كم واط تستخدم مضخة البئر؟ دليل كامل لأنظمة مضخات المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية

تستخدم معظم مضخات الآبار السكنية بين 750 واط و 2200 واط أثناء التشغيل العادي، مع مضخات نفاثة للآبار الضحلة في الطرف السفلي ومضخات غاطسة للآبار العميقة للمنازل والمزارع الصغيرة في الطرف الأعلى. تسحب مضخة البئر الضحلة التي تبلغ قوتها ربع حصان حوالي 750 إلى 1000 واط، في حين أن المضخة الغاطسة ذات البئر العميقة بقدرة حصان واحد يمكن أن تسحب ما بين 1500 إلى 2200 واط، ويمكن أن تتجاوز المضخات الزراعية الأكبر حجمًا أو ذات الإنتاج العالي التي تبلغ قدرتها ثلاثة حصان 3000 واط. إن معرفة رقم القوة الكهربائية هذا هو الخطوة الأكثر أهمية قبل تغيير الحجم مضخة مياه تعمل بالطاقة الشمسية النظام، لأن تصغير حجم المجموعة الشمسية أو بنك البطاريات هو السبب الأكثر شيوعًا لفشل أنظمة الضخ خارج الشبكة في توفير كمية كافية من المياه.

وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية، يعد ضخ المياه أحد التطبيقات المبكرة الأكثر شيوعًا والأكثر فعالية من حيث التكلفة للطاقة الشمسية على نطاق صغير في المناطق الريفية وخارج الشبكة، لأن المضخات لها حمل يمكن التنبؤ به وقابل للقياس ويمكن مطابقة المصفوفات الشمسية بدقة معقولة. يشرح هذا الدليل بالضبط مقدار الطاقة التي تستخدمها مضخات الآبار المختلفة، وكيفية تحويل هذا الرقم إلى ألواح شمسية ومتطلبات البطارية، وكيفية تجنب أخطاء الحجم التي تترك البئر جافًا في الأيام الملبدة بالغيوم.

القوة الكهربائية لمضخة الآبار حسب النوع والقدرة الحصانية

يتم قياس القوة الكهربائية مباشرة باستخدام القدرة الحصانية وعمق المضخة، مما يعني أن البئر الأعمق أو متطلبات التدفق الأعلى تتطلب دائمًا المزيد من الطاقة الكهربائية. يلخص الجدول أدناه واط التشغيل النموذجي وواط البدء لمضخات الآبار السكنية والزراعية الخفيفة الشائعة، نظرًا لأن واط البدء، والذي يُسمى أيضًا واط الارتفاع، يمكن أن يرتفع لفترة وجيزة أعلى بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات من واط التشغيل عندما يعمل المحرك لأول مرة.

نطاقات التشغيل والتشغيل النموذجية لمضخات الآبار ذات التيار المباشر السكنية والزراعية والطاقة الشمسية الشائعة بناءً على تصنيفات لوحة المحرك القياسية.

لاحظ الصف الأخير من الجدول أعلاه: الغرض مبني مضخات المياه بالطاقة الشمسية ذات التيار المباشر استخدم قوة كهربائية أقل بكثير ولا يكون لديك زيادة كبيرة في البداية مقارنة بمضخات التيار المتردد القياسية، ولهذا السبب تستخدم العديد من المنشآت خارج الشبكة مضخات التيار المستمر المصممة خصيصًا للطاقة الشمسية بدلاً من تحويل مضخة بئر تيار متردد تقليدية.

لماذا يعتبر بدء تشغيل وحدات الوات أكثر أهمية من تشغيل وحدات الوات لتحجيم الطاقة الشمسية

يحدد رقم واط البداية، وليس رقم واط التشغيل، الحد الأدنى من قدرة العاكس والبطارية اللازمة لمضخة بئر تعمل بالطاقة الشمسية. تتطلب المحركات الحثية التقليدية ذات التيار المتردد المستخدمة في المضخات النفاثة والمضخات الغاطسة زيادة قصيرة تبلغ ضعفين إلى ثلاثة أضعاف القوة الكهربائية الجارية للتغلب على المقاومة الأولية للمحرك ودفاعة المضخة. إذا تم ضبط حجم العاكس الشمسي على القوة الكهربائية الجارية فقط، فسوف يفشل محرك المضخة في البدء، أو يتعطل حماية العاكس الزائد، أو يتوقف بشكل متكرر، وهي واحدة من الشكاوى الأكثر شيوعًا التي يتم الإبلاغ عنها في منتديات تركيب المضخات خارج الشبكة ودراسات حالة كهربة الريف.

