Команда СБВодяные насосы на солнечной энергии для орошения становятся все более популярными, поскольку сельскохозяйственная деятельность в основном ведется в сельской местности и вдали от основных электросетей. В то время как индивидуальные потребители нуждаются в альтернативных источниках энергии, чтобы уменьшить свои счета за электроэнергию, а также уменьшить воздействие на окружающую среду, потребности сельского хозяйства являются еще более важными. Давайте обсудим преимущества солнечных водяных насосов в целом и их особую эффективность в сельском хозяйстве.
Развитие сельскохозяйственного сектора имеет огромное значение для мировой экономики. Исследования показывают, что по состоянию на 2018 год на этот сектор приходилось в среднем 4% ВВП и его вклад увеличился до 25% в некоторых развивающихся странах. Поэтому крайне важно, чтобы сельскохозяйственная деятельность не подвергалась риску из-за изменения климата.
Содержание
Использование водяных насосов в сельскохозяйственном орошении
Вода в сельском хозяйстве
Без воды не может быть сельскохозяйственного орошения. Продуктивность богарного земледелия на единицу обрабатываемой земли составляет лишь половину производительности орошаемого земледелия. Таким образом, орошаемое земледелие позволяет лучше диверсифицировать сельскохозяйственные культуры, а также увеличить производство.
Однако резкий рост населения, изменение климата и урбанизация стали угрозой для обильной доступности воды, тем самым влияя на развитие сельского хозяйства. Поскольку использование воды в сельском хозяйстве очень велико, ученые работают над новыми технологиями и методами, которые сократят это использование. По оценкам, с новыми технологиями 20-40% этой воды можно будет перенаправить в другие сектора в следующие несколько десятилетий.
Это перенаправление или перераспределение может происходить двумя способами. Воду можно перемещать физически, распределяя ресурсы пресной воды и подземных вод в городских районах и для промышленного использования. Воду также можно перемещать виртуально, производя водоемкие продукты питания и услуги, которые обычно находятся в районах с обильным водоснабжением и могут распределяться в районах, которые сталкиваются с нехваткой воды.
Поэтому важно, чтобы отвод воды от сельского хозяйства шел рука об руку с эффективным использованием воды. Сходным образом, эффективное использование воды и надлежащие системы подачи воды необходимо практиковать в сельском хозяйстве. Погружные водяные насосы на солнечной энергии будут играть ключевую роль в достижении этих целей.
Что такое водяные насосы на ископаемом топливе?
Водяным насосам нужно электричество, чтобы перекачивать воду в трубы для орошения полей. Так и есть, в случае домашнего использования. Существует много типов водяных насосов, использующих ископаемое топливо: центробежные насосы, глубинные турбинные насосы, погружные насосы и пропеллерные насосы. Каждой ирригационной системе необходим водяной насос для эффективной работы в зависимости от наличия источника воды и распределения воды, а также используемой ирригационной системы. Эти насосы приводятся в действие электродвигателем. Техническое обслуживание насоса покажет, сколько электроэнергии используется. Традиционные насосы с электрическим приводом, как правило, работают на ископаемом топливе, поскольку им необходимо получать достаточную мощность для подачи воды.
Недостатком использования водяных насосов, работающих на ископаемом топливе, является то, что они получают электроэнергию из ископаемого топлива, что увеличивает угрозу для окружающей среды. К ископаемым видам топлива относятся уголь, нефть и природный газ. Восемьдесят один процент энергии в Соединенных Штатах приходится на эти три источника. Они используются для отопления, транспорта, производства и электричества. Однако это не возобновляемые ресурсы, и воздействие на нашу окружающую среду по-прежнему имеет решающее значение для некоторых людей. Замерзшая ветряная электростанция в Техасе в 2021 году показала многим людям, что полагаться только на один источник энергии неразумно.
Недостатки водяных насосов на ископаемом топливе
- Выбросы парниковых газов: Известно, что ископаемые виды топлива вызывают высокие уровни выбросов парниковых газов и, следовательно, представляют угрозу для жизни человека. Исследования показывают, что нефть, природный газ и уголь вызывают более высокий уровень смертности и более высокий уровень выбросов парниковых газов.
- Влияние на экономику: Ископаемое топливо увеличивает загрязнение воздуха. Прямые и косвенные затраты на загрязнение воздуха выросли до 3.3% мирового ВВП. Стоимость для отдельного потребителя также высока. Хотя цены на ископаемое топливо могут показаться низкими, скрытые издержки разрушения окружающей среды высоки.
