Pompa ad energia solare

Una pompa ad energia solare è una pompa che funziona con l’elettricità generata da pannelli fotovoltaici o l’energia termica irradiata disponibile dalla luce solare accumulata rispetto all’elettricità di rete o alle pompe per acqua corrente diesel. Il funzionamento delle pompe ad energia solare è più economico principalmente a causa dei minori costi operativi e di manutenzione e ha un impatto ambientale inferiore rispetto alle pompe alimentate da un motore a combustione interna (ICE). Le pompe solari sono utili laddove l’elettricità della rete non è disponibile e le fonti alternative (in particolare il vento) non forniscono energia sufficiente.

Un sistema di pompaggio solare è costituito da una pompa idraulica alimentata direttamente da pannelli solari fotovoltaici, anziché essere alimentata da elettricità convenzionale o diesel.

I sistemi di pompaggio fotovoltaico – come quelli alimentati da energia eolica – sono molto utili dove non è possibile accedere alla rete elettrica generale o è un prezzo proibitivo. Il loro costo è generalmente più economico a causa dei minori costi operativi e di manutenzione, e hanno un impatto ambientale inferiore rispetto ai sistemi di pompaggio alimentati da motori a combustione interna, che hanno anche una minore affidabilità.

Le pompe utilizzate possono essere alternate (AC) o continue (DC). Normalmente i motori DC sono utilizzati per applicazioni di piccole e medie fino a 3 kW di potenza, mentre per le applicazioni più grandi, i motori CA vengono utilizzati accoppiati a un inverter che trasforma la corrente continua dai pannelli fotovoltaici per il suo utilizzo. Ciò consente di dimensionare i sistemi da 0,15 kW a oltre 55 kW di potenza, che possono essere utilizzati per fornire sistemi di irrigazione complessi o stoccaggio dell’acqua. In alcuni casi è installato un sistema di alimentazione ibrido, che può ricevere energia sia da pannelli fotovoltaici che da una turbina eolica, migliorando sostanzialmente il pompaggio.

I sistemi di pompaggio sono dimensionati in base alle condizioni di irradiazione solare del luogo, all’altezza dinamica totale del pompaggio e alla necessità di acqua al giorno. L’uso di batterie non è raccomandato, in quanto richiedono manutenzione e possono essere un punto di guasto. Si consiglia di installare un serbatoio d’acqua che funge da riserva per i giorni in cui l’irradiazione solare è bassa. Per questo, l’installazione di serbatoi, vassoi o vasche scavate australiane è comune.

Attualmente le società leader nel settore del pompaggio solare sono Grundfos e Lorentz, quest’ultimo ha sviluppato un nuovo sistema di motori DC senza spazzole che gli conferisce maggiore durata e richiede meno pannelli solari. Ci sono anche molti marchi asiatici che producono pompe solari ad un costo inferiore.

componenti
Un sistema di pompaggio fotovoltaico ad energia solare ha tre parti:

pannelli solari.
il controller
la pompa

I pannelli solari costituiscono la maggior parte (fino all’80%) dei costi del sistema. [Citazione necessaria] La dimensione del sistema fotovoltaico dipende direttamente dalle dimensioni della pompa, la quantità di acqua richiesta (m³ / d) e l’irraggiamento solare disponibile.

Lo scopo del controller è duplice. In primo luogo, corrisponde alla potenza di uscita che la pompa riceve con la potenza in ingresso disponibile dai pannelli solari. In secondo luogo, un controller di solito fornisce una protezione a bassa tensione, per cui il sistema è spento, se la tensione è troppo bassa o troppo alta per il campo di tensione operativa della pompa. Ciò aumenta la durata della pompa riducendo così la necessità di manutenzione. Altre funzioni ausiliarie includono lo spegnimento automatico del sistema quando il livello della fonte d’acqua è basso o quando il serbatoio di stoccaggio è pieno, la pressione di uscita dell’acqua di regolazione, l’immissione di potenza tra i pannelli solari e una fonte di alimentazione alternativa come la griglia o un generatore di benzina, e monitoraggio e gestione a distanza del sistema tramite un portale online offerto dal produttore come servizio cloud.

