Useimmat asuntojen kaivopumput käyttävät välillä 750 wattia ja 2200 wattia normaalikäytössä matalan kaivon suihkupumpuilla alaosassa ja syvän kaivon uppopumpuilla koteihin ja pieniin tiloihin ylemmässä päässä. Neljänneshevosvoiman matalakaivon pumppu kuluttaa tyypillisesti noin 750–1 000 wattia, kun taas yhden hevosvoiman syvän kaivon uppopumppu voi käyttää 1 500–2 200 wattia ja suuremmat kolmen hevosvoiman maatalouden tai suuren tehon pumput voivat ylittää 3 000 wattia. Tämän teholuvun tunteminen on tärkein yksittäinen vaihe ennen koon a määrittämistä aurinkoenergialla toimiva vesipumppu järjestelmä, koska aurinkopaneelin tai akkupankin alimitoitus on yleisin syy verkkoon kuulumattomien pumppausjärjestelmien toimittamatta tarpeeksi vettä.
Yhdysvaltain energiaministeriön mukaan veden pumppaus on yksi yleisimmistä ja kustannustehokkaimmista pienimuotoisen aurinkoenergian varhaisista sovelluksista maaseudulla ja verkon ulkopuolella, koska pumpuilla on ennustettava, mitattavissa oleva kuormitus, johon aurinkopaneelit voidaan sovittaa kohtuullisella tarkkuudella. Tässä oppaassa kerrotaan tarkasti, kuinka paljon tehoa eri kaivopumput käyttävät, kuinka tämä luku muunnetaan aurinkopaneeli- ja akkuvaatimuksiksi ja miten vältetään mitoitusvirheet, jotka jättävät kaivon käymään kuivana pilvisinä päivinä.
Kaivopumpun teho tyypin ja hevosvoiman mukaan
Teho asteikkoutuu suoraan hevosvoimilla ja pumpun syvyydellä, mikä tarkoittaa, että syvemmälle kaivolle tai korkeammalle virtaustarpeelle tarvitaan aina enemmän sähkötehoa. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto tavallisten asuinrakennusten ja kevyiden maatalouden kaivopumppujen tyypillisistä käynti- ja käynnistyswateista, koska käynnistyswatit, joita kutsutaan myös ylijännitewatteiksi, voivat hetkellisesti nousta 2–3 kertaa suuremmiksi kuin käynnissä olevat watit, kun moottori kytkeytyy ensimmäisen kerran.
| Pumpun tyyppi | Hevosvoimat | Watts käynnissä | Alkaen Watts |
|---|---|---|---|
| Matalan kaivon suihkupumppu | 0,25 hv | 750-900 wattia | 1800-2200 wattia |
| Matalan kaivon suihkupumppu | 0,5 hv | 1000-1200 wattia | 2 300 - 2 800 wattia |
| Upotettava syvälle | 0,5 hv | 1000-1300 wattia | 2500-3000 wattia |
| Upotettava syvälle | 1 HP | 1500-2200 wattia | 3500-4500 wattia |
| Upotettava syvälle | 1,5 hv | 2 200 - 2 800 wattia | 4 800 - 6 000 wattia |
| Maatalous tai korkea tuotto | 3 hv | 3200-4000 wattia | 7000-9000 wattia |
| DC aurinkoenergian uppopumppu | 0,5-1 hv vastaava | 200-800 wattia | Ei merkittävää nousua |
Tyypilliset käynti- ja käynnistystehoalueet tavallisille asuin-, maatalous- ja aurinkotasavirtakaivopumpuille, jotka perustuvat moottoreiden vakioarvoihin.
Huomaa yllä olevan taulukon viimeinen rivi: tarkoitukseen rakennettu tasavirtaiset aurinkovesipumput käyttävät huomattavasti vähemmän tehoa ja niillä on vähän tai ei ollenkaan käynnistysjännitettä verrattuna tavallisiin vaihtovirtapumppuihin, minkä vuoksi monet verkkoon kuulumattomat asennukset käyttävät DC-pumppuja, jotka on suunniteltu erityisesti aurinkoenergiaan, sen sijaan, että ne muuttaisivat tavanomaista vaihtovirtakaivopumppua.
Miksi käynnistyswatit ovat tärkeämpiä kuin juoksevat watit aurinkoenergian mitoituksessa
Käynnistyswattiluku, ei käyttöwattiluku, määrittää aurinkoenergialla toimivan kaivopumpun tarvittavan invertterin ja akun vähimmäiskapasiteetin. Perinteiset AC-oikosulkumoottorit, joita käytetään suihkupumpuissa ja uppopumpuissa, vaativat lyhyen 2–3-kertaisen virtapiikin moottorin ja pumpun juoksupyörän alkuvastuksen voittamiseksi. Jos aurinkoinvertteri on mitoitettu vain käyttöteholle, pumpun moottori ei käynnisty, invertterin ylikuormitussuoja laukeaa tai pysähtyy toistuvasti, mikä on yksi yleisimmistä valituksista, joita on raportoitu off-grid -pumppujen asennusfoorumeilla ja maaseudun sähköistyksen tapaustutkimuksissa.