С другой стороны, солнечные водяные насосы, использующие солнечную энергию для получения энергии, могут стать эффективным решением в будущем. До сих пор солнечные водяные насосы использовались в отдаленных районах, которые не подключены к сети, и где стоимость использования традиционной мощности переменного тока слишком высока. В этих областях солнечные водяные насосы были полезны для перекачки воды для нужд орошения.
Что такое солнечная водяная насосная система?
Доступный и легкий доступ к источникам воды ограничен во многих регионах, где сельское хозяйство играет доминирующую роль. Люди, живущие в этих районах, могут либо использовать удаленную электросеть, либо использовать насосы, работающие на топливе, и черпать воду из близлежащего источника. Использование удаленной электросети может оказаться дорогостоящим из-за необходимости прокладки линий электропередач и счетов за коммунальные услуги. То же самое относится и к водяным насосам, работающим на бензине и дизельном топливе, которые нуждаются в регулярной дозаправке и обслуживании.
В этой ситуации идеальной альтернативой может стать комплект солнечной водяной помпы, поскольку солнечная энергия является возобновляемым источником энергии и полностью экологична. Солнечный водяной насос также нуждается в электричестве, но оно обеспечивается фотогальваническими (PV) панелями. Это означает, что насосная система имеет массив солнечных батарей и обеспечивает питание электродвигателя, что позволяет ему включать водяной насос.
Водяные насосы на солнечных батареях для орошения могут снабжать водой отдаленные районы которые не подключены к электросети. Солнечный водяной насос может быть автономной системой в зависимости от фотоэлектрических панелей, которые получают питание в светлое время суток.
Из каких компонентов состоит солнечная водяная насосная система?
Основными компонентами погружной водяной насосной системы на солнечной энергии являются солнечная фотоэлектрическая батарея, контроллер насоса и сам насос.
Солнечная фотоэлектрическая батарея
Фотоэлектрические панели образуют источник питания. Солнечная панель измеряется в ваттах мощности, которую она производит. Поэтому установка солнечной панели будет зависеть от количества энергии, необходимой для перекачивания воды. Солнечные панели лучше иметь на 20% больше мощности, чем необходимо, поскольку они могут устранить необходимость в любых дополнительных усилителях тока. Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, и количество энергии, которую они могут производить, зависит от размера панелей, количества панелей и материалы солнечных батарей.
Водяной насос
Водяной насос — это устройство, которое использует энергию солнечной панели для перемещения воды. Он забирает воду из источника и распределяет ее там, где это необходимо. Некоторые насосы работают лучше при использовании солнечной энергии. Обычно предпочтительны насосы с меньшей мощностью. Объемные насосы выбирают, если источником воды является глубокая скважина. В таких случаях насос перемещает фиксированное количество воды и пропорционально количеству получаемой мощности.
Водяные насосы работают лучше всего, когда они создают комбинацию давления и потока воды для определенной потребляемой мощности. Солнечные водяные насосы рассчитаны на напряжение электричества, которое им нужно от источника питания. Например, большому насосу на 48 вольт потребуется больше энергии, и он сможет перекачивать больше воды. Некоторым водяным насосам также потребуются поплавковые клапаны, переключатели и фильтры.
Контроллер насоса
Контроллер насоса — это устройство, которое устанавливается между водяным насосом и солнечной панелью. Это позволяет водяному насосу нормально включаться при недостаточном освещении. У контроллера есть две функции. Во-первых, он сопоставляет входную мощность, доступную в фотоэлектрических панелях, с выходной мощностью, получаемой насосом. Вторая функция заключается в том, что он обеспечивает защиту от колебаний напряжения. Контроллер обеспечивает отключение системы при слишком низком или слишком высоком напряжении, гарантируя, что водяной насос остается в хорошем состоянии.
Другие компоненты
- Резервуар для хранения: Емкости резервуара в идеале должно хватить на подачу воды в течение пяти-десяти дней при среднем потреблении воды. Хранение, как и потребление, обычно зависит от климата и использования. Но наличие небольшого количества дополнительной воды в резервуаре позволяет неожиданно увеличить использование. Сантехника резервуара должна работать таким образом, чтобы держать резерв; поэтому место слива должно быть немного выше дна.
- Аккумуляторная батарея: Батареи накапливают энергию, выдаваемую солнечными панелями в течение дня, и обеспечивают работу водяного насоса даже при слабом солнечном свете или его отсутствии. Батарея также обеспечивает стабильное питание при колебаниях напряжения питания.
