Käytetään tavallisella 1 hevosvoiman (HP) AC:lla vesipumppu , tarvitset tyypillisesti 4–6 aurinkopaneelia, joista kukin on 300 wattia, riippuen sijaintisi aurinkotunteista ja pumpun todellisesta energiankulutuksesta. 1 hevosvoiman pumpun moottori kuluttaa noin 746 wattia sähköä täydellä kuormituksella, mutta hyötysuhdehäviöiden ja käynnistyspiikin vuoksi todellinen tarve on lähempänä 900–1 100 wattia. National Renewable Energy Laboratory (NREL) tarjoaa auringon säteilytehotietoja, jotka osoittavat, että suurin osa Yhdysvalloista saa 4–5,5 huipputuntia päivässä keskimäärin vuodessa. Näitä lukuja käyttämällä voidaan laskea tarvittava aurinkosähköjärjestelmän (PV) koko ja vastaus siihen kuinka monta aurinkopaneelia käyttää 1 hevosvoiman pumppua tulee selväksi: 1500–1800 watin aurinkopaneeli, joka tarkoittaa viittä tai kuutta 300 watin paneelia, kun otetaan huomioon järjestelmän häviöt ja invertterin tehokkuus. Tässä artikkelissa kerrotaan yksityiskohtaisesti matematiikasta, vertaillaan pumpputyyppejä ja tarjotaan vaiheittainen kokoopas, joka perustuu Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) energiastandardeihin ja aurinkoenergiateollisuuden parhaisiin käytäntöihin.
1 HP:n pumpun todellisen virrankulutuksen laskeminen
Todellinen sähköteho, jonka 1 HP:n pumppu käyttää, on suurempi kuin mekaaninen hevosvoimaluokitus moottorin tehottomuuden ja tehokertoimen vuoksi. Yksi mekaaninen hevosvoima vastaa 746 wattia. Tyypillisen yksivaiheisen oikosulkumoottorin, joka käyttää vesipumppua, hyötysuhde on kuitenkin 65–80 % DOE:n MotorMaster-tietokannan mukaan. Tämä tarkoittaa, että syöttöteho voi vaihdella välillä 933 wattia (746 ÷ 0,80) 1 148 wattiin (746 ÷ 0,65). Varovaisen arvion vuoksi oletetaan, että laadukkaan pumpun teho on 1 000 wattia. Lisäksi käynnistysylijännite voi olla 2–3 kertaa käynnissä oleva teho, mutta aurinkopaneelin tarvitsee vain käsitellä käynnissä olevaa kuormaa, jos akkuja tai taajuusmuuttajaa (VFD) käytetään ylijännitesuojaan. Kun mitoitus a aurinkovesipumppu Järjestelmässä ilman paristoja, ryhmän on tuotettava tarpeeksi tehoa päivänvalossa, jotta se vastaa pumpun hetkelliseen tarpeeseen. Verkkoon sidottussa tai akkukäyttöisessä järjestelmässä päivittäinen kokonaisenergia (wattituntia) on keskeinen mittari.
Kuinka aurinkohuipputunnit määräävät aurinkopaneelien määrän
Aurinkohuipputunnit (PSH) ovat yhtä monta tuntia päivässä, kun auringon säteilyteho on keskimäärin 1 000 wattia neliömetriä kohti, ja ne määräävät, kuinka paljon energiaa aurinkopaneeli voi tuottaa. NREL:n PVWatts-laskin osoittaa, että Phoenix, Arizona, saa noin 6,5 PSH:ta kesällä ja 5,5 PSH:ta talvella, kun taas Seattle, Washington, saattaa nähdä vain 3,5–4,5 PSH. Jos 1 HP:n pumpun on käytettävä 4 tuntia päivässä, tarvittava kokonaisenergia on 4 kilowattituntia (olettaen 1 000 watin käyttökuormalla). Yksi 300 watin paneeli 5 PSH:n paikassa tuottaa noin 1,5 kWh päivässä (300 W × 5h). Siksi 4 kWh:n tuottamiseen tarvitset noin 3 paneelia. Mutta tämä on ihanteellinen laskelma. Pölyn, lämpötilan, johdotuksen ja invertterin tehokkuuden aiheuttamat todelliset häviöt vähentävät tehoa 20–30 %, joten todellinen lukumäärä kasvaa 4 tai 5 paneeliin. Alla oleva taulukko näyttää, kuinka vaadittu paneelien määrä muuttuu sijainnin ja pumpun päivittäisen käyntiajan mukaan normaalilla 1 000 watin pumppukuormalla.