وجد تحليل أجراه المختبر الوطني للطاقة المتجددة لأنظمة ضخ الطاقة الشمسية صغيرة الحجم في التطبيقات الريفية أن العاكسات وأجهزة التحكم الصغيرة الحجم، وليس الألواح الشمسية الصغيرة الحجم، كانت من بين الأسباب الرئيسية لفشل النظام المبكر في تركيبات الجيل الأول من المضخات الشمسية. وهذا هو السبب في أن مصممي المضخات الشمسية المحترفين يوصون باستمرار بمحولات ذات قدرة تشغيلية للمضخة على الأقل، مع هامش أمان إضافي بنسبة 20 بالمائة.

كيفية حساب استخدام الطاقة اليومي في ساعات واط

يتم حساب استهلاك الطاقة اليومي عن طريق ضرب واط تشغيل المضخة بعدد ساعات العمل كل يوم، معبرًا عنها بالواط ساعة. هذا الرقم، وليس القوة الكهربائية اللحظية وحدها، هو ما يحدد عدد الألواح الشمسية ومقدار تخزين البطارية الذي يحتاجه النظام فعليًا.

1. حدد القوة الكهربائية التي تعمل بها المضخة من لوحة اسمها أو من الجدول المرجعي أعلاه
2. تقدير وقت تشغيل المضخة اليومي بالساعات، ويتم حسابه عادةً من استخدام المياه المنزلية مقسومًا على معدل تدفق المضخة
3. اضرب واط التشغيل في وقت التشغيل اليومي للحصول على ساعات واط يومية
4. قم بتقسيم ساعات الوات اليومية على ساعات الذروة المتوقعة للشمس لموقع التثبيت لتقدير القوة الكهربائية المطلوبة لمجموعة الطاقة الشمسية
5. أضف هامش خسارة النظام بنسبة 20 إلى 30 بالمائة لمراعاة عدم كفاءة العاكس والأسلاك والبطارية

على سبيل المثال، مضخة غاطسة بقدرة 1500 واط تعمل لمدة ساعتين يوميًا تستهلك 3000 واط ساعة يوميًا. في موقع به 5 ساعات ذروة للشمس، فإن تقسيم 3000 واط ساعة على 5 ساعات يعطي 600 واط من سعة الألواح الشمسية اللازمة قبل احتساب خسائر النظام. تؤدي إضافة هامش خسارة بنسبة 25 بالمائة إلى رفع متطلبات اللوحة العملية إلى 750 واط تقريبًا.

مضخات الآبار AC مقابل مضخات المياه بالطاقة الشمسية DC

تعتبر مضخات المياه بالطاقة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بشكل عام وأسهل في تشغيلها مباشرة من الألواح الشمسية، في حين أن مضخات آبار التيار المتردد متاحة على نطاق أوسع وغالبًا ما يتم تركيبها بالفعل في المنازل القائمة. يعتمد الاختيار بين تحويل مضخة تيار متردد موجودة إلى طاقة شمسية مقابل تركيب مضخة شمسية تعمل بالتيار المستمر مصممة لهذا الغرض بشكل كبير على ما إذا كان البئر عبارة عن تركيب جديد أو تركيب موجود.

مقارنة تحويل مضخة بئر تيار متردد موجودة إلى طاقة شمسية مقابل تركيب مضخة مياه شمسية ذات تيار مباشر مصممة لهذا الغرض.

بطارية مجانية مقابل أنظمة المضخات الشمسية المدعومة بالبطارية

يمكن للعديد من مضخات المياه بالطاقة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر أن تعمل بدون بطارية عن طريق ضخ المياه إلى خزان مرتفع عندما تكون الشمس مشرقة، مما يلغي الحاجة إلى بنوك البطاريات باهظة الثمن. هذا النهج، الذي يُطلق عليه غالبًا الضخ الشمسي المباشر أو الضخ بعد الشمس، شائع في تطبيقات سقي الزراعة والماشية حيث يمكن تخزين المياه بالجاذبية بدلاً من الكهرباء.

