Сколько ватт потребляет скважинный насос? Полное руководство по системам водяных насосов, работающих на солнечной энергии

Большинство насосов для бытовых скважин используют от 750 Вт и 2200 Вт во время нормальной работы с струйными насосами для мелких скважин на нижнем конце и погружными насосами для глубоких скважин для домов и небольших ферм на верхнем уровне. Насос для мелких скважин мощностью в четверть лошадиной силы обычно потребляет от 750 до 1000 Вт, в то время как погружной насос для глубоких скважин в одну лошадиную силу может потреблять от 1500 до 2200 Вт, а более крупные сельскохозяйственные насосы или насосы высокой производительности мощностью три лошадиные силы могут превышать 3000 Вт. Знание этого показателя мощности является самым важным шагом перед определением размера водяной насос на солнечной энергии системы, потому что недостаточный размер солнечной батареи или аккумулятора является наиболее распространенной причиной того, что насосные системы, работающие вне сети, не могут подавать достаточное количество воды.

По данным Министерства энергетики США, перекачка воды является одним из наиболее распространенных и экономически эффективных ранних применений малой солнечной энергии в сельской местности и вне сети, поскольку насосы имеют предсказуемую, измеримую нагрузку, с которой солнечные батареи могут быть сопоставлены с разумной точностью. В этом руководстве подробно описано, сколько энергии потребляют различные скважинные насосы, как преобразовать эту цифру в требования к солнечной панели и батарее, а также как избежать ошибок при выборе размеров, из-за которых скважина пересыхает в пасмурные дни.

Мощность скважинного насоса по типу и мощности

Мощность напрямую зависит от мощности и глубины насоса, а это означает, что более глубокая скважина или более высокий расход всегда требуют больше электроэнергии. В таблице ниже приведены типичные рабочие и пусковые мощности для обычных бытовых и легких сельскохозяйственных колодезных насосов, поскольку пусковая мощность, также называемая импульсной мощностью, может на короткое время резко увеличиться в два-три раза по сравнению с рабочей мощностью при первом включении двигателя.

Типичные диапазоны рабочей и пусковой мощности для бытовых, сельскохозяйственных и солнечных скважинных насосов постоянного тока основаны на стандартных паспортных характеристиках двигателя.

Обратите внимание на последнюю строку таблицы выше: специально построенный солнечные водяные насосы постоянного тока потребляют значительно меньше мощности и практически не имеют пускового скачка по сравнению со стандартными насосами переменного тока, поэтому во многих автономных установках используются насосы постоянного тока, специально разработанные для солнечной энергии, а не преобразователи обычного скважинного насоса переменного тока.

Почему стартовая мощность имеет большее значение, чем рабочая мощность для определения размеров солнечной батареи

Начальная мощность, а не рабочая мощность, определяет минимальную емкость инвертора и батареи, необходимую для скважинного насоса, работающего на солнечной энергии. Обычным асинхронным двигателям переменного тока, используемым в струйных и погружных насосах, требуется кратковременный импульс, в два-три раза превышающий их рабочую мощность, чтобы преодолеть начальное сопротивление двигателя и крыльчатки насоса. Если солнечный инвертор рассчитан только на рабочую мощность, двигатель насоса не запустится, сработает защита инвертора от перегрузки или будет неоднократно останавливаться, что является одной из наиболее частых жалоб, о которых сообщается на форумах по установке автономных насосов и в тематических исследованиях сельской электрификации.

Анализ небольших солнечных насосных систем в сельской местности, проведенный Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, показал, что инверторы и контроллеры недостаточного размера, а не солнечные панели недостаточного размера, были среди основных причин раннего отказа системы в солнечных насосных установках первого поколения. Вот почему профессиональные разработчики солнечных насосов постоянно рекомендуют инверторы, рассчитанные как минимум на пусковую мощность насоса, с запасом безопасности в размере дополнительных 20 процентов.

Как рассчитать ежедневное потребление энергии в ватт-часах

Ежедневное потребление энергии рассчитывается путем умножения рабочей мощности насоса на количество часов, в течение которых он работает каждый день, и выражается в ватт-часах. Эта цифра, а не только мгновенная мощность, определяет, сколько солнечных панелей и сколько аккумуляторов действительно необходимо системе.