| Päivittäinen pumpun käyntiaika (tuntia) | Päivittäinen energiantarve (kWh) | Aurinkoinen sijainti (6 PSH) paneelit (300 W kukin) | Keskimääräinen sijainti (5 PSH) paneelit (300 W kukin) | Pilvinen paikka (4 PSH) -paneelit (300 W kukin) |
|---|---|---|---|---|
| 1 tunti | 1,0 kWh | 1 paneeli (0,8 todellinen) | 1 paneeli (0,7 todellinen) | 1 paneeli (0,6 todellinen) |
| 2 tuntia | 2,0 kWh | 2 paneelia | 2 paneelia | 3 paneelia |
| 4 tuntia | 4,0 kWh | 3-4 paneelia | 4 paneelia | 5 paneelia |
| 6 tuntia | 6,0 kWh | 5 paneelia | 6 paneelia | 7-8 paneelia |
Taulukko: Arvioitu määrä 300 watin aurinkopaneeleja, joita tarvitaan 1 HP:n pumpun (1 000 watin kuorma) käyttämiseen eri päivittäisissä käyttöajoissa ja huipputuntien aikana. Sisältää 20 % järjestelmähäviökertoimen. Laskelmat perustuvat NREL-aurinkoresurssitietoihin ja DOE:n moottorin tehokkuusohjeisiin.
DC vs. AC-pumput: miksi se on tärkeää aurinkopaneelien laskennassa
Harjaton DC-aurinkopumppu eliminoi invertterin tarpeen ja voi toimia 25–30 % vähemmällä aurinkopaneeleilla kuin vastaava AC-pumppujärjestelmä. 1 HP:n DC-uppopumppu on suunniteltu erityisesti aurinkosähkösyöttöä varten, ja siinä on sisäänrakennettu maksimitehopisteen seuranta (MPPT) -ohjain. Se kuluttaa noin 800–900 wattia tasavirtaa verrattuna 1 000 wattiin, joka vaaditaan vaihtovirtapumpulla invertterihäviöillä. California Energy Commissionin laitetehokkuustietokanta osoittaa, että korkealaatuisella aurinkoenergialla toimivalla tasavirtapumpulla voidaan saavuttaa 45–55 %:n johto-vesitehokkuus, kun taas erillisellä invertterillä varustettu vaihtovirtapumppu voi saavuttaa vain 35–45 %. Tämä tarkoittaa, että samalla päivittäisellä vesimäärällä DC aurinkopumppu järjestelmä saattaa tarvita 3–4 paneelia 5–6 paneelin sijaan. DC-pumput rajoittuvat kuitenkin tyypillisesti pienempiin nostokorkeus- ja virtausvaatimuksiin, ja suuremmat maatalouspumput suosivat edelleen AC-moottoreita niiden kestävyyden ja alhaisempien alkukustannusten vuoksi. Kun kysyt kuinka monta aurinkopaneelia käyttää 1 hevosvoiman pumppua , pumpun tyypin määrittäminen on välttämätöntä tarkan vastauksen saamiseksi.
