Solarbetriebene Pumpe

Eine solarbetriebene Pumpe ist eine Pumpe, die mit Strom betrieben wird, der von Fotovoltaikpaneelen erzeugt wird, oder mit der abgestrahlten Wärmeenergie, die von gesammeltem Sonnenlicht zur Verfügung steht, im Gegensatz zu Netzstrom- oder Diesellaufpumpen. Der Betrieb solarbetriebener Pumpen ist hauptsächlich aufgrund der niedrigeren Betriebs- und Wartungskosten wirtschaftlicher und hat weniger Auswirkungen auf die Umwelt als Pumpen, die von einem Verbrennungsmotor (ICE) angetrieben werden. Solarpumpen sind nützlich, wenn Netzstrom nicht verfügbar ist und alternative Quellen (insbesondere Wind) nicht genügend Energie liefern.

Ein Solarpumpensystem besteht aus einer Hydraulikpumpe, die direkt von Photovoltaik-Solarmodulen gespeist wird, anstatt mit konventionellem Strom oder Diesel versorgt zu werden.

Photovoltaik-Pumpensysteme – wie sie mit Windkraft betrieben werden – sind sehr nützlich, wenn es nicht möglich ist, auf das allgemeine Stromnetz zuzugreifen, oder ein zu hoher Preis ist. Ihre Kosten sind aufgrund ihrer niedrigeren Betriebs- und Wartungskosten im Allgemeinen billiger und sie haben eine geringere Umweltbelastung als Pumpsysteme, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, die auch eine geringere Zuverlässigkeit aufweisen.

Die verwendeten Pumpen können entweder Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) sein. Normalerweise werden DC-Motoren für kleine und mittlere Anwendungen bis zu 3 kW Leistung verwendet, während für größere Anwendungen AC-Motoren verwendet werden, die an einen Wechselrichter gekoppelt sind, der den Gleichstrom von den Photovoltaik-Modulen für seine Verwendung transformiert. Dadurch können Anlagen von 0,15 kW bis über 55 kW Leistung dimensioniert werden, die zur Versorgung komplexer Bewässerungssysteme oder zur Wasserspeicherung genutzt werden können. In einigen Fällen wird ein Hybrid-Energiesystem installiert, das Energie sowohl von Photovoltaik-Modulen als auch von einer Windkraftanlage aufnehmen kann, wodurch das Pumpen wesentlich verbessert wird.

Die Pumpsysteme sind entsprechend der Sonneneinstrahlungsbedingungen des Ortes, der gesamten dynamischen Pumphöhe und dem Bedarf an Wasser pro Tag dimensioniert. Die Verwendung von Batterien wird nicht empfohlen, da sie gewartet werden müssen und eine Fehlerquelle darstellen können. Es ist ratsam, einen Wassertank zu installieren, der als Reserve für Tage mit geringer Sonneneinstrahlung dient. Dafür ist die Installation von australischen Tanks, Tabletts oder Ausgrabungsbehältern üblich.

Derzeit sind Grundfos und Lorentz die führenden Unternehmen im Bereich der solaren Pumpen. Letztere hat ein neuartiges bürstenloses Gleichstrommotorsystem entwickelt, das eine längere Lebensdauer und weniger Sonnenkollektoren benötigt. Es gibt auch viele asiatische Marken, die Solarpumpen zu geringeren Kosten herstellen.

Komponenten
Ein photovoltaisches solarbetriebenes Pumpensystem besteht aus drei Teilen:

Solarplatten.
Der Controller
die Pumpe

Die Solarpanels machen den größten Teil (bis zu 80%) der Systemkosten aus. [Zitat benötigt] Die Größe des PV-Systems ist direkt abhängig von der Größe der Pumpe, der Wassermenge, die benötigt wird (m³ / d) und die verfügbare Sonnenstrahlung.

Der Zweck des Controllers ist zweifach. Erstens passt es die Ausgangsleistung an, die die Pumpe mit der von den Solarpaneelen verfügbaren Eingangsleistung erhält. Zum anderen bietet ein Regler üblicherweise einen Unterspannungsschutz, wobei das System abgeschaltet wird, wenn die Spannung für den Betriebsspannungsbereich der Pumpe zu niedrig oder zu hoch ist. Dies erhöht die Lebensdauer der Pumpe und reduziert somit den Wartungsaufwand. Zu den weiteren Hilfsfunktionen gehören das automatische Herunterfahren des Systems bei niedrigem Wasserstand oder bei vollem Speicher, die Regelung des Wasserausgangsdrucks, das Mischen der Leistungsaufnahme zwischen den Solarpaneelen und eine alternative Stromquelle wie das Netz oder ein Benzingenerator Fernüberwachung und Verwaltung des Systems über ein Online-Portal, das vom Hersteller als Cloud-Service angeboten wird.