وعلى النقيض من ذلك، تقوم الأنظمة المدعومة بالبطاريات بتخزين الطاقة الشمسية كيميائيًا بحيث يمكن تشغيل المضخة ليلاً، أو في الأيام الملبدة بالغيوم، أو أثناء ذروة الطلب المنزلي بغض النظر عن ضوء الشمس الحالي. المقايضة واضحة ومباشرة:

• تتمتع الأنظمة الخالية من البطاريات بتكلفة أولية أقل، وصيانة أقل، ولا توجد دورة لاستبدال البطارية
• توفر الأنظمة المدعومة بالبطارية إمكانية الوصول إلى المياه عند الطلب في أي ساعة، بغض النظر عن الطقس
• غالبًا ما يمكن لخزان تخزين المياه أن يحل محل بنك البطاريات بجزء صغير من التكلفة لكل وحدة من السعة المخزنة
• تتطلب الأنظمة المدعومة بالبطارية وحدة تحكم شحن ذات حجم مناسب لمنع الشحن الزائد أو تلف التفريغ العميق

مثال من العالم الحقيقي: تحديد حجم النظام الشمسي لمضخة بئر غاطسة بقدرة 1 حصان

تتطلب المضخة الغاطسة العميقة بقوة حصان واحد والتي تسحب 1800 واط وتعمل لمدة ساعتين يوميًا ما يقرب من 900 إلى 1100 واط من سعة الألواح الشمسية في معظم مناطق الشمس المعتدلة. العمل من خلال الحساب:

1. قوة التشغيل: 1,800 واط
2. مدة التشغيل اليومي: ساعتان
3. الاستخدام اليومي للطاقة: 1800 مضروبًا في 2 يساوي 3600 واط ساعة
4. ساعات الذروة المفترضة للشمس: 4.5 ساعة، وهي نموذجية للعديد من المناطق المعتدلة وفقًا لبيانات الموارد الشمسية الخاصة بالمختبر الوطني للطاقة المتجددة
5. متطلبات الطاقة الشمسية الأساسية: 3600 مقسومة على 4.5 يساوي 800 واط
6. مع هامش خسارة النظام بنسبة 25 بالمائة: ما يقرب من 1000 واط من الألواح الشمسية
7. يعتمد حجم العاكس على أساس واط يبدأ من 3500 إلى 4500 واط، بالإضافة إلى هامش بنسبة 20 بالمائة، ويشير إلى معدل عاكس يتراوح ما بين 5000 إلى 5400 واط تقريبًا في حالة استخدام مضخة تيار متردد

يوضح هذا المثال لماذا يكون حجم العاكس المدفوع بالواط المبدئي، بدلاً من حجم اللوحة الشمسية المدفوع بالواط الجاري، هو الجزء الأكثر تكلفة والأكثر شيوعًا في ميزانية مضخة الآبار الشمسية.

العوامل التي تزيد من متطلبات القوة الكهربائية لمضخة البئر

عمق البئر، واحتكاك الأنابيب، ومعدل التدفق المطلوب، كلها عوامل تدفع احتياجات القوة الكهربائية الفعلية إلى أعلى من تصنيف لوحة الاسم الأساسية. تعمل العديد من المتغيرات عادةً على زيادة سحب الطاقة في العالم الحقيقي لمضخة البئر بما يتجاوز واط التشغيل المعلن:

• رأس ديناميكي إجمالي، مما يعني الرفع العمودي والضغط اللازمين لنقل المياه من منسوب المياه الجوفية إلى نقطة الاستخدام
• عمق البئر، حيث أن الآبار العميقة تتطلب المزيد من العمل لكل جالون يتم ضخه
• قطر الأنبوب وطوله، حيث تعمل الأنابيب الضيقة أو الطويلة على خلق خسائر احتكاك تزيد من حمل المحرك
• معدل التدفق المطلوب بالجالون في الدقيقة، نظرًا لأن التدفق الأعلى يتطلب طاقة أكبر نسبيًا
• انخفاض الجهد من سلك طويل يمتد بين مصدر الطاقة والمضخة، مما قد يجبر المحرك على سحب المزيد من التيار للتعويض

الأخطاء الشائعة عند تغيير حجم مضخة المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية

تعود معظم مشكلات ضعف أداء المضخات الشمسية إلى عدد قليل من أخطاء الحجم المتوقعة بدلاً من فشل المعدات.

• تغيير حجم العاكس لتشغيل الوات بدلاً من الرقم الأعلى للواط
• تجاهل إجمالي الرأس الديناميكي والتحجيم فقط لمتطلبات التدفق الأفقي
• الاستهانة بالتغيرات الموسمية في ساعات الذروة للشمس، خاصة خلال أشهر الشتاء
• اختيار سعة بنك البطارية دون احتساب عدة أيام غائمة متتالية
• استخدام أسلاك صغيرة الحجم تؤدي إلى انخفاض الجهد على مسافات طويلة بين اللوحات والمضخة
• الفشل في تضمين وحدة تحكم بالشحن مطابقة بشكل مناسب لكل من مجموعة اللوحة وكيمياء البطارية

الأسئلة المتداولة

كم واط تستخدم مضخة البئر في المتوسط؟

تستخدم معظم مضخات الآبار السكنية بين 750 and 2,200 running watts, with the exact figure depending on horsepower, well depth, and pump type.

