أنظمة مضخات الآبار خارج الشبكة: كيفية اختيار مضخات الطاقة الشمسية وحجمها وتركيبها

مضخة البئر خارج الشبكة هي مضخة مياه تسحب المياه من البئر دون الاعتماد على شبكة المرافق. الإعداد الأكثر موثوقية للعقار البعيد هو مضخة غاطسة تعمل بالطاقة الشمسية، وجهاز تحكم بالطاقة الشمسية، وخزان تخزين، ونظام ضغط. يشرح هذا الدليل كيفية مطابقة المضخة لبئرك، والمكونات الأكثر أهمية، وما يمكن توقعه من حيث الصيانة والتكاليف.

ما هي مضخة الآبار خارج الشبكة؟

مضخة البئر خارج الشبكة هي أي مضخة ترفع المياه من البئر باستخدام الكهرباء المولدة في الموقع، عادةً من الألواح الشمسية. ويجب أن تعمل بشكل مستقل عن شركة الطاقة المحلية، مما يعني أن النظام بأكمله يجب أن يتم تصميمه حول مصدر طاقة متغير.

يتكون النظام الكامل عادة من المضخة، وجهاز التحكم بالطاقة الشمسية، ومجموعة من الألواح الشمسية، والأنابيب، وخزان التخزين أو الضغط. تشتمل بعض الأجهزة أيضًا على بطاريات، لكن العديد من الآبار خارج الشبكة تستخدم تصميم المضخة والتخزين بحيث لا تعمل المضخة إلا عندما تكون الشمس متاحة.

نظرًا لأن المضخة هي الحمل الأساسي، فإن تحديد حجمها بشكل صحيح هو أهم قرار ستتخذه. لن تملأ المضخة الصغيرة خزان الوقود أبدًا؛ سوف يهدر الحجم الكبير المال وقد لا يبدأ بشكل صحيح في الأيام الملبدة بالغيوم.

المفتاح: مطابقة المضخة للآبار والطلب اليومي

يجب أن يتناسب حجم المضخة التي تختارها مع عمق البئر ومستوى الماء الثابت والسحب اليومي ومعدل التدفق الأقصى.

ابدأ بقياس الرأس الديناميكي الإجمالي (TDH). TDH تساوي المسافة العمودية من سطح الماء إلى نقطة التفريغ، بالإضافة إلى فقد الاحتكاك في الأنابيب والأكواع، بالإضافة إلى أي ضغط مطلوب عند المخرج. بالنسبة لبئر نموذجي يبلغ عمقه 100 قدم، قد يكون TDH 120 قدمًا عند تضمين الاحتكاك.

بعد ذلك، قم بتقدير الطلب اليومي على المياه. تستخدم الأسرة المكونة من أربعة أشخاص عادةً ما بين 300 إلى 500 جالون يوميًا. يمكن للماشية والحدائق والري أن تزيد الطلب بشكل كبير. يوفر الجدول أدناه نقطة بداية للتحجيم.

هذه الأرقام هي تقديرات. قد يحتاج البئر ذو مستوى الماء الثابت المنخفض ولكن متطلبات التدفق العالية إلى وحدة تحكم أكبر وألواح شمسية إضافية.

تحجيم المضخة الشمسية: مثال عملي

بالنسبة لبئر بطول 100 قدم مع حاجة يومية تبلغ 2000 جالون، عادة ما تكون مضخة غاطسة بالطاقة الشمسية مقاس 4 بوصات في نطاق 1100 إلى 1500 واط كافية.

في هذا السيناريو، ستعمل المضخة لمدة ثلاث إلى خمس ساعات يوميًا تحت ضوء الشمس الكامل، وتتحرك حوالي 400 جالون في الساعة. إذا كان البئر عميقًا، فإن الدفاعات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تعد خيارًا أكثر أمانًا من البلاستيك لأنها تتعامل مع المواد الكاشطة بشكل أفضل وتدوم لفترة أطول.

وحدة تحكم بمضخة شمسية مقاس 4 بوصة من الفولاذ المقاوم للصدأ بقدرة 800-3000 وات تتميز هذه المضخة الغاطسة مقاس 4 بوصة بدفاعات من الفولاذ المقاوم للصدأ لتشغيل موثوق به في المياه الرملية قليلاً والآبار العميقة، مما يوفر عمر خدمة طويل للاستخدام المستمر للأحمال الثقيلة طوال اليوم. عرض المنتج →

تغطي هذه المضخة نطاق 800-3000 واط ويمكن مطابقتها مع المجموعة الشمسية المناسبة. تسمح لك المجموعة المزودة بوحدة تحكم بقدرة 3000 واط بالتوسع لاحقًا إذا قمت بإضافة الري أو الحظيرة.