1. Определите рабочую мощность насоса по его паспортной табличке или справочной таблице выше.
2. Оцените ежедневное время работы насоса в часах, которое обычно рассчитывается путем деления расхода воды в домашнем хозяйстве на расход насоса.
3. Умножьте рабочие ватты на ежедневное время работы, чтобы получить ежедневные ватт-часы.
4. Разделите дневные ватт-часы на ожидаемые часы пиковой солнечной активности для места установки, чтобы оценить необходимую мощность солнечной батареи.
5. Добавьте запас по потерям в системе от 20 до 30 процентов, чтобы учесть неэффективность инвертора, проводки и батареи.

Например, погружной насос мощностью 1500 Вт, работающий 2 часа в день, ежедневно потребляет 3000 Вт-часов. В месте с 5 часами пиковой солнечной активности разделение 3000 ватт-часов на 5 часов дает 600 ватт мощности солнечной панели, необходимой без учета потерь в системе. Если добавить 25-процентный запас по потерям, то практическая потребность в панели составит примерно 750 Вт.

Скважинные насосы переменного тока и солнечные водяные насосы постоянного тока

Солнечные водяные насосы постоянного тока, как правило, более энергоэффективны и их легче получать напрямую от солнечных батарей, в то время как колодезные насосы переменного тока более широко доступны и часто уже установлены в существующих домах. Выбор между преобразованием существующего насоса переменного тока на солнечную энергию или установкой специально построенного солнечного насоса постоянного тока во многом зависит от того, является ли скважина новой установкой или существующей.

Сравнение преобразования существующего скважинного насоса переменного тока на солнечную энергию с установкой специально построенного солнечного водяного насоса постоянного тока.

Солнечные насосные системы без батареи и с резервной батареей

Многие солнечные водяные насосы постоянного тока могут работать без батареи, перекачивая воду в приподнятый резервуар для хранения, когда светит солнце, что устраняет необходимость в дорогостоящих аккумуляторных батареях. Этот подход, часто называемый прямой солнечной откачкой или солнечной откачкой, распространен в сельскохозяйственных и животноводческих приложениях, где вода может храниться гравитационным, а не электрическим способом.

Системы с батарейным питанием, напротив, хранят солнечную энергию химически, поэтому насос может работать ночью, в пасмурные дни или во время пиковой нагрузки в доме независимо от текущего солнечного света. Компромисс прост:

• Системы без батарей имеют более низкие первоначальные затраты, требуют меньше обслуживания и не требуют цикла замены батарей.
• Системы с батарейным питанием обеспечивают доступ к воде по требованию в любой час, независимо от погоды.
• Резервуар для хранения воды часто может заменить аккумуляторную батарею за небольшую часть стоимости единицы запасенной емкости.
• Для систем с батарейным питанием требуется контроллер заряда соответствующего размера, чтобы предотвратить перезарядку или глубокий разряд.

Пример из реальной жизни: определение размеров солнечной системы для погружного скважинного насоса мощностью 1 л.с.

Типичный погружной насос для глубоких скважин мощностью 1800 Вт и работающий два часа в день требует примерно от 900 до 1100 Вт мощности солнечной панели в большинстве регионов с умеренным солнечным светом. Работаем над расчетом:

1. Рабочая мощность: 1800 Вт.
2. Ежедневное время работы: 2 часа
3. Ежедневное потребление энергии: 1800, умноженное на 2, равно 3600 ватт-часам.
4. Предполагаемая продолжительность солнечного пика: 4,5 часа, что типично для многих регионов с умеренным климатом, согласно данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии о солнечных ресурсах.
5. Базовая потребность в солнечной энергии: 3600 разделить на 4,5 равно 800 Вт.
6. При 25-процентном запасе системных потерь: примерно 1000 Вт солнечных панелей.
7. Выбор инвертора, основанный на стартовой мощности от 3500 до 4500 Вт плюс 20-процентный запас, предполагает мощность инвертора около 5000–5400 Вт при использовании насоса переменного тока.

Этот пример иллюстрирует, почему выбор инвертора, основанный на пусковых ваттах, а не размер солнечной панели, основанный на рабочих ваттах, часто является более дорогой и часто недооцененной частью бюджета насоса для солнечных скважин.

Факторы, повышающие требования к мощности скважинных насосов

Глубина скважины, трение в трубе и требуемая скорость потока — все это приводит к тому, что фактическая потребляемая мощность превышает базовую номинальную мощность, указанную на паспортной табличке. Несколько переменных обычно увеличивают реальную потребляемую мощность скважинного насоса сверх заявленной рабочей мощности:

• Общий динамический напор, то есть совокупный вертикальный подъем и давление, необходимые для перемещения воды от уровня грунтовых вод к месту использования.
• Глубина скважины, поскольку более глубокие скважины требуют больше работы на перекачанный галлон.
• Диаметр и длина трубы, где узкие или длинные участки труб создают потери на трение, которые увеличивают нагрузку на двигатель.
• Желаемый расход в галлонах в минуту, поскольку более высокий расход требует пропорционально большей мощности.
• Падение напряжения из-за длинного провода, проходящего между источником питания и насосом, может заставить двигатель потреблять больший ток для компенсации.

