپ های DC، از وات مشخص شده سازنده استفاده کنید.
2. زمان اجرای روزانه را بر حسب ساعت تعیین کنید: وات پمپ را در ساعت در روز ضرب کنید تا وات-ساعت روزانه (Wh) بدست آورید. مثال: 1000 وات × 4 ساعت = 4000 وات ساعت.
3. ساعات اوج خورشید مکان را پیدا کنید: از وب سایت NREL PVWatts یا نقشه تابش خورشیدی استفاده کنید. برای دریافت میانگین PSH روزانه برای ماه های استفاده مورد نظر، نزدیک ترین شهر را وارد کنید.
4. محاسبه وات آرایه خورشیدی مورد نیاز: Wh روزانه را بر PSH تقسیم کنید، سپس بر ضریب کارایی سیستم (معمولاً 0.75 برای سیستم AC بدون باتری، 0.65 برای سیستم مبتنی بر باتری) تقسیم کنید. مثال: 4000 ÷ 5 ÷ 0.75 = 1067 وات پنل.
5. با تقسیم بر وات پانل تعداد پانل ها را بدست آورید: با استفاده از پانل های 300 وات، 1067 ÷ 300 = 3.56، بنابراین تا 4 پانل گرد کنید. اگر شک دارید، برای محاسبه پیری و کثیفی جمع کنید.

سوالات متداول در مورد پنل های خورشیدی برای پمپ 1 HP

آیا می توانم پمپ 1 HP را مستقیماً از پنل های خورشیدی بدون باتری کار کنم؟

بله، یک پمپ خورشیدی اگر یک پمپ DC با یک کنترلر داخلی یا یک پمپ AC با یک درایو فرکانس متغیر طراحی شده برای ورودی خورشیدی باشد، می تواند مستقیماً به پانل ها متصل شود. با این حال، پمپ تنها زمانی کار می کند که نور خورشید کافی باشد و خروجی آن با تابش تغییر می کند. این تنظیم در آبیاری کشاورزی و هوادهی حوضچه ها رایج است.

برای پمپ چاه شناور 1 اسب بخاری به چند پنل خورشیدی نیاز دارم؟

یک پمپ شناور 1 اسب بخاری معمولاً به یک آرایه 1500 واتی برای کنترل موج راه اندازی و سر چاه عمیق تر نیاز دارد. این به پنج پنل خورشیدی 300 وات ترجمه می شود. اگر عمق چاه بیشتر از 200 فوت باشد، ممکن است یک آرایه 2000 واتی لازم باشد که به معنای 6 یا 7 پانل است. هنگام اندازه گیری به ضریب سرویس پمپ و حداکثر آمپر آن توجه کنید.

آیا نصب پنل خورشیدی 1000 واتی از پمپ 1 اسب بخاری استفاده می کند؟

یک آرایه 1000 وات می تواند پمپ 1 اسب بخار را تنها در صورتی راه اندازی کند که توان ورودی واقعی پمپ 800 وات یا کمتر باشد و سیستم شامل یک موتور DC کارآمد یا یک استارت نرم باشد. برای یک پمپ AC استاندارد، 1000 وات مرزی است و ممکن است باعث از کار افتادن پمپ یا بارگذاری بیش از حد اینورتر در هنگام راه اندازی شود. داشتن حداقل 1200 تا 1500 وات پنل ایمن تر است.

آیا می توانم از پنل های خورشیدی مستعمل یا ناهماهنگ برای پمپ خود استفاده کنم؟

بله، اما پانل های نامتناسب در یک رشته سری، جریان محدود شده توسط ضعیف ترین پانل تولید می کند و خروجی کلی را کاهش می دهد. در صورت استفاده از پانل های مستعمل، ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه هر پانل را آزمایش کنید تا مطمئن شوید که آنها در 10٪ از یکدیگر قرار دارند. NREL توصیه می کند که کاهش عملکرد 0.5٪ تا 1٪ در سال برای پانل های سیلیکونی کریستالی به این معنی است که یک پانل 10 ساله ممکن است 10٪ از ظرفیت خود را از دست داده باشد، بنابراین تعداد پانل های خود را به سمت بالا تنظیم کنید.

ساده ترین راه برای یافتن وات پمپ من برای اندازه خورشیدی چیست؟

ساده ترین روش اندازه گیری جریان در حال اجرا پمپ با گیره متر و ضرب در ولتاژ (120 ولت یا 240 ولت) است. برای یک پمپ 1 HP، این معمولا 8 تا 12 آمپر در 120 ولت را نشان می دهد که 960 تا 1440 وات است. این اندازه گیری در دنیای واقعی نسبت به اسب بخار پلاک نام برای اندازه قابل اعتمادتر است پنل های خورشیدی .

نتیجه گیری: سیستم پمپ خورشیدی خود را برنامه ریزی کنید

پاسخ به چند پنل خورشیدی برای راه اندازی یک پمپ 1 اسب بخاری از 4 تا 6 پنل استاندارد 300 واتی بر اساس زمان کار روزانه، ساعات آفتابی جغرافیایی، نوع پمپ و اینکه آیا باتری ها در آن گنجانده شده است، متفاوت است. با استفاده از روش اندازه‌گیری گام به گام و در نظر گرفتن تلفات در دنیای واقعی، می‌توانید از سیستم کم‌اندازه‌ای که پمپ شما را در روزهای ابری بی‌کار می‌گذارد یا سیستم‌های بزرگی که پول را هدر می‌دهد، اجتناب کنید. پمپاژ آب خورشیدی یک فناوری بالغ با صرفه جویی اثبات شده است. یک آرایه با اندازه مناسب به طور قابل اعتماد آب را برای آبیاری، دام یا مصارف خانگی با انرژی رایگان و تجدیدپذیر برای چندین دهه تحویل می دهد.