Ηλιακές αντλίες νερού

Πηγή: solarmagazine

Οι μηχανικές αντλίες έχουν πολλές χρήσεις στις μέρες μας. Είναι κοινά στην άντληση νερού από πηγάδια, φιλτράρισμα ενυδρείων, φιλτράρισμα λιμνών και αερισμό. Όσον αφορά τις αντλίες νερού, η κύρια χρήση αυτής της συσκευής είναι η ανταλλαγή υγρών όπως το νερό.

Από τη γεωργία έως την ενεργειακή βιομηχανία, οι αντλίες βρίσκονται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η κύρια αρχή λειτουργίας μιας αντλίας νερού εξαρτάται βασικά από την αρχή της θετικής μετατόπισης και την κινητική ενέργεια που βοηθά στην ώθηση του νερού.

Οι ηλιακές αντλίες νερού είναι μια σχετικά νέα ιδέα στη μηχανική. Ένα ηλιακό σύστημα αντλίας νερού παρατηρείται συνήθως σε οικιακές και εμπορικές χρήσεις, καθώς και για άρδευση γεωργικής γης.Μέσω ηλιακών συλλεκτών, η αντλία μπορεί να εξαλείψει το κόστος ενέργειας και να παρέχει μια πιο εφικτή επιλογή που χρησιμοποιεί ενέργεια από τον ήλιο (και όχι μηχανισμούς καύσης καυσίμου) για την άντληση νερού.

Εισαγωγή άρδευσης με ηλιακή ενέργεια για φτωχές και απομακρυσμένες περιοχές

Σε περιόδους που είναι ολόκληρος ο κόσμοςμετάβαση σε ηλιακό, η χρήση της ηλιακής ενέργειας στα συστήματα άντλησης νερού μπορεί να βοηθήσει σημαντικά και να επιταχύνει την ανάπτυξη της γεωργίας στις αφρικανικές χώρες και σε πολλές άλλες φτωχές απομακρυσμένες περιοχές. Αυτή η ιδέα είναι γνωστή ως άρδευση με ηλιακή ενέργεια και χρησιμοποιείται σε πολλές περιοχές σήμερα.

Η αλήθεια είναι ότι η ηλιακή ενέργεια μπορεί να είναι ο ευκολότερος τρόπος για την παραγωγή ενέργειας από τους αγρότες, ειδικά για όσους ζουν εκτός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας με κακή υποδομή γύρω από τα σπίτια τους. Επομένως, η χρήση ηλιακών αντλιών νερού στη γεωργία γίνεται όλο και πιο δημοφιλής. Η έννοια της ηλιακής άρδευσης αντιπροσωπεύει έναν ενάρετο κύκλο - όταν ο ήλιος λάμπει, τροφοδοτεί το σύστημα άρδευσης και τροφοδοτεί τις καλλιέργειες που εξαρτώνται από το νερό σε ηλιόλουστες καιρικές συνθήκες. Επομένως, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας ακριβώς τη στιγμή που απαιτείται περισσότερο.

Η ηλιακή άρδευση είναι μια ιδέα που λειτουργεί μέσω ηλιακών αντλιών νερού. Παρακάτω, τα περιγράφουμε λεπτομερώς.

Τι είναι η ηλιακή αντλία νερού και ποιοι είναι οι πιο δημοφιλείς τύποι

Όπως συζητήσαμε προηγουμένως, οι ηλιακές αντλίες παρουσιάζουν καθαρές, απλές και ενεργειακά αποδοτικές εναλλακτικές λύσεις παραδοσιακών ηλεκτρικών και καυσίμων αντλιών. Αποτελούν μέρος μιας φιλικής προς το περιβάλλον προσέγγισης στη γεωργία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκμετάλλευση κάθε περιοχής, είτε είναι ανεπτυγμένη είτε φτωχή.