Akun säilytys ja sen vaikutus paneelien määrään
Akkujen lisääminen energian varastointiin mahdollistaa pumpun toiminnan muinakin kuin aurinkoisina aikoina, mutta se lisää aurinkopaneelien kokonaismäärää 20–40 % kattamaan lataushäviöt ja varmistamaan päivittäisen energiatasapainon. Tyypillisen tulvineen lyijyakkupankin edestakainen hyötysuhde on 80–85 %, kun taas litiumioniakut saavuttavat 95 %. Jos pumpun on käytettävä 2 tuntia auringonlaskun jälkeen, aurinkopaneelin on tuotettava ylimääräistä energiaa päivän aikana ja voitettava akun menetys. DOE:n energiatehokkuuden ja uusiutuvan energian toimisto suosittelee erillisen aurinkosähköjärjestelmän mitoittamista siten, että se tuottaa 1,3 kertaa kuorman päivittäisen energiatarpeen, kun mukana on paristot. Jos 1 hevosvoiman pumppu käy 4 tuntia (4 kWh), akkupohjainen järjestelmä tarvitsee 5,2 kWh päivittäisen tehon. 5 PSH:n sijainnissa se vaatii noin 1,3 kW paneeleita tai viisi 300 watin paneelia olettaen, että vähennyskerroin on 0,77. Näin ollen, vaikka paristot tarjoavat käyttömukavuutta, ne lisäävät paneelien määrää. Seuraavassa järjestämättömässä luettelossa korostetaan tärkeitä huomioitavia tekijöitä.
- Invertterin tehokkuus: Verkkoon sidottujen merkkijonoinvertterien tehokkuus on huipussaan 96–98 %. Verkon ulkopuoliset invertterit voivat olla 90–93 % tehokkaita. Tämä menetys lisää suoraan paneelin vaatimuksia.
- Latausohjaimen tyyppi: MPPT-latausohjaimet ovat 92–97 % tehokkaita ja keräävät enemmän energiaa paneeleista kuin PWM-ohjaimet, etenkin viileällä säällä. MPPT-ohjaimen käyttö voi vähentää paneelien määrää yhdellä paneelilla suuremmissa järjestelmissä.
- Kallistus ja suunta: Etelään päin olevat paneelit, joiden kallistus on yhtä suuri kuin leveysaste, maksimoivat vuosituotannon. Tästä poikkeaminen voi vähentää tuotantoa 10–20 %, mikä vaatii enemmän paneeleita.
- Lämpötilahäviöt: Aurinkopaneelit menettävät tehokkuutta 0,3–0,5 % celsiusastetta kohden yli 25 °C:ssa. Kuumissa ilmastoissa tämä voi lisätä tarvittavaa paneelien määrää 5–10 %.
Vaiheittainen mitoitusopas 1 HP:n aurinkopumppujärjestelmälle
Järjestelmällisen mitoitusprosessin noudattaminen varmistaa, että aurinkopaneeli täyttää pumpun energiantarpeen ilman turhia paneeleja. Alla olevat vaiheet sisältävät Solar Energy Industries Associationin (SEIA) käyttämän standardin suunnittelumenetelmän.
- Määritä pumpun tehotarve: Jos sinulla on vaihtovirtapumppu, tarkista wattien tai ampeerien tyyppikilvestä. Jos luettelossa on vain hevosvoimat, oletetaan 1 000 wattia 1 hevosvoiman moottorille tehohäviöiden jälkeen. Käytä tasavirtapumpuissa valmistajan ilmoittamaa tehoa.
- Päätä päivittäinen käyttöaika tunneissa: Kerro pumpun teho tunteilla päivässä saadaksesi päivittäiset wattitunnit (Wh). Esimerkki: 1 000 W × 4 h = 4 000 Wh.
- Etsi sijainnin aurinkoiset huipputunnit: Käytä NREL PVWatts -verkkosivustoa tai aurinkoenergian karttaa. Anna lähin kaupunki saadaksesi keskimääräisen päivittäisen PSH:n käyttökuukausina.
- Laske tarvittava aurinkopaneelin teho: Jaa päivittäinen Wh PSH:lla ja jaa sitten järjestelmän tehokkuuskertoimella (tyypillisesti 0,75 akkuttomassa vaihtovirtajärjestelmässä, 0,65 akkupohjaisessa järjestelmässä). Esimerkki: 4 000 ÷ 5 ÷ 0,75 = 1 067 wattia paneeleita.
- Jaa paneelin teholla saadaksesi paneelien lukumäärän: 300 W:n paneeleilla 1 067 ÷ 300 = 3,56, joten pyöristä neljään paneeliin. Jos olet epävarma, pyöristä ylöspäin ikääntymisen ja lian huomioon ottamiseksi.
Usein kysyttyjä kysymyksiä aurinkopaneeleista 1 HP:n pumppuun
Voinko käyttää 1 HP:n pumppua suoraan aurinkopaneeleista ilman akkuja?
