מהו מהפך משאבה סולארית? MPPT, יישומים והטבות

מהפך משאבה סולארית הוא מכשיר להמרת חשמל המיועד להפעלת משאבות מים באמצעות חשמל המופק על ידי פאנלים סולאריים. הוא ממיר את הספק DC ממערך פוטו-וולטאי להספק AC מבוקר עבור מנוע המשאבה.

בניגוד לסטנדרט מהפך סולארי , המיועד בעיקר לספק מתח AC לבניינים או לרשת, א מהפך משאבה סולארית תוכנן במיוחד כדי לשלוט במהירות ותפוקת המשאבה. הוא מתאים את המנוע בהתאם לכוח הסולארי הזמין, דרישת המים ותנאי ההפעלה.

במערכות רבות, מהפך משאבת שמש יכול לפעול ללא סוללה. ניתן לשאוב מים בתקופות של אור שמש חזק ולאחסן במיכל או במאגר לשימוש מאוחר יותר. דגמים מסוימים תומכים גם בכניסת AC, מה שמאפשר למשאבה להמשיך לעבוד כאשר החשמל הסולארי אינו מספיק.

IFIND מספקת פתרונות אינוורטר משאבות סולאריות כגון מהפך למשאבה סולארית MPPT סדרת SD600 להשקיה חקלאית, שאיבת באר עמוק, העברת מים ויישומים אחרים.

מהו מהפך משאבה סולארית?

מהפך משאבה סולארית משלב המרת אנרגיה סולארית עם בקרת מנוע בתדר משתנה.

תפקידיו העיקריים הם:

• המרת כוח DC סולארי לכוח AC;

• עקוב אחר ההספק המרבי הזמין ממערך ה-PV;

• התאם את מהירות מנוע המשאבה בהתאם לתנאי השמש;

• הפעל ועצור את המשאבה באופן אוטומטי;

• הגן על המנוע והמשאבה מפני תנאים חריגים;

• תמיכה בתקשורת ובניטור מרחוק בדגמים נבחרים.

המונח עשוי להתייחס לעיצובי מוצרים שונים. חלק מממירי משאבות סולאריות מיועדים לפעולה סולארית ישירה, בעוד שאחרים תומכים גם בכניסת DC סולארית וגם בקלט AC מהרשת או מהגנרטור.

לכן מהפך משאבת שמש אינו רק VFD קונבנציונלי המחובר לפאנל סולארי. הוא זקוק למערכת בקרת MPPT ועיצוב כניסת DC המתאים להספק פוטו.

כיצד פועל מהפך משאבה סולארית?

מערכת שאיבה סולארית טיפוסית כוללת:

1. פאנלים סולאריים;

2. מהפך משאבה סולארית;

3. מנוע משאבה;

4. מקור מים ומערכת אספקה;

5. חיישנים אופציונליים, התקני תקשורת או גיבוי AC.

כניסת DC סולארית

פאנלים סולאריים מייצרים כוח DC. המתח והזרם הנוצרים מהפאנלים משתנים במהלך היום בגלל עוצמת אור השמש, טמפרטורה, הצללה, אבק ותנאי מזג האוויר.

מהפך המשאבה הסולארית מקבל קלט DC משתנה זה וממיר אותו לפלט מבוקר עבור מנוע המשאבה.

על מערך ה-PV להיות מתוכנן בטווח המתח והזרם המותרים של המהפך. מתח המעגל הפתוח של המערך, במיוחד בתנאים קרים, חייב להישאר מתחת לגבול הקלט המקסימלי של המהפך.

MPPT מעקב

MPPT ראשי תיבות של Maximum Power Point Tracking. זוהי פונקציית בקרה שמחפשת ללא הרף את נקודת הפעולה שבה המערך הסולארי יכול לספק את ההספק הגבוה ביותר הזמין.