- Контроллер заряда: Контроллер заряда от солнечной батареи используется для зарядки аккумулятора или питания от источника постоянного тока.
- Электропроводка: Проводка необходима для системы солнечных водяных насосов и соединяет солнечные панели с водяным насосом. Для обеспечения безопасности проводки можно использовать соединительную коробку.
- Автоматические выключатели: Могут быть установлены автоматические выключатели для ручного включения или выключения водяного насоса, если водяной насос нуждается в ремонте или техническом обслуживании.
- Производство труб : Солнечным водяным насосам потребуются трубы соответствующего размера в зависимости от требуемого выходного давления. Трубы могут быть пластмассовыми, стальными или медными.
Классификация водяных насосов на солнечных батареях
Различные типы водяных насосов - это погружные водяные насосы с солнечными батареями и поверхностные водяные насосы с солнечными батареями.
Погружные водяные насосы на солнечной энергии
Обычно погружной водяной насос имеет цилиндрическую форму и помещается внутри обсадной трубы. Погружной солнечный водяной насос идеален, если источник воды находится глубоко, как в случае с колодцем. Они работают напрямую от солнечной панели и аккумулятора. Насос работает в течение дня, а вода хранится в накопительном баке и используется по мере необходимости. Погружные насосы будут зависеть от глубины источника воды и количества воды, которое вам нужно.
В большинстве случаев скважины не нужно бурить за пределами уровня грунтовых вод. Для сельскохозяйственных нужд колодцы могут быть более мелкими, чем более глубокие, если они нужны для хозяйственно-питьевых нужд. Погружной солнечный водяной насос также необходимо будет сравнить с количеством энергии, которое он может обеспечить для вертикального перемещения воды.
Солнечные поверхностные водяные насосы
Солнечные поверхностные водные насосы предпочтительнее, когда источник воды неглубокий, такой как пруд, озеро или колодцы, вода в которых находится в пределах двадцати футов от поверхности. Преимущество поверхностного водяного насоса в том, что он может перекачивать воду на большее расстояние. Недостатком является то, что он не может нагнетать воду вертикально, как в случае с погружным водяным насосом. Солнечные поверхностные насосы дешевле, чем погружные.
Узнайте о плюсах и минусах водяных насосов на солнечных батареях.
Солнечные водяные насосы против водяных насосов на ископаемом топливе
Использование ископаемого топлива в качестве источника энергии для водяных насосов является традиционным подходом, предполагающим использование невозобновляемых ресурсов, таких как нефть, газ и уголь. Эти загрязняющие источники все чаще становятся угрозой для благополучия общества, а также для окружающей среды. Они дороже с точки зрения коммунальных платежей за потребление электроэнергии.
Стоимость водяных насосов, работающих на ископаемом топливе, также варьируется в зависимости от расстояния до электросети и компонентов, необходимых для подключения системы водяного насоса к электросети. Водяные насосы, работающие на ископаемом топливе, производят больше шума, а также загрязняют воздух и, вероятно, потребуют больших затрат на техническое обслуживание. Они не длятся долго и потребуют замены деталей или всей системы водяного насоса.
С другой стороны, водяные насосы на солнечной энергии являются экологически чистыми, поскольку они используют солнечную энергию, которая является возобновляемым источником энергии. Они являются автономными системами и требуют меньшего обслуживания. Они имеют длительный срок службы и низкие средние затраты на использование. В приведенной ниже таблице показаны основные преимущества и недостатки насосов, работающих на солнечной энергии, и водяных насосов, работающих на ископаемом топливе.
Факторы, которые следует учитывать при выборе солнечного водяного насоса
Насос помогает увеличить энергию воды по вертикали или горизонтали в регионах, нуждающихся в воде. Солнечные водяные насосы в долгосрочной перспективе недороги и экологичны. Есть много факторов, которые следует учитывать при выборе водяного насоса на солнечной энергии для орошения.
Желаемый расход
Производительность – это время, за которое водяной насос перекачивает необходимое количество воды., который измеряется в галлонах в минуту. В зависимости от того, где вам нужно установить солнечный насос, и от расстояния до источника воды, вы можете выбрать тот, который способен перекачивать более 650 галлонов воды в минуту. Для бытового использования достаточно солнечного насоса, который может перекачивать около 55 галлонов воды в минуту.
Размер входа
Как правило, насосы имеют размер входного отверстия от одного до шести дюймов. Чем больше размер впускного клапана, тем больший объем воды можно будет откачать.
