مضخة تعمل بالطاقة الشمسية

المضخة التي تعمل بالطاقة الشمسية هي مضخة تعمل بالكهرباء التي تولدها الألواح الكهروضوئية أو الطاقة الحرارية المشعة المتوفرة من أشعة الشمس المجمعة في مقابل الكهرباء أو مضخات المياه العاملة بالديزل. يعتبر تشغيل المضخات التي تعمل بالطاقة الشمسية أكثر اقتصادا بسبب انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة وأثر أقل على البيئة من المضخات التي تعمل بمحرك الاحتراق الداخلي (ICE). تعد المضخات الشمسية مفيدة في حالة عدم توفر الكهرباء في الشبكة ، ولا توفر المصادر البديلة (خاصة الريحية) طاقة كافية.

يتكون نظام المضخة الشمسية من مضخة هيدروليكية تغذيها مباشرة الألواح الشمسية الكهروضوئية ، بدلا من تزويدها بالكهرباء التقليدية أو الديزل.

إن أنظمة الضخ الكهروضوئية – مثل تلك التي تعمل بالطاقة بواسطة طاقة الرياح – مفيدة للغاية حيث لا يمكن الوصول إلى شبكة الكهرباء العامة أو أنها سعر باهظ. وتكون تكلفتها أرخص بوجه عام بسبب انخفاض تكاليف التشغيل والصيانة ، ولها تأثير بيئي أقل من أنظمة الضخ التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي ، والتي تتمتع أيضًا بمصداقية أقل.

يمكن أن تكون المضخات المستخدمة إما التيار المتناوب (التيار المتردد) أو التيار المباشر (DC). تستخدم المحركات DC عادة لتطبيقات صغيرة ومتوسطة تصل إلى 3 كيلوواط من الطاقة ، في حين بالنسبة للتطبيقات الكبيرة ، يتم استخدام محركات التيار المتردد إلى العاكس الذي يحول تيار التيار المستمر من الألواح الضوئية لاستخدامه. ويسمح ذلك بنظم البعد من 0.15 كيلو واط إلى أكثر من 55 كيلو واط من الطاقة ، والتي يمكن استخدامها لتزويد أنظمة الري المعقدة أو تخزين المياه. في بعض الحالات ، يتم تركيب نظام طاقة هجين ، والذي يمكن أن يستقبل الطاقة من الألواح الشمسية الضوئية وتوربينات الرياح ، مما يعمل على تحسين الضخ بشكل كبير.

يتم تحديد حجم أنظمة الضخ وفقًا لظروف التشعيع الشمسي للمكان ، والارتفاع الديناميكي الكلي للضخ والحاجة إلى الماء يوميًا. لا ينصح باستخدام البطاريات ، لأنها تحتاج إلى صيانة ويمكن أن تكون نقطة فشل. من المستحسن تركيب خزان مياه يعمل كاحتياطي للأيام التي يكون فيها الإشعاع الشمسي منخفضًا. لهذا ، فإن تركيب الدبابات الأسترالية أو الصواني أو الخزانات المحفورة أمر شائع.

حاليا الشركات الرائدة في ضخ الطاقة الشمسية هي Grundfos و Lorentz ، وضعت هذه الأخيرة نظام محرك DC بدون فرشات جديد يعطيها حياة أطول وتتطلب لوحات شمسية أقل. هناك أيضا العديد من العلامات التجارية الآسيوية التي تصنع المضخات الشمسية بتكلفة أقل.

المكونات
يحتوي نظام المضخة الشمسي الذي يعمل بالطاقة الشمسية على ثلاثة أجزاء:

الألواح الشمسية.
المتحكم
المضخة

تشكل الألواح الشمسية أكثر من (80٪) من تكلفة الأنظمة. [بحاجة لمصدر] حجم النظام الكهروضوئي يعتمد بشكل مباشر على حجم المضخة ، وكمية المياه المطلوبة (m³ / d) والإشعاع الشمسي المتاحة.

الغرض من وحدة تحكم ذو شقين. أولاً ، يتطابق مع طاقة الخرج التي تستقبلها المضخة مع طاقة الدخل المتاحة من الألواح الشمسية. ثانيًا ، توفر وحدة التحكم عادة حماية منخفضة الجهد ، حيث يتم إيقاف تشغيل النظام ، إذا كان الجهد منخفضًا جدًا أو مرتفعًا جدًا بالنسبة لمجال جهد التشغيل للمضخة. هذا يزيد من عمر المضخة مما يقلل من الحاجة إلى الصيانة. وتشمل الوظائف المساعدة الأخرى إغلاق النظام تلقائيًا عندما يكون مستوى الماء منخفضًا أو عندما يكون خزان التخزين ممتلئًا ، وينظم ضغط خرج المياه ، ويمزج مدخلات الطاقة بين الألواح الشمسية ومصدر طاقة بديل مثل الشبكة أو مولد البنزين ، و مراقبة وإدارة النظام عن بعد من خلال بوابة إلكترونية مقدمة كخدمة سحابة من قبل الشركة المصنعة.

