حساب حجم مضخة المياه الشمسية: الرفع والتدفق وعدد الألواح
المضخة الشمسية الصغيرة جدًا تترك الخزان نصف فارغ بحلول المساء، والمضخة الكبيرة جدًا قد تُجفف البئر. ويعتمد الحساب على ثلاثة أرقام: كمية المياه التي تحتاجها، والارتفاع الذي يجب أن تصل إليه، ومقدار الشمس في الموقع.
ثلاثة أرقام يجب جمعها أولًا
- 01
الاحتياج اليومي من المياه
احسب بالمتر المكعب يوميًا (المتر المكعب = 1,000 لتر). في الري، 1 ملم من الماء على هكتار واحد يساوي 10 أمتار مكعبة، فالمحصول الذي يحتاج 5 ملم يوميًا على هكتار واحد يحتاج نحو 50 مترًا مكعبًا في اليوم. وللماشية، استخدم الإرشادات المحلية لكل رأس، واحسب ارتفاعًا كبيرًا في الاحتياج خلال الطقس الحار.
- 02
إجمالي الرفع الديناميكي
الارتفاع الكامل الذي يجب أن ترفع إليه المضخة الماء مضافًا إليه الفاقد: عمق مستوى الماء أثناء الضخ، والارتفاع من سطح الأرض إلى أعلى الخزان، والاحتكاك في الأنابيب.
- 03
إنتاجية المصدر والشمس
تحقق من كمية المياه التي يستطيع البئر توفيرها في الساعة دون أن ينخفض المستوى كثيرًا، من تقرير الحفر أو اختبار الضخ. ثم حدد عدد ساعات ذروة الشمس في الموقع.
حساب إجمالي الرفع الديناميكي
الرفع هو النقطة التي يخطئ فيها معظم الناس عند حساب المضخة، عادةً لأنهم يستخدمون عمق البئر بدلًا من مستوى الماء. إجمالي الرفع الديناميكي = مستوى الماء أثناء الضخ + الارتفاع حتى مدخل الخزان + فاقد الاحتكاك مستوى الماء أثناء الضخ هو المستوى الثابت مضافًا إليه الهبوط، أي الانخفاض الإضافي بعد تشغيل المضخة. فبئر محفور بعمق 120 مترًا قد يكون الماء فيه عند 40 مترًا وينخفض إلى 50 مترًا أثناء الضخ. وإذا كان الخزان مرتفعًا 6 أمتار عن الأرض وأضاف الاحتكاك 4 أمتار، فإجمالي الرفع الديناميكي 60 مترًا. يعتمد الاحتكاك على قطر الأنبوب وطوله والتدفق. وفي المسافات الطويلة، غالبًا ما يوفر الانتقال إلى مقاس أنبوب أكبر طاقةً تفوق تكلفة الأنبوب الإضافية. ومن الأهداف الشائعة إبقاء الاحتكاك تحت نحو 10% من إجمالي الرفع.
60 م
إجمالي الرفع الديناميكي في المثال
مستوى الماء أثناء الضخ
ارتفاع الخزان
فاقد الاحتكاك
من الماء إلى الواط
رفع متر مكعب واحد من الماء مترًا واحدًا يحتاج نحو 2.725 واط ساعة من الطاقة. ومن هنا تأتي معادلة بسيطة للطاقة التي يحتاجها الماء نفسه يوميًا: الطاقة الهيدروليكية (واط ساعة/يوم) = 2.725 × الحجم اليومي (م³) × إجمالي الرفع الديناميكي (م) لا توجد مضخة بكفاءة كاملة، لذا اقسم على كفاءة المضخة والمحرك معًا. وفي مجموعات الضخ الشمسية الصغيرة والمتوسطة، تُعد نسبة 40% رقمًا حذرًا للعمل، ويعطي منحنى المضخة في نشرة البيانات القيمة الفعلية عند نقطة التشغيل الخاصة بك. ثم اقسم على ساعات ذروة الشمس واحسب فاقد الحرارة والغبار على الألواح. لـ 20 مترًا مكعبًا يوميًا على رفع 60 مترًا مع 5.5 ساعات ذروة شمس: 2.725 × 20 × 60 = 3,270 واط ساعة من الطاقة الهيدروليكية. وبالقسمة على 0.4 نحصل على نحو 8,200 واط ساعة من الطاقة الكهربائية. وبالقسمة على 5.5 ساعات شمس ومعامل فاقد 0.8 نصل إلى نحو 1,860 واط. أي أن الموقع يحتاج نحو 1.9 إلى 2 كيلوواط من الألواح، تشغّل مضخة يعطي منحناها نحو 20 مترًا مكعبًا خلال اليوم على رفع 60 مترًا.
