Pro provoz standardního 1 koňského (HP) AC vodní pumpa , obvykle potřebujete 4 až 6 solárních panelů o výkonu 300 wattů, každý v závislosti na špičce slunečního svitu ve vaší lokalitě a skutečné spotřebě energie čerpadla. Motor čerpadla o výkonu 1 HP odebírá přibližně 746 wattů elektrické energie při plném zatížení, ale se ztrátami účinnosti a rozběhovým rázem se skutečný požadavek blíží 900 až 1 100 wattům. Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL) poskytuje údaje o slunečním záření, které ukazují, že většina Spojených států dostává v ročním průměru 4 až 5,5 špičkových slunečních hodin denně. Pomocí těchto čísel lze vypočítat potřebnou velikost fotovoltaického (PV) pole a odpovědět na ni kolik solárních panelů pro provoz čerpadla o výkonu 1 hp je jasné: solární pole o výkonu 1 500 až 1 800 wattů, což znamená pět nebo šest 300 wattových panelů při zohlednění systémových ztrát a účinnosti invertoru. Tento článek podrobně popisuje matematiku, porovnává typy čerpadel a poskytuje podrobného průvodce velikostí podporovaného energetickými standardy Ministerstva energetiky USA (DOE) a osvědčenými postupy solárního průmyslu.
Výpočet skutečné spotřeby energie čerpadla o výkonu 1 HP
Skutečný elektrický výkon, který čerpadlo o výkonu 1 HP používá, je vyšší než jmenovitý mechanický výkon z důvodu neefektivnosti motoru a účiníku. Jedna mechanická koňská síla se rovná 746 wattům. Nicméně typický jednofázový indukční motor pohánějící vodní čerpadlo má podle databáze MotorMaster DOE účinnost 65 % až 80 %. To znamená, že vstupní elektrický výkon se může pohybovat od 933 wattů (746 ÷ 0,80) do 1 148 wattů (746 ÷ 0,65). Pro konzervativní odhad předpokládáme příkon 1 000 wattů u kvalitního čerpadla. Spouštěcí ráz může být navíc 2 až 3 násobek provozního výkonu, ale solární pole potřebuje zvládnout provozní zatížení pouze v případě, že jsou ke zvládání rázu použity baterie nebo měnič kmitočtu (VFD). Při dimenzování a solární vodní čerpadlo systém bez baterií, pole musí produkovat dostatek energie během denních hodin, aby pokrylo okamžitou potřebu čerpadla. U systému napojeného na síť nebo na baterie je klíčovou metrikou celková denní energie (watthodiny).
Jak špičkový počet slunečních hodin určuje počet solárních panelů
Špičkové sluneční hodiny (PSH) představují ekvivalentní počet hodin za den, kdy průměr slunečního záření dosahuje 1 000 wattů na metr čtvereční, a určují, kolik energie může solární panel vyrobit. Kalkulačka PVWatts NREL ukazuje, že Phoenix v Arizoně dostává asi 6,5 PSH v létě a 5,5 v zimě, zatímco Seattle, Washington, může vidět pouze 3,5 až 4,5 PSH. Pokud čerpadlo o výkonu 1 HP potřebuje běžet 4 hodiny denně, celková požadovaná energie je 4 kilowatthodiny (za předpokladu 1 000 wattů provozního zatížení). Jeden 300wattový panel v umístění 5 PSH generuje zhruba 1,5 kWh za den (300 W × 5 h). Na výrobu 4 kWh tedy potřebujete asi 3 panely. Ale to je ideální výpočet. Skutečné ztráty způsobené prachem, teplotou, kabeláží a účinností měniče snižují výkon o 20 % až 30 %, takže skutečný počet se zvýší na 4 nebo 5 panelů. Níže uvedená tabulka ukazuje, jak se požadovaný počet panelů mění s umístěním a denní dobou chodu čerpadla pro standardní 1000wattové zatížení čerpadla.
| Denní doba chodu čerpadla (hodiny) | Denní potřeba energie (kWh) | Slunečné umístění (6 PSH) panelů (300W každý) | Průměrné umístění (5 PSH) panelů (300W každý) | Zatažené místo (4 PSH) panely (300W každý) |
|---|---|---|---|---|
| 1 hodina | 1,0 kWh | 1 panel (skutečně 0,8) | 1 panel (skutečně 0,7) | 1 panel (skutečně 0,6) |
| 2 hodiny | 2,0 kWh | 2 panely | 2 panely | 3 panely |
| 4 hodiny | 4,0 kWh | 3 – 4 panely | 4 panely | 5 panelů |
| 6 hodin | 6,0 kWh | 5 panelů | 6 panelů | 7 – 8 panelů |
Tabulka: Odhadovaný počet 300wattových solárních panelů potřebných k provozu čerpadla o výkonu 1 HP (zátěž 1 000 W) pro různé denní doby chodu a špičkové sluneční hodiny. Zahrnuje 20% faktor ztráty systému. Výpočty založené na údajích o solárních zdrojích NREL a směrnicích o účinnosti motoru DOE.