נקודת החשמל המקסימלית משתנה עם שינוי אור השמש וטמפרטורת הפאנל. אם המהפך פועל במתח לא מתאים, ייתכן שלא נעשה שימוש יעיל בחלק מהאנרגיה הסולארית הזמינה.

בקר MPPT מתאים את נקודת ההפעלה של PV ומעביר את האנרגיה הזמינה לשלב בקרת המנוע. זה מאפשר למשאבה לנצל טוב יותר את תנאי השמש המשתנים.

MPPT אינו יוצר אנרגיה נוספת. זה עוזר למערכת להשתמש בכוח ה-PV הזמין בצורה יעילה יותר.

תפוקת מנוע בתדר משתנה

לאחר מעקב אחר הכוח הסולארי הזמין, המהפך מייצר פלט AC מבוקר למנוע המשאבה.

כאשר האנרגיה הסולארית חזקה, המהפך יכול להגביר את תדירות המנוע ואת מהירות המשאבה. כאשר החשמל הסולארי נופל, הוא יכול להפחית את התדר, להיכנס למצב שינה, או לעצור את המשאבה אם אין מספיק אנרגיה לפעולה יציבה.

פעולה זו בתדר משתנה שונה מפשוט הפעלה וכיבוי של משאבה. זה מאפשר למשאבה להגיב בצורה הדרגתית יותר לתנאי השמש המשתנים.

התחלה ושינה אוטומטית

ממירי משאבות סולאריות רבים יכולים להפעיל את המשאבה באופן אוטומטי כאשר מערך ה-PV מספק מספיק כוח. כאשר האנרגיה הסולארית יורדת מתחת לסף ההפעלה, המהפך יכול להפחית את התפוקה או להכניס את המשאבה למצב שינה.

פונקציה זו שימושית עבור מערכות השקיה ואספקת מים מרחוק מכיוון שהמפעיל אינו צריך להפעיל ולעצור את המשאבה באופן ידני לאורך כל היום.

כניסת גיבוי AC

חלק מממירי משאבות סולאריות תומכים גם בכניסת DC סולארית וגם בכניסת AC תואמת. מקור ה-AC עשוי להגיע מרשת השירות או מגנרטור, בהתאם לתכנון המערכת.

גיבוי AC יכול להיות שימושי כאשר:

• יש להמשיך את ההשקיה לאחר השקיעה;

• כיסוי ענן מפחית את תפוקת השמש;

• דרישת המים העונתית גבוהה;

• המערכת דורשת שאיבה מתוזמנת;

• יש למלא מיכל תוך זמן מסוים.

מקור ה-AC, הפאזה, המתח ושיטת ההחלפה חייבים להתאים לתצורת המהפך.

מהן הפונקציות העיקריות של מהפך משאבה סולארית?

MPPT בקרה סולארית

MPPT מאפשר למהפך להתאים את הפעולה בהתאם לתפוקה המשתנה של מערך ה-PV. זהו אחד ההבדלים העיקריים בין מהפך משאבה סולארית לבין מנוע AC רגיל.

התחלה רכה

מהפך משאבה סולארית יכול להגביר בהדרגה את מהירות המנוע במקום להפעיל את מלוא הכוח באופן מיידי.

התחלה רכה יכולה לעזור:

• הפחת את זרם ההתחלה;

• הגבל הלם מכני;

• הפטיש מים;

• הגן על צימודים וחגורות;

• שפר את חיי השירות של מערכת המשאבה.

יש להגדיר את זמן התאוצה לפי המשאבה, המנוע, הצינור, שסתום הסימון והראש הכולל.

הגנה מפני ריצה יבשה

ריצה יבשה מתרחשת כאשר המשאבה פועלת ללא מספיק מים. זה יכול לגרום להתחממות יתר, בלאי מכני, נזק לאיטום או כשל במשאבה בטרם עת.

מהפך משאבה סולארית עשוי לזהות תנאי הפעלה יבשה על ידי ניטור זרם המנוע, הספק, עומס או חיישן מפלס מים. שיטת הזיהוי המדויקת תלויה במהפך ובמערכת המשאבה.