≈ 2 kW
ألواح لـ 20 م³ يوميًا على رفع 60 م
مضخة DC أم مضخة AC مع عاكس ضخ شمسي؟
تعمل مضخات DC الشمسية، ومعظمها بمحركات بدون فرشاة، مباشرة من الألواح عبر وحدة تحكم. وهي فعالة في التدفقات الصغيرة والمتوسطة، وتناسب الآبار والمزارع الصغيرة وسقي الماشية. وتتوفر مضخات EURONET الغاطسة بنظام DC بإصدارات لرفع 50 و80 و120 و200 متر، إلى جانب مضخات DC سطحية بمقاسات 2 و3 و4 بوصة. وللتدفقات الأكبر، غالبًا ما تكون مضخة AC عادية يشغلها عاكس ضخ شمسي هي الخيار الأفضل. فالعاكس يحوّل خرج الألواح إلى تيار متردد بتردد متغير، ويبطّئ المضخة مع ضعف الشمس بدلًا من إيقافها. كما يتيح للمزارع تشغيل مضخته الغاطسة الحالية بالطاقة الشمسية بدلًا من استبدالها، وبعض الطرازات تقبل أيضًا تغذية من الشبكة أو المولد. وتتراوح عواكس الضخ الشمسي من EURONET بين 1.5 كيلوواط أحادي الطور وحتى 30 كيلوواط ثلاثي الطور.
دليل سريع
أي نوع من المضخات يناسب أي مصدر
- تدفقات صغيرة من بئر عميقةمضخة DC غاطسة
- مصدر ضحل بسحب أقل من 7 أمتارمضخة DC سطحية
- تدفقات كبيرة أو مضخة AC موجودةعاكس ضخ شمسي
سطحية أم غاطسة؟
تسحب المضخة السطحية الماء إليها، والفيزياء تحد من المسافة التي تستطيع السحب منها. فعمليًا تستطيع المضخة السطحية السحب من عمق نحو 7 أمتار تحتها عند مستوى سطح البحر، وأقل في المرتفعات. وما بعد ذلك يجب أن تنزل المضخة إلى الماء، أي مضخة غاطسة. تناسب المضخات السطحية الأنهار والقنوات والبرك والآبار الضحلة، وهي مفيدة لدفع الماء من الخزان إلى خطوط الري بالتنقيط. أما المضخات الغاطسة فتناسب الآبار الارتوازية والعميقة، وتبقى أبرد لأن الماء يتدفق حول المحرك.
≈ 7 م
حد السحب العملي للمضخة السطحية عند مستوى سطح البحر
خزّن الماء لا الكهرباء
معظم أنظمة الضخ الشمسي لا تحتوي على بطاريات. فالخزان هو الذي يقوم بالتخزين: اضخ الماء أثناء وجود الشمس، ودع الجاذبية تغذي الحقل أو المشرب بقية الوقت. الخزان الذي يتسع لمياه يومين إلى ثلاثة أيام يغطي الفترات الغائمة في معظم المزارع. أضف مفتاحًا عوّامًا لإيقاف المضخة عند امتلاء الخزان، وحساس تشغيل جاف أو مجس للبئر لإيقافها إذا انخفض مستوى الماء كثيرًا. وكلاهما رخيص مقارنة بمحرك محترق.
لا حاجة إلى بطاريات
الخزان هو وسيلة التخزين
أسئلة شائعة
كم لوحًا شمسيًا أحتاج لمضخة بقدرة 1 حصان؟
محرك بقدرة 1 حصان يساوي نحو 746 واط. وعادةً ما يركّب الفنيون مصفوفة تبلغ نحو 1.3 مرة من القدرة المقننة للمضخة، أي نحو 1 كيلوواط من الألواح، وأكثر قليلًا في المناطق المغبرة أو الضبابية. وتبقى توصية الشركة المصنعة للمضخة ووحدة التحكم هي المرجع النهائي.
هل تعمل المضخة الشمسية ليلًا؟
ليس بشكل مباشر. إما أن تضخ الماء إلى خزان أثناء النهار، أو تضيف بطاريات أو تغذية من الشبكة أو المولد. وخزان الماء هو غالبًا الخيار الأرخص.
ما حجم المضخة الذي أحتاجه لبئري؟
ابدأ من إنتاجية البئر المختبرة ومستوى الماء أثناء الضخ. يجب ألا تسحب المضخة في الساعة أكثر مما تستطيع البئر تعويضه، ويجب أن يعطي منحناها الحجم اليومي المطلوب عند إجمالي الرفع الديناميكي الخاص بك.
كم يحتاج الري بالتنقيط من الماء لكل هكتار؟
يعتمد ذلك على المحصول والموسم والمناخ. وكرقم عملي، 1 ملم من الماء على هكتار واحد يساوي 10 أمتار مكعبة، فالمحاصيل التي تحتاج 4 إلى 6 ملم يوميًا تستهلك نحو 40 إلى 60 مترًا مكعبًا لكل هكتار يوميًا. وتعطي بيانات الإرشاد الزراعي المحلية أدق الأرقام لكل محصول.
هل تخطط لمشروع ضخ شمسي؟
أرسل لنا تقرير البئر والاحتياج اليومي من المياه وموقع المشروع، وسيقترح فريقنا مضخة ووحدة تحكم ومصفوفة ألواح مناسبة من منتجات EURONET.