DC vs. AC čerpadla: Proč záleží na počtu solárních panelů
Bezkomutátorové solární čerpadlo DC eliminuje potřebu invertoru a může pracovat s o 25 % až 30 % méně solárních panelů než ekvivalentní systém AC čerpadla. Ponorné čerpadlo na stejnosměrný proud o výkonu 1 HP je speciálně navrženo pro fotovoltaický vstup a obsahuje vestavěný ovladač sledování bodu maximálního výkonu (MPPT). Odebírá asi 800 až 900 wattů stejnosměrného proudu ve srovnání s 1 000 watty, které vyžaduje čerpadlo na střídavý proud se ztrátami v invertoru. Databáze účinnosti spotřebičů California Energy Commission uvádí, že vysoce kvalitní solární stejnosměrné čerpadlo může dosáhnout celkové účinnosti mezi drátem a vodou 45 % až 55 %, zatímco čerpadlo AC se samostatným invertorem může dosáhnout pouze 35 % až 45 %. To znamená, že pro stejný denní výkon vody je DC solární čerpadlo systém může potřebovat 3 až 4 panely místo 5 až 6 panelů. Nicméně stejnosměrná čerpadla jsou obvykle omezena na menší dopravní výšku a požadavky na průtok a větší zemědělská čerpadla stále upřednostňují střídavé motory pro jejich robustnost a nižší počáteční náklady. Když se ptáš kolik solárních panelů pro provoz čerpadla o výkonu 1 hp , uvedení typu čerpadla je zásadní pro přesnou odpověď.
Bateriové úložiště a jeho vliv na počet panelů
Přidání baterií pro uchování energie umožňuje, aby čerpadlo běželo i mimo sluneční hodiny, ale zvyšuje celkový počet potřebných solárních panelů o 20 % až 40 % k pokrytí ztrát při nabíjení a zajištění denní energetické bilance. Typická zaplavená olověná baterie má účinnost 80% až 85%, zatímco lithium-iontové baterie dosahují 95%. Pokud musí čerpadlo běžet 2 hodiny po západu slunce, solární pole musí během dne generovat dodatečnou energii a překonat ztrátu baterie. Úřad pro energetickou účinnost a obnovitelnou energii DOE doporučuje dimenzovat samostatný fotovoltaický systém tak, aby poskytoval 1,3násobek denní potřeby energie zátěže, pokud jsou zahrnuty baterie. Pro čerpadlo o výkonu 1 HP běžící 4 hodiny (4 kWh) by bateriový systém potřeboval 5,2 kWh denního výkonu. V umístění 5 PSH to vyžaduje asi 1,3 kW panelů nebo pět panelů o výkonu 300 wattů, za předpokladu faktoru snížení 0,77. Zatímco tedy baterie poskytují pohodlí, zvyšují počet panelů. Následující neuspořádaný seznam zdůrazňuje klíčové faktory, které je třeba vzít v úvahu.
- Účinnost invertoru: Řetězcové invertory vázané na síť dosahují maximální účinnosti 96 % až 98 %. Invertory mimo síť mohou mít účinnost 90 % až 93 %. Tato ztráta přímo zvyšuje požadavky na panel.
- Typ ovladače nabíjení: MPPT regulátory nabíjení jsou 92% až 97% účinné a získávají více energie z panelů než PWM regulátory, zejména v chladném počasí. Použití ovladače MPPT může snížit počet panelů o jeden panel ve větších systémech.
- Naklonění a orientace: Panely směřující na jih se sklonem rovným zeměpisné šířce maximalizují roční produkci. Odchylka od tohoto může snížit výkon o 10 % až 20 %, což vyžaduje více panelů.
- Teplotní ztráty: Solární panely ztrácejí 0,3 % až 0,5 % účinnosti na stupeň Celsia nad 25 °C. V horkém klimatu to může zvýšit počet potřebných panelů o 5 % až 10 %.
Průvodce dimenzováním krok za krokem pro systém solárního čerpadla 1 HP
Dodržování systematického procesu dimenzování zajišťuje, že solární pole splňuje energetické požadavky čerpadla, aniž by zbytečně utrácelo za panely. Níže uvedené kroky zahrnují standardní metodologii návrhu používanou asociací Solar Energy Industries Association (SEIA).
- Určete požadavek na výkon čerpadla: Máte-li čerpadlo na střídavý proud, zkontrolujte na typovém štítku watty nebo ampéry. Pokud je uveden pouze výkon v koňských silách, předpokládejte 1 000 wattů pro motor o výkonu 1 HP po ztrátách účinnosti. Pro stejnosměrná čerpadla použijte příkon stanovený výrobcem.