יש להתאים את פרמטרי ההפעלה היבשה בהתאם למשאבה בפועל. ייתכן שהגדרה שעובדת עבור משאבה אחת לא תתאים לאחרת.

בקרת מפלס מים

חיישני מפלס מים יכולים לשמש לניטור באר, מיכל, מאגר או מקור מים אחר.

המהפך יכול לעצור את המשאבה כאשר:

• מפלס מקור המים נמוך מדי;

• מיכל האחסון מלא;

• אחרת המשאבה תפעל ללא מספיק מים;

• הושגה רמת הפעלה מוגדרת.

התקנת חיישן נכונה ולוגיקת האות חשובים לפעולה אמינה.

הגנה מפני זרם יתר ועומס יתר

המהפך עוקב אחר זרם המנוע ויכול לעצור את המשאבה אם הזרם חורג מהמגבלה המוגדרת.

זרם יתר עלול להיגרם על ידי משאבה חסומה, ראש מוגזם, נזק מכני, פרמטרי מנוע שגויים או בעיית פאזה. יש לחקור נסיעות חוזרות ולא לפתור רק על ידי הגדלת המגבלה הנוכחית.

הגנה מפני מתח יתר וטמפרטורת יתר

המהפך יכול לנטר מתח PV, מתח אוטובוס DC, טמפרטורה פנימית ותנאים חשמליים אחרים.

אם מתח ה-PV גבוה מדי או שהמהפך מתחמם מדי, זה עלול להפחית את הפלט או להפסיק את הפעולה. אוורור נכון ועיצוב נכון של מחרוזת PV חיוניים.

תקשורת וניטור מרחוק

ממירי משאבות סולאריות מודרניים רבים מספקים תקשורת RS485. מודולים אופציונליים עשויים לתמוך ב-Ethernet, Wi-Fi, GPRS או שיטות ניטור מרחוק אחרות.

נתוני ניטור אופייניים עשויים לכלול:

• מתח והספק PV כניסה;

• תדר פלט;

• זרם מנוע;

• מצב פעולת המשאבה;

• רישומי תקלות;

• זרימת מים או נפח מים מצטבר;

• נתוני תפעול היסטוריים.

ניטור מרחוק שימושי במיוחד עבור אתרים חקלאיים ובארות שקשה לבדוק כל יום.

סוגי ממירי משאבות סולאריות

ממירי משאבה סולארית עצמאיים

מהפך משאבת שמש עצמאית מיועד בעיקר לפעולה המונעת על ידי PV. הוא ממיר אנרגיה סולארית ישירות לכוח AC מבוקר עבור המשאבה.

מערכות אלו משמשות לעתים קרובות להשקיה מרחוק, השקיית בעלי חיים ושאיבת בארות עמוקות כאשר חשמל ברשת אינו זמין או יקר להתקנה.

ממירי משאבה סולארית עם גיבוי AC

ממירים אלה מקבלים חשמל סולארי כמקור העיקרי ומשתמשים במתח AC תואם כאשר אנרגיה סולארית אינה מספקת.

הם מספקים גמישות הפעלה רבה יותר אך דורשים תשומת לב נוספת למתח הכניסה AC, הפאזה, ההגנה והלוגיקה של החלפה.

מודלים חד פאזיים ותלת פאזיים

ממירי משאבה סולארית זמינים עבור תצורות מנוע שונות.

ניתן להשתמש במשאבה חד-פאזית במערכות קטנות יותר, בעוד שמנועים תלת-פאזיים נפוצים ביישומי שאיבה חקלאיים, תעשייתיים ושאיבת באר עמוקים גדולים יותר.

פלט המהפך חייב להתאים למתח, שלב, תדר וזרם המדורג של המנוע. אין לחבר מהפך המיועד למנוע תלת פאזי לסוג מנוע אחר ללא אישור היצרן.