الألواح الشمسية وأجهزة التحكم والبطاريات: ما الذي يهم في الواقع؟

وحدة التحكم هي المكون الذي يجعل مضخة البئر خارج الشبكة تعمل بشكل موثوق، لأنها تدير الطاقة من الألواح الشمسية وتتحول بين مصادر التيار المستمر والتيار المتردد عند الحاجة.

يختلف إنتاج الطاقة الشمسية خلال اليوم. بدون وحدة تحكم جيدة، يمكن أن تفقد المضخة الشفط أو تتوقف عند انخفاض الجهد. تحافظ وحدة التحكم عالية الجودة مع التبديل التلقائي للتيار المتردد/المستمر على تشغيل المضخة حتى عندما يقلل الغطاء السحابي من إنتاج الطاقة الشمسية، كما أنها تحمي المحرك من أضرار التشغيل الجاف.

وحدة تحكم مضخة التيار المتردد/التيار المستمر ذات التبديل التلقائي لأنظمة الطاقة الشمسية بقدرة 1100-3000 وات تقوم وحدة التحكم هذه تلقائيًا بإعطاء الأولوية للطاقة الشمسية وتتحول إلى النسخ الاحتياطي للتيار المتردد أثناء الإضاءة المنخفضة أو الليل، مما يضمن إمدادات المياه دون انقطاع وحماية المضخة من أضرار التشغيل الجاف. عرض المنتج →

تم تصميم وحدة التحكم هذه لنطاق 1100-3000 واط، والذي يغطي مضخات الآبار الأكثر شيوعًا خارج الشبكة. فهو يقرر تلقائيًا بين إدخال الطاقة الشمسية DC ومصدر التيار المتردد الاحتياطي، مما يجعله مناسبًا بشكل ممتاز للعقارات التي تحتوي بالفعل على مولد تيار متردد صغير أو اتصال بالشبكة كنسخة احتياطية.

البطاريات ليست ضرورية دائما. يمكن لنظام المضخة والتخزين أن يملأ الخزان خلال وضح النهار فقط، ثم يستخدم الجاذبية للضغط. إذا كنت بحاجة إلى ضغط مستمر في الليل، أضف خزان ضغط ومعززًا. تضيف البطاريات تكلفة وصيانة، لذا قم بإضافتها فقط إذا كنت بحاجة حقًا إلى الضخ ليلاً.

المضخة السطحية مقابل المضخة الغاطسة للآبار خارج الشبكة

المضخات الغاطسة هي الاختيار القياسي للآبار العميقة، في حين أن المضخات السطحية تعمل فقط عندما يكون إجمالي الرأس الديناميكي منخفضًا.

توجد المضخات الغاطسة في قاع البئر بالقرب من مصدر المياه. يمكنهم دفع المياه لمسافات طويلة والتعامل مع مستويات المياه الساكنة العميقة. يتم تركيب المضخات السطحية فوق سطح الأرض وتستخدم الشفط، مما يحدها من الرفع العمودي بحوالي 25 قدمًا. بالنسبة لبئر خارج الشبكة أعمق من 30 قدمًا، تكون المضخة الغاطسة هي الحل الصحيح دائمًا تقريبًا.

إذا كان لديك بئرًا ضحلًا أو ينبوعًا، فقد تكون المضخة السطحية مناسبة تمامًا. من الأسهل صيانتها، لكن يجب عليك حمايتها من التجمد.

المضخة الشمسية السطحية الطاردة المركزية مع جهاز التحكم التلقائي (2000-3600 واط) تناسب هذه المضخة السطحية المزودة بوحدة تحكم أوتوماتيكية مدمجة ري الآبار الضحلة أو الأحواض، مما يوفر تدفقًا عاليًا للنقل لمسافات طويلة مع الحفاظ على سهولة الوصول إلى الخدمة. عرض المنتج →

تغطي هذه المضخة السطحية نطاق 2000-3600 واط وتعمل بشكل جيد للآبار الضحلة أو الري من البركة.

خيارات تخزين المياه والضغط

يعد خزان التخزين الجزء الأكثر أهمية في إمدادات المياه خارج الشبكة، لأنه يسمح للمضخة بالعمل على دفعات قصيرة وتخزين ما يكفي من المياه للأيام الغائمة.