Λόγω του τεράστιου δυναμικού τους για παραγωγική χρήση και τη γεωργική παραγωγικότητα, οι ηλιακές αντλίες νερού τροφοδοτούν όλο και περισσότερα γεωργικά έργα. Γνωρίζοντας ότιΤο 40% του παγκόσμιου πληθυσμού βασίζεται στη γεωργία ως κύρια πηγή εισοδήματος, η πρόσβαση στο νερό παραμένει ένας συνεχής αγώνας για πολλούς ανθρώπους.Αυτό είναι που η Solar στοχεύει να αλλάξει και να εισαγάγει ένα οικονομικά αποδοτικό μέλλον για περίπου 500 εκατομμύρια αγρότες μικρής κλίμακας σε όλο τον κόσμο.

Τα κύρια συστατικά ενός συστήματος ηλιακής άντλησης περιλαμβάνουν σειρά φωτοβολταϊκών (PV), μια ηλεκτρική αντλία μοτέρ. Τα ηλιακά συστήματα άντλησης νερού, από την άλλη πλευρά, ταξινομούνται ως συστήματα συνεχούς ρεύματος (DC) ή εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) με βάση την ικανότητα του κινητήρα τους. Πρόσφατα, παρουσιάστηκε η ιδέα των κινητήρων DC χωρίς ψήκτρες (BLDC) για εφαρμογές ηλιακής άντλησης νερού.

Ταξινόμηση και τύποι ηλιακών αντλιών

Όταν πρόκειται για αυτόνομα συστήματα ηλιακής άντλησης, το κύριοοι τύποι περιλαμβάνουνπεριστροφικές αντλίες και θετικές μετατοπίσεις. Οι φυγοκεντρικές αντλίες είναι η κοινή επιλογή περιστροφής και είναι σχεδιασμένες για εφαρμογές σταθερής κεφαλής. Η παραγωγή τους αυξάνεται ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής τους.

Επιπλέον, οι αντλίες ταξινομούνται επίσης ως υποβρύχιες και επιφανειακές αντλίες, με βάση την τοποθέτησή τους (υποβρύχια και πάνω από την ίσαλο γραμμή).

Συνολικά, η κύρια πτυχή που σχετίζεται με την αποδοτικότητα μιας ηλιακής αντλίας νερού βασίζεται σε τρεις μεταβλητές, συμπεριλαμβανομένης της πίεσης, της ροής και της εισόδου μέχρι την αντλία. Η αποδοτικότητα καλωδίων προς νερό είναι η κοινώς χρησιμοποιούμενη μέτρηση που καθορίζει τη συνολική απόδοση μιας ηλιακής αντλίας νερού (ως ο λόγος μεταξύ της υδραυλικής ενέργειας που βγαίνει από το σωλήνα και της ενέργειας που έρχεται μέσω των ηλεκτρικών καλωδίων μέσω ηλιακών συλλεκτών).

Γιατί οι ηλιακές αντλίες νερού είναι ο ιδανικός τρόπος για την ενίσχυση της γεωργίας σε απομακρυσμένες περιοχές (και την Αφρική)

Μια ηλιακή αντλία νερού είναι μια έννοια φιλική προς το περιβάλλον. Το πιο σημαντικό είναι ότι είναι μια ιδέα που απαλλάσσει τυχόν ηλεκτρικά δίκτυα ή ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται για την άντληση νερού από το έδαφος. Παρακάτω, παραθέτουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης τους.

Πλεονεκτήματα των ηλιακών αντλιών νερού

Το πρώτο πλεονέκτημα των ηλιακών αντλιών είναι ότι είναι αξιόπιστα σε περιφερειακές και απομακρυσμένες περιοχές. Ένα τέλειο παράδειγμα αυτού είναι η Αφρική, η οποία είναι μια από τις φτωχότερες απομακρυσμένες περιοχές του κόσμου με αφθονία νερού - αλλά και η πιο κυρίαρχη περιοχή όταν πρόκειται για τις περισσότερες μέρες του ήλιου του έτους. Από την άλλη πλευρά, η Αφρική θεωρείται ότι κατέχει9% των πόρων γλυκού νερού στον κόσμοπου μεταφράζεται σε περίπου 4.000 km3of νερό ανά έτος. Η ανάπτυξη ηλιακών αντλιών νερού στην Αφρική είναι, επομένως, η τέλεια εναλλακτική λύση σε οποιαδήποτε άλλη πηγή που βασίζεται σε καύσιμα - και μια εναλλακτική λύση που μπορεί να τονώσει τη ζωή σε κάθε μέρος αυτής της ηπείρου.