Kansallisen uusiutuvan energian laboratorion analyysi pienimuotoisista aurinkopumppujärjestelmistä maaseudun sovelluksissa havaitsi, että alamittaiset invertterit ja ohjaimet alimitoitettujen aurinkopaneelien sijaan olivat johtavia syitä varhaiseen järjestelmävikaan ensimmäisen sukupolven aurinkopumppuasennuksissa. Tästä syystä ammattimaiset aurinkopumppusuunnittelijat suosittelevat jatkuvasti inverttereitä, joiden teho on vähintään pumpun käynnistyswatti, 20 prosentin lisäturvamarginaalilla.
Päivittäisen energiankulutuksen laskeminen wattitunteina
Päivittäinen energiankulutus lasketaan kertomalla pumpun käyvät watit sen päivittäisillä käyttötunteilla, ilmaistuna wattitunteina. Tämä luku, ei pelkkä hetkellinen teho, määrää, kuinka monta aurinkopaneelia ja kuinka paljon akkutilaa järjestelmä todella tarvitsee.
- Tunnista pumpun käyttöteho sen tyyppikilvestä tai yllä olevasta viitetaulukosta
- Arvio pumpun päivittäisestä käyntiajasta tunteina, laskettuna tavallisesti kotitalouden vedenkulutuksesta jaettuna pumpun virtausnopeudella
- Kerro käynnissä olevat watit päivittäisellä käyttöajalla saadaksesi päivittäiset wattitunnit
- Jaa päivittäiset wattitunnit odotettavissa olevilla aurinkohuipputunneilla asennuspaikan arvioimiseksi tarvittavan aurinkopaneelin tehon arvioimiseksi
- Lisää järjestelmän häviömarginaali 20–30 prosenttia invertterin, johdotuksen ja akun tehottomuuden huomioon ottamiseksi
Esimerkiksi 1 500 watin uppopumppu, joka toimii 2 tuntia päivässä, kuluttaa 3 000 wattituntia päivittäin. Paikassa, jossa aurinkohuipputuntia on 5, jakamalla 3 000 wattituntia viidellä tunnilla saadaan 600 wattia aurinkopaneelikapasiteettia, joka tarvitaan ennen järjestelmähäviöiden huomioon ottamista. 25 prosentin hukkamarginaalin lisääminen nostaa paneelin käytännön vaatimuksen noin 750 wattiin.
AC kaivopumput vs DC aurinkovesipumput
DC-aurinkovesipumput ovat yleensä energiatehokkaampia ja helpompia saada virtaa suoraan aurinkopaneeleista, kun taas vaihtovirtakaivon pumppuja on saatavilla enemmän ja ne on usein jo asennettu olemassa oleviin koteihin. Valinta olemassa olevan vaihtovirtapumpun muuntamisen aurinkoenergiaksi vai tarkoitukseen rakennetun DC-aurinkopumpun asennuksen välillä riippuu suuresti siitä, onko kaivo uusi vai olemassa oleva.
| tekijä | AC-kaivopumppu invertterillä | DC aurinkovesipumppu |
|---|---|---|
| Aloittava aalto | Korkea, 2-3 kertaa käynnissä wattia | Minimaalista ei mihinkään |
| Energiatehokkuus | Alhaisemmat invertterimuunnoshäviöt ovat voimassa | Korkeampi tasavirtakäyttö |
| Tarvittavat laitteet | Aurinkopaneelit, akut, invertteri, olemassa oleva pumppu | Aurinkopaneelit, ohjain, tasavirtapumppu |
| Riippuvuus akusta | Yleensä tarvitaan vakaaseen aaltovirtaan | Voi usein toimia ilman akkua varastosäiliöllä |
| Paras käyttötapaus | Olemassa olevat kaivot asennetuilla vaihtovirtapumpuilla | Uudet verkon ulkopuolella tai etäasennukset |
| Ennakkokulut | Laske alas, jos AC-pumppu on jo asennettu | Korkeampi erikoistuneiden pumppukustannusten vuoksi |
Nykyisen vaihtovirtakaivon pumpun muuntamisen aurinkovoimaksi verrattuna tarkoitukseen rakennetun tasavirtaaurinkovesipumpun asentamiseen.