يمكن أن يكون جهد محركات المضخات الشمسية AC (تيار متناوب) أو تيار مستمر (تيار مباشر). تستخدم المحركات الحالية المباشرة للتطبيقات الصغيرة والمتوسطة حتى تصل إلى حوالي 4 كيلووات ، وهي مناسبة للتطبيقات مثل نوافير الحدائق ، والمناظر الطبيعية ، ومياه الشرب للماشية ، أو مشاريع الري الصغيرة. نظرًا لأن أنظمة التيار المباشر تميل إلى تحقيق مستويات كفاءة أعلى بشكل عام من مضخات AC ذات حجم مماثل ، يتم تقليل التكاليف حيث يمكن استخدام الألواح الشمسية الأصغر.

وأخيرًا ، إذا تم استخدام المضخة الشمسية الحالية المتناوبة ، فإن العاكس ضروري لتغيير التيار المباشر من الألواح الشمسية إلى تيار متناوب للمضخة. تمتد مجموعة الطاقة المدعومة من العاكسون من 0.15 إلى 55 كيلوواط ويمكن استخدامها لأنظمة ري أكبر. ومع ذلك ، يجب أن يكون حجم اللوحة والعاكسون وفقًا لاستيعاب الخاصية الفريدة لمحرك التيار المتردد. للمساعدة في تحديد الحجم المناسب ، توفر الشركات المصنعة الرائدة برنامجًا خاصًا للتحجيم تم اختباره من قِبل شركات تصديق الجهات الخارجية. قد يشمل برنامج التحجيم الناتج الشهري المتوقع للمياه والذي يختلف بسبب التغير الموسمي في التشمس.

ضخ المياه
يمكن لمضخات المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية توصيل مياه الشرب وكذلك المياه لأغراض الثروة الحيوانية أو الري. قد تكون مضخات المياه الشمسية مفيدة بشكل خاص في الري الصغير أو المجتمعي ، لأن الري واسع النطاق يتطلب كميات كبيرة من المياه التي تتطلب بدورها مجموعة كبيرة من الخلايا الشمسية الكهروضوئية. وبما أن الماء قد لا يكون مطلوبًا إلا خلال بعض أجزاء السنة ، فإن مجموعة كبيرة من الخلايا الكهروضوئية ستوفر طاقة زائدة ليست بالضرورة مطلوبة ، مما يجعل النظام غير فعال.

وتستخدم أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية الكهروضوئية في الري ومياه الشرب في الهند. يتم تزويد معظم المضخات بمحرك بقوة 2000 واط – 3700 واط يستقبل الطاقة من صفيف PV 480 Wp. يمكن للأنظمة 5hp توصيل حوالي 124،000 لتر من الماء في اليوم من رأس مقطوع يبلغ إجماليه 50 مترًا ورأس ديناميكي بطول 70 مترًا. بحلول 30 أغسطس 2016 ، تم تركيب ما مجموعه 1.200 نظام ضخ مياه بالطاقة الشمسية الكهروضوئية في الهند. في هذا النظام ينتج 19M.H.W و 26 طن ثاني أكسيد الكربون

النفط والغاز
من أجل مكافحة الدعاية السلبية المتعلقة بالآثار البيئية للوقود الأحفوري ، بما في ذلك التكسير ، فإن الصناعة تحتضن أنظمة ضخ تعمل بالطاقة الشمسية. تتطلب العديد من آبار النفط والغاز حقن (قياس) دقيق لمواد كيميائية مختلفة تحت الضغط للمحافظة على تشغيلها ولتحسين معدلات الاستخراج. تاريخياً ، كانت مضخات الحقن الكيميائية هذه مدفوعة بمحركات ترددية تعمل بالغاز تستخدم ضغط غاز البئر واستنفاد الغاز الخام في الغلاف الجوي. يمكن للمضخات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية (CIP الشمسية) تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. لا توفر المصفوفات الشمسية (الخلايا الضوئية) مصدر طاقة مستدام فقط لـ CIPs ، بل يمكنها أيضًا توفير مصدر كهربائي لتشغيل تشخيص SCADA عن بعد مع التحكم عن بعد والاتصالات عبر الأقمار الصناعية / الخلايا من المواقع البعيدة جدًا إلى جهاز كمبيوتر سطح المكتب أو الكمبيوتر المحمول.

محرك ستيرلينغ
بدلا من توليد الكهرباء لتشغيل المحرك ، يمكن أن تركز أشعة الشمس على المبادل الحراري لمحرك ستيرلنج وتستخدم لدفع المضخة ميكانيكيا. هذا يتعارض مع تكلفة الألواح الشمسية والمعدات الكهربائية. في بعض الحالات ، قد يكون محرك ستيرلنغ مناسبًا للتصنيع المحلي ، مما يقلل من صعوبة استيراد المعدات. أحد أشكال محرك ستيرلنغ هو محرك fluidyne الذي يعمل مباشرة على سائل ضخ كمكبس. تمت دراسة مضخات فلويدن الشمسية منذ عام 1987 قامت شركة واحدة على الأقل بإجراء اختبارات باستخدام مضخة تعمل بالطاقة الشمسية من ستيرلنغ.