Εύκολη μεταφορά και μετεγκατάσταση, ηλιακές αντλίες νερού μπορούν να οργανωθούν σύμφωνα με τις ανάγκες του αγροκτήματος και έχουν εξαιρετικά χαμηλό λειτουργικό κόστος. Και τα δύο είναι σημαντικά πλεονεκτήματα, σε συνδυασμό με τη μακροπρόθεσμη αποδοτικότητα κόστους τους, δείχνουν ότι ένα ηλιακό σύστημα άντλησης νερού είναι η τέλεια λύση για περιοχές με ηλιόλουστες μέρες και άφθονο νερό.

Σημαντικά μειονεκτήματα

Το κύριο μειονέκτημα της ανάπτυξης μιας αντλίας άρδευσης με ηλιακή ενέργεια για τη γεωργία είναι το κόστος της (αρχική επένδυση). Παρόλο που εξαρτάται από την ισχύ της συγκεκριμένης αντλίας, μία ηλιακή αντλία 120 Watt που υπόσχεται να παράγει 2.100 γαλόνια νερού την ημέρα μπορεί να βρεθεί σε διαδικτυακές αγορές από περίπου 235 δολάρια ΗΠΑ. Ένα ολόκληρο σύστημα για μια ηλιακή αντλία άρδευσης που βασίζεται σε μία αντλία μπορεί επίσης να βρεθεί για περίπου 498 $. Άλλοι ιστότοποι όπως το eBay, οι τιμές για κιτ όπως αυτές είναι σχετικά ίδιες.

Προφανώς, υπάρχει μια σημαντική διαφορά μεταξύ της ανάπτυξης μιας ηλιακής αντλίας νερού για το σπίτι σας και μιας για ένα γεωργικό έργο. Με διαφορετικούς τύπους, μεγέθη και ανάγκες έρχονται διαφορετικά κόστη. Υπάρχουν φθηνότερα και πιο ακριβά μοντέλα, αλλά το μέσο κόστος των ηλιακών αντλιών νερού είναι γενικά υψηλό, δεδομένου ότι πολλά από αυτά πρέπει να αναπτυχθούν για αποτελεσματική άρδευση. Συνολικά, σε σύγκριση με το κόστος των ορυκτών καυσίμων και άλλων τύπων ενέργειας, η ηλιακή ενέργεια εξακολουθεί να είναι νικητής μακροπρόθεσμα.

Εκτός από αυτό, η ηλιακή ενέργεια στη γεωργία εξαρτάται επίσης πολύ από τον καιρό. Παρόλο που η ηλιακή ενέργεια μπορεί ακόμα να συλλεχθεί κατά τη διάρκεια συννεφιασμένων και βροχερών ημερών, η απόδοση ενός ηλιακού συστήματος μειώνεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ηλιακά συστήματα άρδευσης χρησιμοποιούνται καλύτερα σε περιοχές με πολύ ηλιακό φως.

Οι ηλιακές αντλίες νερού αξίζουν την επένδυση

Ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να σημειωθεί όσον αφορά τις ηλιακές αντλίες και τα συστήματα άρδευσης είναι το γεγονός ότι το κόστος τους έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια.Σύμφωνα μενέα έρευνα από τον Διεθνή Οργανισμό Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA), θα υπάρξει μείωση κόστους 59% για την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ηλιακή φωτοβολταϊκή ενέργεια έως το 2025 σε σύγκριση με τις τιμές του 2015.