Akkuvapaat vs akkukäyttöiset aurinkopumppujärjestelmät
Monet DC-aurinkovesipumput voivat toimia ilman akkua pumppaamalla vettä korotettuun varastosäiliöön aina, kun aurinko paistaa, jolloin kalliita akkupankkeja ei tarvita. Tämä lähestymistapa, jota usein kutsutaan suoraksi aurinkopumppaukseksi tai pumppauksen jälkeiseksi auringonpaisteeksi, on yleinen maataloudessa ja karjankastelukohteissa, joissa vettä voidaan varastoida painovoiman avulla eikä sähköisesti.
Akkukäyttöiset järjestelmät sitä vastoin varastoivat aurinkoenergiaa kemiallisesti, jotta pumppu voi toimia yöllä, pilvisinä päivinä tai kotitalouksien huipputarpeen aikana nykyisestä auringonvalosta riippumatta. Vaihtoehto on suoraviivainen:
- Akkuvapailla järjestelmillä on alhaisemmat alkukustannukset, vähemmän huoltoa eikä akun vaihtojaksoa
- Akkukäyttöiset järjestelmät tarjoavat veden saatavuuden milloin tahansa, säästä riippumatta
- Vesisäiliö voi usein korvata akkupankin vain murto-osalla varastoidun kapasiteetin yksikköhinnasta
- Akkukäyttöiset järjestelmät vaativat sopivan kokoisen latausohjaimen ylilatauksen tai syväpurkausvaurioiden estämiseksi
Esimerkki tosielämästä: aurinkojärjestelmän mitoitus 1 hevosvoiman upotettavalle kaivopumpulle
Tyypillinen yhden hevosvoiman syvä uppopumppu, joka käyttää 1 800 wattia ja joka toimii kaksi tuntia päivässä, vaatii noin 900–1 100 wattia aurinkopaneelikapasiteettia useimmilla kohtalaisilla aurinkoalueilla. Laskennan suorittaminen:
- Käynnissä oleva watti: 1800 wattia
- Päivittäinen käyttöaika: 2 tuntia
- Päivittäinen energiankulutus: 1 800 kerrottuna kahdella on 3 600 wattituntia
- Oletetut aurinkohuipputunnit: 4,5 tuntia, tyypillinen monille lauhkeille alueille kansallisen uusiutuvan energian laboratorion aurinkoresurssitietojen mukaan
- Aurinkoenergian perustarve: 3 600 jaettuna 4,5:llä vastaa 800 wattia
- 25 prosentin järjestelmän häviömarginaali: noin 1 000 wattia aurinkopaneeleja
- Invertterin mitoitus, joka perustuu 3 500 - 4 500 watin aloituswatteihin plus 20 prosentin marginaali, ehdottaa invertteriä, jonka teho on lähes 5 000 - 5 400 wattia, jos käytetään vaihtovirtapumppua.
Tämä esimerkki havainnollistaa, miksi käynnistyswateilla ohjattava invertterimitoitus käyntiwatteilla toimivan aurinkopaneelin mitoituksen sijaan on usein kalliimpi ja yleisemmin aliarvioitu osa aurinkoenergiapumpun budjetista.
Tekijät, jotka lisäävät kaivon pumpun tehovaatimuksia
Kaivon syvyys, putken kitka ja vaadittu virtausnopeus nostavat todellisen wattimäärän yli perustason tyyppikilven nimellisarvon. Useat muuttujat lisäävät yleensä kaivopumpun todellista tehonkulutusta sen ilmoitettua käyntiwattia suurempia määriä:
- Dynaaminen kokonaiskorkeus, mikä tarkoittaa yhdistettyä pystysuoraa nostoa ja painetta, jotka tarvitaan veden siirtämiseen pohjavedestä käyttöpisteeseen
- Kaivon syvyys, koska syvemmät kaivot vaativat enemmän työtä pumpattua gallonaa kohden
- Putken halkaisija ja pituus, joissa kapeat tai pitkät putkilinjat aiheuttavat kitkahäviöitä, jotka lisäävät moottorin kuormitusta
- Haluttu virtausnopeus gallonoina minuutissa, koska suurempi virtaus vaatii suhteellisesti enemmän tehoa
- Jännitteen pudotus pitkistä johdoista kulkee virtalähteen ja pumpun välillä, mikä voi pakottaa moottorin ottamaan enemmän virtaa kompensoidakseen
Yleisiä virheitä aurinkoenergialla toimivan vesipumpun mitoituksessa
Useimmat aurinkopumpun alitoimintaan liittyvät ongelmat juontavat juurensa kouralliseen ennustettavissa oleviin kokovirheisiin eikä laitevikaan.