هل يمكن لمضخة مياه تعمل بالطاقة الشمسية تشغيل مضخة بئر بدون بطاريات؟

نعم، يمكن للمضخات الشمسية ذات التيار المباشر أن تعمل بدون بطارية عن طريق ضخها في خزان تخزين خلال ساعات النهار، على الرغم من أن مضخات التيار المتردد تتطلب عمومًا بطارية احتياطية للحصول على طاقة زيادة موثوقة.

كم عدد الألواح الشمسية اللازمة لتشغيل مضخة البئر؟

تتطلب مضخة البئر النموذجية ذات نصف حصان إلى حصان واحد ما يقرب من 600 إلى 1200 واط من سعة الألواح الشمسية، اعتمادًا على وقت التشغيل اليومي وساعات الذروة المحلية للشمس.

لماذا تحتاج مضختي إلى عاكس أكبر بكثير مما تقترحه واط التشغيل؟

تتطلب محركات مضخة البئر ارتفاعًا مفاجئًا في البداية يتراوح بين ضعفين إلى ثلاثة أضعاف القوة الكهربائية الجارية للتغلب على المقاومة الميكانيكية الأولية، لذلك يجب أن يكون حجم العاكس مناسبًا لرقم البداية الأعلى هذا.

هل المضخة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر أكثر كفاءة من مضخة التيار المتردد التي تعمل بالعاكس؟

نعم، تتجنب المضخات الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر خسائر تحويل العاكس وعادة ما تعمل بكفاءة أكبر لكل واط من مدخلات الطاقة الشمسية مقارنة بمضخة التيار المتردد التي تعمل من خلال العاكس.

هل يؤثر عمق البئر على عدد الوات التي تستخدمها المضخة؟

نعم، تزيد الآبار العميقة من إجمالي الرأس الديناميكي، مما يزيد من مقدار العمل الذي يجب أن يؤديه المحرك لكل جالون ويزيد من سحب الطاقة في العالم الحقيقي أعلى من تصنيف لوحة الاسم.

ما مقدار سعة تخزين البطارية التي يحتاجها نظام مضخة الآبار الشمسية؟

يجب أن يغطي حجم البطارية ما لا يقل عن يوم إلى ثلاثة أيام من الاستخدام النموذجي لطاقة المضخة لمراعاة الطقس الغائم، ويتم حسابه عن طريق ضرب ساعات الوات اليومية في العدد المطلوب من الأيام الاحتياطية.

هل يمكن للوحة شمسية واحدة تشغيل مضخة بئر صغيرة؟

نادرًا ما توفر لوحة قياسية واحدة ما يكفي من القوة الكهربائية لمضخة بئر كاملة الحجم، نظرًا لأن حتى المضخات الغاطسة الصغيرة تحتاج عادةً إلى عدة مئات من الواط من مدخلات الطاقة الشمسية جنبًا إلى جنب مع وحدة تحكم ذات حجم مناسب.

الأفكار النهائية

إن فهم عدد الواط الذي تستخدمه مضخة البئر هو أساس أي نجاح مضخة مياه تعمل بالطاقة الشمسية المشروع، نظرًا لأن كل قرار نهائي، بدءًا من عدد اللوحات وحتى تصنيف العاكس وحتى سعة البطارية، يعتمد على نقطة بداية دقيقة. تحدد وحدات الواط الجارية استهلاك الطاقة اليومي، لكن وحدات الواط الأولية تحدد السعة القصوى التي يجب أن يكون النظام قادرًا على توفيرها في لحظة، والخلط بين الاثنين هو السبب الأكثر شيوعًا وراء ضعف أداء أنظمة الضخ خارج الشبكة. من خلال حساب الاحتياجات اليومية الفعلية من الواط ساعة، وحساب إجمالي الرأس الديناميكي وعمق البئر، والاختيار بين التصميمات الخالية من البطاريات والتصميمات المدعومة بالبطارية بناءً على أنماط الاستخدام الحقيقية، يمكن لأصحاب المنازل ومشغلي المزارع الصغيرة بناء نظام ضخ بالطاقة الشمسية بالحجم الصحيح في المرة الأولى بدلاً من اكتشاف النقص بعد التثبيت.