יישומי משאבה טבולה ומשאבת שטח

חלק מממירי משאבות סולאריות משמשים עם משאבות טבולות המותקנות בבארות או קידוחים. אחרים מניעים משאבות צנטריפוגליות משטחיות, משאבות דחף או משאבות העברה.

בחירת המהפך תלויה במאפייני המנוע, לא רק בשם המשאבה. יש לקחת בחשבון גם את אורך הכבל, דרישת ההתחלה, תדירות הפעולה, מפלס המים והראש הכולל.

מהפך משאבת שמש לעומת VFD קונבנציונלי

VFD קונבנציונלי עשוי לשלוט במנוע משאבה ביעילות כאשר הוא מסופק עם מתח AC יציב, אך הוא אינו יכול בדרך כלל לעקוב אחר נקודת הכוח המקסימלית של מערך סולארי.

מהפך משאבה סולארית מתוכנן סביב המאפיינים המשתנים של כוח פוטו וולטאי ודרישות התפעול של משאבות מים.

מהפך משאבת שמש לעומת מהפך סולארי סטנדרטי

מהפך סולארי סטנדרטי ממיר כוח PV למתח AC עבור עומסים ביתיים, מסחריים או מחוברים לרשת. ייתכן שהוא לא יספק את פונקציות בקרת המנוע הנדרשות על ידי משאבה.

מהפך משאבה סולארית מיועד ל:

• בקרת תדר מנוע;

• התאם את מהירות המשאבה;

• לספק התחלה רכה;

• להגיב לשינוי כוח PV;

• זיהוי תנאי ריצה יבשה או מפלס מים;

• הגן על מנוע המשאבה.

מסיבה זו, אין לחבר מהפך סולארי סטנדרטי הקשור לרשת ישירות למשאבה, אלא אם המערכת השלמה תוכננה במיוחד למטרה זו.

יישומי מהפך משאבה סולארית

השקיה חקלאית

השקיה חקלאית היא אחד היישומים הנפוצים ביותר.

מהפך משאבה סולארית יכול לספק מים מבארות, מאגרים, תעלות או מכלי אגירה לשדות, פרדסים, חממות ורשתות השקיה.

המערכת יכולה לפעול בשעות היום ולאגור מים במיכל לשימוש כשהייצור הסולארי נמוך יותר.

שאיבה עמוקה

ממירי משאבות סולאריות יכולים להפעיל משאבות טבולות תואמות עבור בורות קידוח ובארות עמוקות.

לפני בחירת המערכת, על המהנדסים לבדוק:

• מפלס מים סטטי;

• Drawdown;

• זרימה נדרשת;

• ראש דינמי כולל;

• עומק באר;

• אורך צינור;

• אורך כבל מנוע;

• דירוג מנוע משאבה.

יש לבחור משאבה לפי זרימה וגם לפי ראש. כוח המנוע לבדו אינו מספיק כדי לקבוע אם המערכת תעמוד בדרישת המים.

אספקת מים חממה

חממות עשויות להשתמש במערכות שאיבה סולארית להשקיה, מילוי מיכלים, העברת מים או מחזור.

בקרת מפלס המים ותפעול בזמן יכולים לעזור בתיאום השאיבה עם לוח הזמנים של השקיית היבול.

השקיית בעלי חיים

חוות מרוחקות יכולות להשתמש בשאיבה סולארית כדי להעביר מים למיכלי חיות או למאגרים מוגבהים.

פונקציות עצירה אוטומטיות יכולות למנוע גלישה, בעוד שהגנה מפני הפעלה יבשה יכולה להפחית את הסיכון של הפעלת המשאבה כאשר מקור המים נמוך.

מילוי מאגר ומיכלים

מערכת שאיבה סולארית יכולה לייצר מים בתקופות של אור שמש חזק ולאגור אותם לשימוש מאוחר יותר.