Распространенные ошибки при выборе водяного насоса на солнечной энергии

Большинство проблем с низкой производительностью солнечных насосов связаны с несколькими предсказуемыми ошибками в выборе размеров, а не с отказом оборудования.

• Выбор инвертора для рабочих ватт вместо более высокого значения стартовой мощности.
• Игнорирование общего динамического напора и определение размеров только для требований горизонтального потока.
• Недооценка сезонных изменений пиковых солнечных часов, особенно в зимние месяцы.
• Выбор емкости аккумулятора без учета нескольких пасмурных дней подряд
• Использование проводов меньшего размера, что приводит к падению напряжения на больших расстояниях между панелями и насосом.
• Отсутствие контроллера заряда, соответствующего как массиву панелей, так и химическому составу батареи.

Часто задаваемые вопросы

Сколько ватт в среднем потребляет скважинный насос?

Большинство насосов для бытовых скважин используют от 750 and 2,200 running watts, with the exact figure depending on horsepower, well depth, and pump type.

Может ли водяной насос на солнечной энергии управлять скважинным насосом без батарей?

Да, солнечные насосы постоянного тока могут работать без батареи, перекачивая воду в резервуар для хранения в светлое время суток, хотя насосы переменного тока обычно требуют резервного аккумулятора для надежного запуска импульсного напряжения.

Сколько солнечных панелей необходимо для работы скважинного насоса?

Типичный скважинный насос от половины лошадиной силы до одной лошадиной силы требует примерно от 600 до 1200 Вт мощности солнечной панели, в зависимости от ежедневного времени работы и местных пиковых солнечных часов.

Почему моему насосу нужен инвертор гораздо большей мощности, чем предполагает его рабочая мощность?

Двигателям скважинных насосов требуется пусковой импульс, в два-три раза превышающий их рабочую мощность, чтобы преодолеть начальное механическое сопротивление, поэтому преобразователь должен быть рассчитан на более высокий стартовый показатель.

Является ли солнечный насос постоянного тока более эффективным, чем насос переменного тока, работающий от инвертора?

Да, солнечные насосы постоянного тока позволяют избежать потерь при преобразовании инвертора и обычно работают более эффективно на ватт солнечной энергии, чем насос переменного тока, работающий через инвертор.

Влияет ли глубина скважины на то, сколько ватт потребляет насос?

Да, более глубокие скважины увеличивают общий динамический напор, что увеличивает объем работы, который двигатель должен выполнить на галлон, и увеличивает реальную потребляемую мощность выше номинальной, указанной на паспортной табличке.

Какой объем аккумулятора требуется насосной системе солнечной скважины?

Размер батареи должен охватывать как минимум один-три дня типичного использования энергии насоса с учетом пасмурной погоды, рассчитываемый путем умножения ежедневных ватт-часов на желаемое количество дней резервного питания.

Может ли одна солнечная панель управлять небольшим колодезным насосом?

Одна стандартная панель редко обеспечивает достаточную мощность для полноразмерного скважинного насоса, поскольку даже небольшим погружным насосам обычно требуется несколько сотен ватт солнечной энергии вместе с контроллером подходящего размера.

Заключительные мысли

Понимание того, сколько ватт потребляет скважинный насос, является основой любого успешного проекта. водяной насос на солнечной энергии проекта, поскольку каждое последующее решение, от количества панелей до номинала инвертора и емкости аккумулятора, зависит от точной отправной точки. Рабочие ватты определяют ежедневное потребление энергии, а стартовые ватты определяют пиковую мощность, которую система должна обеспечить в одно мгновение, и путаница этих двух показателей является наиболее распространенной причиной недостаточной производительности автономных насосных систем. Рассчитывая фактическую ежедневную потребность в ватт-часах, учитывая общий динамический напор и глубину скважины, а также выбирая между конструкциями без батареи и с питанием от батареи на основе реальных моделей использования, домовладельцы и владельцы небольших ферм могут построить солнечную насосную систему правильного размера с первого раза, а не обнаруживать недостаток после установки.