- Rozhodněte se o denní době běhu v hodinách: Vynásobte příkon čerpadla hodinami za den, abyste získali denní watthodiny (Wh). Příklad: 1 000 W × 4 h = 4 000 Wh.
- Najděte nejvyšší sluneční hodiny v místě: Použijte webovou stránku NREL PVWatts nebo mapu slunečního záření. Zadejte nejbližší město, abyste získali průměrný denní PSH pro měsíce zamýšleného použití.
- Vypočítejte požadovaný výkon solárního pole: Vydělte denní Wh PSH a poté vydělte faktorem účinnosti systému (obvykle 0,75 pro bezbateriový AC systém, 0,65 pro bateriový systém). Příklad: 4 000 ÷ 5 ÷ 0,75 = 1 067 wattů panelů.
- Počet panelů získáte vydělením příkonem panelu: Při použití 300W panelů je 1 067 ÷ 300 = 3,56, takže zaokrouhlete na 4 panely. Máte-li pochybnosti, zaokrouhlete nahoru, abyste zohlednili stárnutí a nečistoty.
Často kladené otázky o solárních panelech pro čerpadlo 1 HP
Mohu spustit čerpadlo o výkonu 1 HP přímo ze solárních panelů bez baterií?
Ano, a solární čerpadlo lze připojit přímo k panelům, pokud se jedná o stejnosměrné čerpadlo s vestavěným regulátorem, nebo střídavé čerpadlo s frekvenčním měničem určené pro solární vstup. Čerpadlo však bude fungovat pouze v případě dostatečného slunečního záření a jeho výkon se bude měnit v závislosti na ozáření. Toto nastavení je běžné u zemědělského zavlažování a provzdušňování rybníků.
Kolik solárních panelů potřebuji pro ponorné čerpadlo do studny o výkonu 1 HP?
Ponorné čerpadlo o výkonu 1 HP obvykle vyžaduje pole 1 500 wattů, aby zvládlo spouštěcí ráz a hlubší hlavu vrtu. To znamená pět 300wattových solárních panelů. Pokud je vrt hlubší než 200 stop, může být nutné pole o výkonu 2 000 wattů, což znamená 6 nebo 7 panelů. Při dimenzování konzultujte provozní faktor čerpadla a maximální ampér.
Bude 1000wattový solární panel provozovat čerpadlo o výkonu 1 HP?
Pole o výkonu 1 000 wattů může provozovat čerpadlo o výkonu 1 HP pouze v případě, že skutečný příkon čerpadla je 800 wattů nebo méně a systém obsahuje účinný stejnosměrný motor nebo softstartér. Pro standardní AC čerpadlo je 1 000 wattů hraničních a může způsobit zastavení čerpadla nebo přetížení měniče během spouštění. Bezpečnější je mít alespoň 1 200 až 1 500 wattů panelů.
Mohu pro své čerpadlo použít použité nebo neodpovídající solární panely?
Ano, ale neshodné panely v sériovém řetězci budou produkovat proud omezený nejslabším panelem, což sníží celkový výkon. Pokud používáte použité panely, otestujte napětí naprázdno a zkratový proud každého panelu, abyste se ujistili, že jsou od sebe v rozmezí 10 %. NREL doporučuje, že snížení výkonu o 0,5 % až 1 % za rok u panelů z krystalického křemíku znamená, že 10 let starý panel mohl ztratit 10 % své kapacity, takže upravte počet panelů směrem nahoru.
Jaký je nejjednodušší způsob, jak zjistit výkon mého čerpadla pro dimenzování solárního systému?
Nejjednodušší metodou je změřit provozní proud čerpadla klešťovým měřičem a vynásobit ho napětím (120V nebo 240V). Pro čerpadlo o výkonu 1 HP je to obvykle 8 až 12 ampérů při 120 V, což je 960 až 1 440 wattů. Toto měření v reálném světě je pro dimenzování spolehlivější než jmenovitý výkon solární panely .
Závěr: Plánování systému solárních čerpadel
Odpověď na kolik solárních panelů pro provoz čerpadla o výkonu 1 hp se pohybuje od 4 do 6 standardních 300wattových panelů na základě denní doby provozu, zeměpisných slunečních hodin, typu čerpadla a toho, zda jsou zahrnuty baterie. Použitím metody dimenzování krok za krokem a zohledněním reálných ztrát se můžete vyhnout poddimenzovanému systému, který nechává čerpadlo nečinné v zamračených dnech, nebo předimenzovanému systému, který plýtvá penězi. Solární čerpání vody je vyspělá technologie s prokázanými úsporami; správně dimenzované pole bude spolehlivě dodávat vodu pro zavlažování, hospodářská zvířata nebo použití v domácnosti s bezplatnou obnovitelnou energií po celá desetiletí.