بالنسبة لعائلة تستخدم 500 جالونًا يوميًا، فإن الخزان سعة 1000 جالون يوفر احتياطيًا لمدة يومين تقريبًا. الخزان الأكبر هو الأفضل بشكل عام؛ إنها تكلف أكثر بقليل من مضخة صغيرة وتقلل من الحاجة إلى تشغيل المضخة كل يوم. من الخزان، يمكنك استخدام تدفق الجاذبية إذا كان هناك ارتفاع، أو تركيب مضخة ضغط صغيرة وخزان ضغط للتركيبات المنزلية القياسية.

إذا كنت تفضل عدم تخزين المياه الخام، فيمكنك ضخها مباشرة في خزان الضغط واستخدامها مثل النظام البلدي. ومع ذلك، فإن المضخات الشمسية ليست مصممة لوحدها للحفاظ على الضغط المنزلي المستمر. التخزين هو الطريق الأكثر قوة.

قائمة مراجعة الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

تستغرق معظم أعمال الصيانة الروتينية لمضخة الآبار الشمسية أقل من ساعة شهريًا.

• تنظيف الألواح الشمسية. تؤدي الأوساخ وفضلات الطيور إلى تقليل الإنتاج بنسبة تصل إلى 20%. اشطفهم بالماء وقطعة قماش ناعمة.
• تحقق من شاشات وحدة التحكم بحثًا عن رموز الخطأ. تُظهر معظم وحدات التحكم خطأً في الجهد المنخفض أو التشغيل الجاف أو التحميل الزائد أو ارتفاع درجة الحرارة.
• فحص الأسلاك والاتصالات. ابحث عن التآكل في أطراف البطارية، أو العروات السائبة، أو العزل الناتج عن القوارض.
• اختبار انتاج المضخة شهريا. الوقت الذي يستغرقه ملء حاوية معروفة ومقارنتها بالتدفق المقدر.
• قبل فصل الشتاء، قم بتصريف أي مضخة سطحية وأنابيب إذا كان النظام تحت درجة التجمد. عادة ما تكون المضخات الغاطسة في البئر آمنة.

إذا توقفت المضخة فجأة، فتأكد أولاً من نظافة الألواح الشمسية وأن وحدة التحكم ليست في حالة عطل. ثانيا، التحقق من الجهد في محطات المضخة. يعد السقوط عبر كابل طويل سببًا شائعًا لفشل المحرك.

الأسئلة المتداولة

إلى أي عمق يمكن لمضخة البئر الشمسية سحب الماء؟

يمكن للمضخات الشمسية الغاطسة التعامل مع الآبار التي يصل عمقها إلى 200 قدم وأكثر، اعتمادًا على الطاقة. بالنسبة للآبار العميقة جدًا، تحتاج إلى مضخة عالية الرفع مزودة بوحدة تحكم بقوة 3000 واط أو أعلى.

هل أحتاج إلى بطاريات لمضخة بئر خارج الشبكة؟

ليس بالضرورة. يعمل نظام المضخة والخزان بدون بطاريات، حيث يستخدم الشمس لملء الخزان خلال النهار. البطاريات مطلوبة فقط إذا كنت بحاجة إلى الضخ في الليل أو أثناء الفترات الغائمة.

ماذا يحدث في الأيام الغائمة؟

إذا تم تحديد حجم الألواح الشمسية بشكل صحيح، فستظل المضخة تعمل بسرعة منخفضة باستخدام وحدة تحكم مزودة بـ MPPT أو تتبع الجهد الثابت. يضمن الخزان المخزن عدم نفاد الماء أثناء فترة الغيوم.

هل يمكنني استخدام المضخة الشمسية مع بئري الحالي؟

نعم، طالما أن قطر المضخة يناسب غلاف البئر الخاص بك. تناسب المضخة الغاطسة بالطاقة الشمسية مقاس 4 بوصة معظم الآبار السكنية القياسية مقاس 4 بوصة أو 6 بوصة.

الاستنتاج

يجب أن تكون مضخة البئر خارج الشبكة عبارة عن مضخة غاطسة تعمل بالطاقة الشمسية تتناسب مع إجمالي الرأس الديناميكي للبئر واحتياجاتك اليومية من المياه، مع خزان كبير للتخزين في الأيام الملبدة بالغيوم.

ابدأ باختبار قياس البئر، واختر وحدة تحكم مزودة بمفتاح تلقائي للتيار المتردد/المستمر إذا كان لديك أي مصدر طاقة احتياطي، ولا تبخل بتخزين المياه. سيتم تشغيل النظام الصحيح لسنوات مع الحد الأدنى من الاهتمام.

إذا كنت تخطط لإعداد جديد خارج الشبكة، فاستكشف كيف نظام ضخ المياه بالطاقة الشمسية للمعيشة خارج الشبكة يناسب موقعك قبل شراء أي جهاز.