גישה זו יכולה להפחית את הצורך באחסון סוללות ביישומים שבהם אחסון מים מעשי יותר מאחסון חשמלי.

אספקת מים מרחוק

קהילות מרוחקות, אתרי בנייה ומתקנים מבודדים עשויים להשתמש בממירי משאבות סולאריות כאשר הגישה לרשת מוגבלת.

ניתן להגדיר את המערכת עם אנרגיה סולארית, אחסון מים וגיבוי AC אופציונלי בהתאם ללוח הזמנים הדרוש.

היתרונות של שימוש במהפך משאבה סולארית

תלות מופחתת בחשמל ברשת

אנרגיה סולארית יכולה להפעיל את המשאבה בשעות האור מבלי להסתמך לחלוטין על חשמל או גנרטורים מבוססי דלק.

פעולה ללא סוללה במערכות מתאימות

מערכות שאיבה סולאריות רבות יכולות לפעול ללא סוללה על ידי שאיבת מים כאשר כוח סולארי זמין ואחסון המים במיכל או במאגר.

זה יכול להפחית את תחזוקת הסוללה ולפשט את המערכת, אם כי פעולה ללא סוללה אינה מתאימה לכל יישום.

שימוש טוב יותר באנרגיה סולארית זמינה

MPPT ובקרה בתדר משתנה מאפשרים למשאבה להגיב לתנאי השמש המשתנים במקום להתחיל ולעצור שוב ושוב בעוצמה מלאה.

הגנה משופרת על המשאבה

זיהוי הפעלה יבשה, הגנת עומס יתר, בקרת מפלס המים ופונקציות אחרות יכולים לסייע בהגנה על המשאבה מפני בעיות תפעול נפוצות.

הפעלה אוטומטית

פונקציות הפעלה אוטומטיות, שינה, תזמון וניטור מרחוק מפחיתות את הצורך בתפעול ידני יומי, במיוחד באתרים מרוחקים.

כיצד לבחור מהפך משאבה סולארית

הגדר את דרישת המים

התחל עם נפח המים היומי הנדרש ולוח הזמנים ההפעלה.

קחו בחשבון את סוג היבול, שיטת ההשקיה, הביקוש העונתי, גודל המיכל ואור השמש הזמין. אזור ההשקיה לבדו אינו מספיק כדי לקבוע את קיבולת המשאבה והמהפך.

חשב זרימה וראש כולל

הראש הדינמי הכולל עשוי לכלול:

• גובה הרמה אנכי;

• שקע באר;

• גובה משלוח;

• חיכוך צינור;

• הפסדי שסתומים ומסננים;

• לחץ נדרש ביציאה.

יש לבחור את המשאבה בהתאם לזרימה הנדרשת ולראש הכולל לפני בחירת המהפך.

התאם את המנוע

בדוק את מנוע המשאבה:

• מתח מדורג;

• זרם מדורג;

• כוח מדורג;

• שָׁלָב;

• תדר מדורג;

• דרישות התחלה;

• סוג מנוע.

יש לבחור את המהפך לפי זרם נקוב ויכולת עומס יתר וכן כוח המנוע.

גודל מערך PV

מערך ה-PV חייב להישאר בטווח המתח והזרם המותרים של המהפך.

שקול שינויים הנגרמים על ידי מזג אוויר קר, טמפרטורות גבוהות, הצללה, אבק, אובדן כבלים והזדקנות המודולים. הספק ה-PV המומלץ צריך להיות בהתאם להנחיות יצרן הממיר.

בדוק את אורך הכבל וההגנה

כבלי מנוע ארוכים עלולים לגרום לנפילת מתח ולמתח גל מוחזר. עבור מתקנים מסוימים, ייתכן שיהיה צורך בכור פלט או מסנן.

המערכת צריכה לכלול גם הארקה מתאימה, הגנה מפני מתח, ניתוקים ובידוד כבלים לתנאי האתר.

שאלות נפוצות

מה המטרה של מהפך משאבה סולארית?