- Invertterin mitoitus käyntiwatteihin suuremman käynnistyswattiluvun sijaan
- Jätetään huomioimatta kokonaisdynaaminen nostokorkeus ja mitoitus vain vaakasuuntaisia virtausvaatimuksia varten
- Aliarvioi kausivaihtelut aurinkohuipputuntien aikana, erityisesti talvikuukausina
- Akkupankin kapasiteetin valitseminen ottamatta huomioon useita peräkkäisiä pilvisiä päiviä
- Käyttää alimitoista johdotusta, joka aiheuttaa jännitteen pudotuksen pitkillä etäisyyksillä paneelien ja pumpun välillä
- Latauksen säädin, joka on sopivasti sovitettu sekä paneeliryhmään että akun kemiaan, epäonnistui
Usein kysytyt kysymykset
Kuinka monta wattia kaivopumppu keskimäärin kuluttaa?
Useimmat asuntojen kaivopumput käyttävät välillä 750 and 2,200 running watts, with the exact figure depending on horsepower, well depth, and pump type.
Voiko aurinkoenergialla toimiva vesipumppu käyttää kaivopumppua ilman paristoja?
Kyllä, tasavirtaaurinkopumput voivat toimia ilman akkua pumppaamalla ne varastosäiliöön päivänvalon aikana, vaikka vaihtovirtapumput vaativat yleensä akun varavirtalähteen luotettavaa käynnistystä varten.
Kuinka monta aurinkopaneelia tarvitaan kaivopumpun pyörittämiseen?
Tyypillinen puoli hevosvoimaa yhteen hevosvoimaan kaivopumppuun vaatii noin 600 - 1 200 wattia aurinkopaneelikapasiteettia, riippuen päivittäisestä käyttöajasta ja paikallisista aurinkohuipputuneista.
Miksi pumppuni tarvitsee paljon suuremman invertterin kuin sen käyvät watit ehdottavat?
Kaivopumppujen moottorit vaativat käynnistyspiikin kaksi tai kolme kertaa niiden käyttöteho, jotta se voi voittaa alkuperäisen mekaanisen vastuksen, joten invertteri on mitoitettava tähän korkeampaan käynnistysarvoon.
Onko DC-aurinkopumppu tehokkaampi kuin invertterillä toimiva AC-pumppu?
Kyllä, DC-aurinkopumput välttävät invertterin muunnoshäviöt ja toimivat tyypillisesti tehokkaammin aurinkoenergian wattia kohden kuin invertterin kautta kulkeva AC-pumppu.
Vaikuttaako kaivon syvyys siihen, kuinka monta wattia pumppu käyttää?
Kyllä, syvemmät kaivot lisäävät dynaamista kokonaiskorkeutta, mikä lisää työmäärää, joka moottorin on suoritettava gallonaa kohden, ja lisää todellista tehonkulutusta tyyppikilven arvoa korkeammaksi.
Kuinka paljon akkutilaa aurinkokaivon pumppujärjestelmä tarvitsee?
Akun koon tulee kattaa vähintään yhdestä kolmeen päivää tyypillistä pumpun energiankäyttöä pilvisen sään huomioon ottamiseksi. Lasketaan kertomalla päivittäiset wattitunnit halutulla varapäivien määrällä.
Voiko yksi aurinkopaneeli käyttää pientä kaivopumppua?
Yksi vakiopaneeli tuottaa harvoin tarpeeksi tehoa täysikokoiselle kaivopumpulle, koska pienetkin uppopumput tarvitsevat tyypillisesti useita satoja watteja aurinkosyötön oikean kokoisen ohjaimen rinnalla.
Viimeisiä ajatuksia
Kaivon menestyksen perusta on ymmärtää kuinka monta wattia kaivopumppu käyttää aurinkoenergialla toimiva vesipumppu hanke, koska jokainen loppupään päätös paneelien lukumäärästä invertterin nimellisarvoon ja akun kapasiteettiin riippuu tarkasta lähtökohdasta. Käyntiwatit määrittävät päivittäisen energiankulutuksen, mutta aloituswatit määrittelevät huippukapasiteetin, jonka järjestelmän on kyettävä toimittamaan hetkessä, ja näiden kahden sekoittaminen on yleisin syy verkon pumppausjärjestelmien tehon heikkenemiseen. Laskemalla todelliset päivittäiset wattituntitarpeet, ottamalla huomioon dynaamisen kokonaiskorkeuden ja kaivon syvyyden sekä valitsemalla akkuvapaan ja akkukäyttöisen suunnittelun todellisten käyttötapojen perusteella, asunnonomistajat ja pientilojen pitäjät voivat rakentaa oikean kokoisen aurinkopumpun järjestelmän ensimmäisellä kerralla sen sijaan, että he havaitsevat puutteen asennuksen jälkeen.