Kyllä, a aurinkopumppu voidaan liittää suoraan paneeleihin, jos se on DC-pumppu, jossa on sisäänrakennettu säädin, tai AC-pumppu, jossa on taajuusmuuttaja, joka on suunniteltu aurinkotuloon. Pumppu toimii kuitenkin vain, kun auringonvaloa on riittävästi, ja sen teho vaihtelee säteilyn mukaan. Tämä asetus on yleinen maatalouden kastelussa ja lampien tuuletuksessa.
Kuinka monta aurinkopaneelia tarvitsen 1 HP:n uppokaivopumppuun?
1 HP:n uppopumppu vaatii tyypillisesti 1 500 watin järjestelmän käynnistyspiikin ja syvemmän kaivon pään käsittelemiseksi. Tämä tarkoittaa viittä 300 watin aurinkopaneelia. Jos kaivo on syvempi kuin 200 jalkaa, 2000 watin ryhmä saattaa olla tarpeen, mikä tarkoittaa 6 tai 7 paneelia. Ota huomioon pumpun huoltokerroin ja enimmäisampeerimäärä mitoittaessasi.
Käyttääkö 1 000 watin aurinkopaneeli 1 HP:n pumppua?
1 000 watin järjestelmä voi käyttää 1 HP:n pumppua vain, jos pumpun todellinen syöttöteho on 800 wattia tai vähemmän ja järjestelmä sisältää tehokkaan tasavirtamoottorin tai pehmokäynnistimen. Normaalissa vaihtovirtapumpussa 1 000 wattia on raja-arvo, ja se voi aiheuttaa pumpun pysähtymisen tai invertterin ylikuormituksen käynnistyksen aikana. On turvallisempaa, jos paneeleja on vähintään 1 200–1 500 wattia.
Voinko käyttää pumpussa käytettyjä tai yhteensopimattomia aurinkopaneeleja?
Kyllä, mutta yhteensopimattomat paneelit sarjassa tuottavat heikoimman paneelin rajoittamaa virtaa, mikä vähentää kokonaistehoa. Jos käytät käytettyjä paneeleita, testaa jokaisen paneelin katkosjännite ja oikosulkuvirta varmistaaksesi, että ne ovat 10 %:n sisällä toisistaan. NREL neuvoo, että kiteisten piipaneelien suorituskyvyn heikkeneminen 0,5–1 % vuodessa tarkoittaa, että 10 vuotta vanha paneeli on saattanut menettää 10 % kapasiteetistaan, joten säädä paneelien määrää ylöspäin.
Mikä on yksinkertaisin tapa selvittää pumpun teho aurinkoenergian mitoitusta varten?
Helpoin tapa on mitata pumpun käyttövirta puristinmittarilla ja kertoa se jännitteellä (120V tai 240V). 1 HP:n pumpulla tämä on tyypillisesti 8–12 ampeeria 120 V:n jännitteellä, mikä on 960–1 440 wattia. Tämä reaalimaailman mittaus on luotettavampi kuin nimikilven hevosvoimat mitoituksessa aurinkopaneelit .
Johtopäätös: Aurinkovoimalla toimivan pumppujärjestelmän suunnittelu
Vastaus kysymykseen kuinka monta aurinkopaneelia käyttää 1 hevosvoiman pumppua vaihtelee 4 - 6 standardi 300 watin paneelin välillä päivittäisen käyttöajan, maantieteellisten aurinkotuntien, pumpputyypin ja sen mukaan, onko mukana paristoja. Käyttämällä vaiheittaista mitoitusmenetelmää ja ottamalla huomioon todelliset tappiot voit välttää alamittaisen järjestelmän, joka jättää pumpun käyttämättömäksi pilvisinä päivinä, tai ylisuuren järjestelmän, joka tuhlaa rahaa. Aurinkoenergialla toimiva veden pumppaus on kypsä tekniikka, jolla on todistetusti säästöjä; oikean kokoinen järjestelmä toimittaa luotettavasti vettä kasteluun, karjalle tai kotitalouskäyttöön ilmaisella, uusiutuvalla energialla vuosikymmeniä.