Die Spannung der Solarpumpenmotoren kann Wechselstrom (Wechselstrom) oder Gleichstrom (Gleichstrom) sein. Gleichstrommotoren werden für kleine bis mittlere Anwendungen bis etwa 4 kW verwendet und eignen sich für Anwendungen wie Gartenbrunnen, Landschaftsbau, Trinkwasser für Vieh oder kleine Bewässerungsprojekte. Da DC-Systeme tendenziell einen höheren Wirkungsgrad haben als AC-Pumpen ähnlicher Größe, werden die Kosten reduziert, da kleinere Solarmodule verwendet werden können.

Wenn schließlich eine Wechselstrom-Solarpumpe verwendet wird, ist ein Wechselrichter erforderlich, der den Gleichstrom von den Solarzellen in Wechselstrom für die Pumpe umwandelt. Der unterstützte Leistungsbereich der Wechselrichter reicht von 0,15 bis 55 kW und kann für größere Bewässerungssysteme verwendet werden. Panel und Wechselrichter müssen jedoch entsprechend bemessen sein, um die Einschaltcharakteristik eines Wechselstrommotors zu berücksichtigen. Um die richtige Dimensionierung zu unterstützen, bieten führende Hersteller proprietäre Größensoftware an, die von zertifizierenden Drittanbietern getestet wurde. Die Auslegungssoftware kann die prognostizierte monatliche Wassermenge enthalten, die aufgrund der jahreszeitlichen Veränderung der Sonneneinstrahlung variiert.

Wasserpumpen
Solarbetriebene Wasserpumpen können sowohl Trinkwasser als auch Wasser für Vieh oder Bewässerungszwecke liefern. Solare Wasserpumpen können besonders bei der Bewässerung in kleinem Maßstab oder auf kommunaler Ebene nützlich sein, da eine großflächige Bewässerung große Wassermengen erfordert, die wiederum eine große Solar-PV-Anlage erfordern. Da das Wasser möglicherweise nur während eines Teils des Jahres benötigt wird, würde eine große PV-Anlage überschüssige Energie bereitstellen, die nicht unbedingt benötigt wird, wodurch das System ineffizient wird.

PV-Wasserpumpsysteme werden in Indien zur Bewässerung und Trinkwasserversorgung eingesetzt. Die Mehrzahl der Pumpen ist mit einem 2000 Watt – 3.700 Watt starken Motor ausgestattet, der Energie aus einem 4.800 Wp PV-Generator bezieht. Die 5-PS-Systeme können rund 124.000 Liter Wasser / Tag aus insgesamt 50 Metern Absetzhöhe und 70 Meter Dynamikhöhe liefern. Bis zum 30. August 2016 wurden in INDIEN insgesamt 1,20.000 PV-Wasserpumpen installiert. in diesem System produziert es 19M.H.W und 26 Tonnen Kohlendioxid

Öl und Gas
Um der negativen Öffentlichkeitswirkung in Bezug auf die Umweltauswirkungen von fossilen Brennstoffen, einschließlich Fracking, entgegenzuwirken, setzt die Industrie auf solarbetriebene Pumpsysteme. Viele Öl- und Gasbohrlöcher erfordern die genaue Einspritzung (Dosierung) verschiedener unter Druck stehender Chemikalien, um ihren Betrieb aufrechtzuerhalten und die Extraktionsraten zu verbessern. In der Vergangenheit wurden diese chemischen Einspritzpumpen (CIP) durch Gaskolbenmotoren angetrieben, die den Druck des Bohrlochgases ausnutzen und das Rohgas in die Atmosphäre ausstoßen. Solarbetriebene Elektropumpen (Solar CIP) können diese Treibhausgasemissionen reduzieren. Solar-Arrays (Photovoltaik-Zellen) stellen nicht nur eine nachhaltige Stromquelle für die CIPs bereit, sondern können auch eine elektrische Quelle für Fern-SCADA-Diagnose mit Fernsteuerung und Satelliten- / Zellkommunikation von sehr entfernten Standorten zu einem Desktop- oder Notebook-Überwachungscomputer bereitstellen.

Stirlingmotor
Anstatt Elektrizität zu erzeugen, um einen Motor zu drehen, kann Sonnenlicht auf den Wärmetauscher eines Stirling-Motors konzentriert werden und verwendet werden, um eine Pumpe mechanisch anzutreiben. Dies macht die Kosten für Sonnenkollektoren und elektrische Geräte überflüssig. In einigen Fällen kann der Stirling-Motor für die lokale Herstellung geeignet sein, wodurch die Schwierigkeiten beim Import der Ausrüstung beseitigt werden. Eine Form des Stirlingmotors ist der Fluidmotor, der direkt auf das gepumpte Fluid als Kolben wirkt. Fluidyne-Solarpumpen werden seit 1987 untersucht. Mindestens ein Hersteller hat Tests mit einer solarbetriebenen Stirling-Pumpe durchgeführt.