Напор и давление
Напор в данном случае означает количество воды, которое можно перекачать на самое большое расстояние по вертикали. Это влияет на скорость потока, потому что, если вам нужен насос для всасывания воды из глубокого колодца, где источник воды находится ниже 60 метров, а ваш насос имеет максимальный напор 60 метров, скорость потока будет низкой или даже нулевой. Таким образом, выбранный вами солнечный насос должен иметь максимальный напор, превышающий расстояние по высоте, необходимое для подачи воды.
Общий динамический напор (TDH)
Учитывая определенный размер солнечной батареи и общий динамический напор (TDH), водяные насосы можно измерить по количеству галлонов в минуту, которые они могут подавать. Количество галлонов, необходимое в день, будет решающим фактором при выборе размера солнечного водяного насоса.
Перед проектированием системы перекачки воды необходимо определить TDH. TDH имеет три компонента: напор, высота подъема и потеря напора на трение.
- Напор: Относится к величине давления воды на выходе из трубы. Это может быть либо открытая труба, либо шланг, ведущий в резервуар для хранения воды. В некоторых случаях может не быть индикации напора, и он может быть установлен равным нулю. В других, указывающих на определенный напор, его можно умножить на выходе в фунтах на квадратный дюйм на давление одного водяного столба, которое составляет 2.31 фута / фунт на квадратный дюйм. Например, если давление на выходе равно 20, оно будет умножено на 2.31, что даст 46.2 фута TDH.
- Высота головы: это расстояние между источником воды и высотой перекачиваемой воды, чтобы достичь резервуара для хранения воды. Это расстояние по вертикали, когда он бросает вызов гравитации, чтобы достичь резервуара.
- Потеря трения: Для расчета TDH важно рассчитать потери на трение. Как только длина трубы, по которой должна течь вода, определена, включая участки трубы под разными углами, размер трубы, материал трубы, скорость потока и количество клапанов, становится легко рассчитать величина потери напора на трение в футах данного напора.
Общий TDH рассчитывается путем сложения чисел, полученных при расчетах напора, подъемного напора и потерь на трение, т.е.
Напор (футы) + высота подъема (футы) + потери на трение (футы)
Другие факторы, которые следует учитывать, включают ваши потребности в воде. Если вам нужна подача воды в ночное время или в пасмурные или дождливые дни, вам может понадобиться бустер для создания необходимого давления воды. В таких обстоятельствах вам также может понадобиться батарея для хранения солнечной энергии, чтобы вода все еще была доступна.
Сколько стоит солнечный водяной насос? Стоит ли это инвестиций?
Стоимость водяной насосной системы на солнечной энергии зависит от параметров (расход, TDH и т. д.) насоса, затем от размера требуемой солнечной фотоэлектрической батареи и других компонентов, которые мы хотим интегрировать в систему.
Диапазон цен на солнечные водяные насосы может варьироваться от 2,000 до 5,000 долларов за массив солнечных панелей и комплект солнечных водяных насосов. В него входит насос. Это поможет понять, как расход воды связан со стоимостью. Существуют также разные модели, которые различаются по мощности и исходя из количества солнечных панелей.
Вышеуказанные затраты являются приблизительными, и на рынке также доступны более дорогие варианты. Стоимость водяного насоса на солнечной энергии также будет зависеть от источника воды. Поверхностные водяные насосы будут дешевле, так как им требуется меньше энергии для забора воды из источника, как в случае забора воды из пруда или озера. Одним из таких примеров является водяной насос на солнечной энергии для орошения. Погружные водяные насосы на солнечных батареях будут стоить дороже, так как воду придется брать с большей глубины, как в случае с глубокими колодцами.
Солнечные водяные насосы служат нескольким целям
Солнечные водяные насосы конкурентоспособны, поскольку они не требуют продления линий электропередач для подключения к электросети. Солнечные водяные насосы со сроком службы более двадцати лет имеют преимущество перед водяными насосами, работающими на ископаемом топливе. Водяные насосы на солнечной энергии также энергоэффективны и подходят для регионов, которые либо слишком далеки от электросетей, либо слишком дороги для подключения.
Некоторые из лучших применений систем солнечных водяных насосов включают орошение и питьевую воду для домашнего скота. Они наиболее эффективны при подаче воды из поверхностных или подземных вод и распределении воды, хранящейся в их резервуарах для хранения. Преимущества более длительного срока службы и экономии затрат невозможно переоценить, что делает инвестиции оправданными как для домашнего использования, так и для сельскохозяйственного орошения.