מהפך למשאבה סולארית ממיר כוח DC סולארי להספק AC מבוקר עבור משאבת מים. זה גם מתאים את מהירות המנוע, עוקב אחר כוח PV זמין ומספק פונקציות הגנה על משאבה.

האם מהפך משאבה סולארית צריך סוללה?

לא תמיד. מערכות שאיבה סולאריות רבות פועלות ללא סוללה באמצעות שאיבת מים בשעות אור השמש ואגירתם במיכל או במאגר.

ניתן לשקול סוללה כאשר המערכת דורשת גיבוי חשמלי או תפעול בזמנים בהם חשמל סולארי אינו זמין.

מהו MPPT במהפך משאבה סולארית?

MPPT ראשי תיבות של Maximum Power Point Tracking. הוא מתאים את נקודת ההפעלה של PV כך שהמערך הסולארי יכול לספק את ההספק הגבוה ביותר הזמין בתנאי אור שמש וטמפרטורה משתנים.

האם מהפך משאבה סולארית יכול להשתמש בחשמל ברשת?

דגמים מסוימים תומכים גם בכניסת DC סולארית וגם בכניסת AC תואמת. זה מאפשר לרשת או לגנרטור לשמש כמקור גיבוי כאשר האנרגיה הסולארית אינה מספקת.

מתח ה-AC, הפאזה, התדר ושיטת ההחלפה חייבים להתאים לתצורת המהפך.

האם מהפך משאבה סולארית יכול להפעיל משאבה טבולה?

כן, ממירי משאבות סולאריות רבים מיועדים למשאבות טבולות תואמות. המהפך חייב להתאים למתח המנוע, הפאזה, הזרם, ההספק, אורך הכבל ודרישות ההתנעה.

כיצד אוכל להתאים מהפך למשאבה סולארית?

התחל עם זרימת המים, הראש הדינמי הכולל, דירוג מנוע המשאבה, זרם נקוב, מתח מערך PV, הספק מערך PV ונפח המים היומי הנדרש.

יש לבחור את המהפך בהתאם למערכת השאיבה המלאה ולא לפי כוח המנוע בלבד.

מה קורה כשאור השמש נחלש?

המהפך עשוי להפחית את מהירות המשאבה, להיכנס למצב שינה או לעצור את המשאבה אם כוח ה-PV הזמין מתחת לסף ההפעלה.

אם הדגם תומך בגיבוי AC, הוא עשוי לעבור למקור AC תואם בהתאם לעדיפות המוגדרת.

מַסְקָנָה

מהפך למשאבה סולארית ממיר אנרגיה סולארית משתנה לתפוקת AC מבוקר עבור מנועי משאבת מים. פונקציית MPPT שלו עוקבת אחר הספק PV זמין, בעוד שבקרת תדר משתנה מתאימה את מהירות המשאבה בהתאם לדרישת אור השמש ומים.

גורמי הבחירה החשובים ביותר הם זרימת מים, ראש כולל, מאפייני מנוע, עיצוב מערך PV, מתח כניסה ויציאה, פונקציות הגנה, אורך כבל ודרישות גיבוי.

בהתאמה נכונה למשאבה ולמערכת המים, מהפך משאבה סולארית יכול לתמוך בפעולה אוטומטית, להפחית את התלות בחשמל ברשת, להגן על המנוע ולהפוך את אספקת המים המופעלת באמצעות שמש למעשית יותר עבור חקלאות, אתרים מרוחקים ויישומים אחרים.

זקוק לעזרה בבחירת מהפך למשאבה סולארית?

שתף את דירוג מנוע המשאבה שלך, זרימה נדרשת, ראש כולל, מידע על מערך PV ותנאי הפעלה עם צוות IFIND. אנו יכולים לעזור להעריך תצורה מתאימה של מהפך משאבת שמש לפרויקט שלך.

דון ביישום מהפך משאבת השמש שלך