La tensione dei motori della pompa solare può essere CA (corrente alternata) o CC (corrente continua). I motori a corrente continua sono utilizzati per applicazioni da piccole a medie fino a circa 4 kW e sono adatti per applicazioni come fontane da giardino, giardini, acqua potabile per il bestiame o piccoli progetti di irrigazione. Poiché i sistemi CC tendono ad avere livelli di efficienza complessivamente più elevati rispetto alle pompe AC di dimensioni simili, i costi sono ridotti in quanto è possibile utilizzare pannelli solari più piccoli.

Infine, se viene utilizzata una pompa solare a corrente alternata, è necessario un inverter che modifichi la corrente continua proveniente dai pannelli solari in corrente alternata per la pompa. L’intervallo di potenza supportato degli inverter va da 0,15 a 55 kW e può essere utilizzato per sistemi di irrigazione più grandi. Tuttavia, il pannello e gli inverter devono essere dimensionati di conseguenza per adattarsi alla caratteristica di spunto di un motore CA. Per aiutare nel dimensionamento corretto, i principali produttori forniscono software di dimensionamento proprietario testato da società di certificazione di terze parti. Il software di dimensionamento può includere la produzione di acqua mensile prevista che varia a causa di cambiamenti stagionali in insolazione.

Pompaggio dell’acqua
Le pompe idrauliche ad energia solare possono fornire acqua potabile e acqua per il bestiame o per l’irrigazione. Le pompe solari possono essere particolarmente utili nell’irrigazione su piccola scala o basata su comunità, poiché un’irrigazione su larga scala richiede grandi volumi di acqua che a loro volta richiedono un grande campo fotovoltaico. Poiché l’acqua può essere richiesta solo durante alcune parti dell’anno, un grande campo fotovoltaico fornirebbe energia in eccesso che non è necessariamente necessaria, rendendo così il sistema inefficiente.

I sistemi di pompaggio di acqua solare fotovoltaica sono utilizzati per l’irrigazione e l’acqua potabile in India. La maggior parte delle pompe è dotata di un motore da 2000 watt – 3.700 watt che riceve energia da un array fotovoltaico da 4.800 Wp. I sistemi 5hp in grado di fornire circa 124.000 litri di acqua / giorno da un totale di 50 metri testa di arresto e 70 metri di testa dinamica. Entro il 30 agosto 2016, in India sono stati installati un totale di 1,20.000 sistemi di pompaggio di acqua solare fotovoltaica. in questo sistema produce 19M.H.W e 26 tonnellate di anidride carbonica

Olio e gas
Per combattere la pubblicità negativa legata agli impatti ambientali dei combustibili fossili, compreso il fracking, l’industria sta adottando sistemi di pompaggio ad energia solare. Molti pozzi di petrolio e gas richiedono l’iniezione accurata (misurazione) di varie sostanze chimiche sotto pressione per sostenere il loro funzionamento e migliorare i tassi di estrazione. Storicamente, queste pompe di iniezione chimica (CIP) sono state azionate da motori a gas alternativi che utilizzano la pressione del gas del pozzo ed estraendo il gas grezzo nell’atmosfera. Le pompe elettriche ad energia solare (CIP solare) possono ridurre queste emissioni di gas serra. Gli array solari (celle fotovoltaiche) non solo forniscono una fonte di energia sostenibile per i CIP, ma possono anche fornire una fonte elettrica per eseguire diagnostiche di tipo SCADA remote con controllo remoto e comunicazioni satellitari / cellulari da postazioni remote a computer desktop o notebook.

motore Stirling
Invece di generare elettricità per accendere un motore, la luce solare può essere concentrata sullo scambiatore di calore di un motore Stirling e utilizzata per azionare meccanicamente una pompa. Ciò elimina il costo dei pannelli solari e delle apparecchiature elettriche. In alcuni casi il motore Stirling può essere adatto alla fabbricazione locale, eliminando la difficoltà di importazione delle apparecchiature. Una forma di motore Stirling è il motore fluido che opera direttamente sul fluido pompato come un pistone. Le pompe solari Fluidyne sono state studiate dal 1987 Almeno un produttore ha condotto test con una pompa a energia solare Stirling.