Ως εκ τούτου, η οικονομική βιωσιμότητα αυτών των συστημάτων ποικίλλει για διαφορετικές περιοχές και περιοχές, κυρίως ανάλογα με τις συνθήκες του τόπου, τις καλλιέργειες και τις αγορές.Ένα γράφημααπό την Παγκόσμια Τράπεζα δείχνει ότι το 1997, η μέση τιμή της χρήσης ηλιακής ενέργειας ανά watt ήταν 76 $. Το 2015, αυτή η τιμή ήταν 0,3 $ που δείχνει σαφώς τη μείωση των τιμών. Τώρα, ένα ηλιακό πάνελ έχει μέση διάρκεια ζωής 25 ετών και σε σύγκριση με την άντληση ντίζελ, δεν διαθέτει καύσιμο και παρουσιάζει λιγότερη λειτουργία και συντήρηση. Το μόνο μειονέκτημα είναι το αρχικό κόστος που είναι περίπου δύο φορές υψηλότερο σε σύγκριση με τα συστήματα άντλησης νερού ντίζελ.

Η τιμή είναι επίσης ένας βασικός διαφοροποιητής όσον αφορά την απόδοση της επένδυσης (ROI). Η βασική πτυχή που καθορίζει την οικονομική βιωσιμότητα (ο παράγοντας που σχετίζεται με την αξία των ηλιακών αντλιών νερού ως επένδυση) είναι ο τρόπος με τον οποίο τα ηλιακά συστήματα συγκρίνονται με άλλες μορφές ενέργειας.

Σε γενικές γραμμές, οι αντλίες ντίζελ έχουν χαμηλό αρχικό κόστος επένδυσης, αλλά συνδέονται επίσης με υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης, για να μην αναφέρουμε τις αρνητικές επιπτώσεις τους στο περιβάλλον και την οικολογία. Σε αντίθεση με αυτό, ένα ηλιακό σύστημα άντλησης νερού έχει υψηλότερο επενδυτικό κόστος αλλά χαμηλότερο κόστος συντήρησης και λειτουργίας.

Έτσι, η βασική απομάκρυνση της ερώτησης «αξίζει τον κόπο» είναι η ακόλουθη…

Εάν βρίσκεστε σε μια περιοχή με άφθονο ήλιο και πολλά υπόγεια νερά, συνιστάται σίγουρα ένα σύστημα άντλησης ηλιακού νερού. Παρά το αρχικό κόστος εγκατάστασης, το χαμηλότερο κόστος συντήρησης και η υψηλότερη διάρκεια ζωής θα σας δώσουν ένα σε λειτουργία σύστημα σε λειτουργία χωρίς χρόνο, καθαρό νερό και πολλά οφέλη μακροπρόθεσμα.

Πώς να αγοράσετε μια αποτελεσματική ηλιακή αντλία νερού

Όπως αναφέραμε παραπάνω, το επενδυτικό κόστος που σχετίζεται με την αγορά ηλιακών αντλιών νερού μειώνεται τα τελευταία χρόνια. Ωστόσο, οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση μιας ηλιακής αντλίας νερού είναι πολυάριθμοι και περιλαμβάνουν:

Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες, μπορούμε να πούμε ότι η ηλιακή άντληση νερού μπορεί να προσφέρει σημαντικά περιβαλλοντικά και κοινωνικοοικονομικά οφέλη σε αγροκτήματα και σε εθνικό επίπεδο. Σε επίπεδο αγροκτήματος, η τεχνολογία μπορεί να παρουσιάσει μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας σε απομακρυσμένες περιοχές - και ιδίως σε περιοχές που δεν είναι συνδεδεμένες με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας ή δεν διαθέτουν τακτική παροχή υγρών καυσίμων. Σε εθνικό επίπεδο, η ηλιακή άντληση νερού μπορεί να συμβάλει στη σταθεροποίηση, την αύξηση και τη διαφοροποίηση της γεωργικής παραγωγής, η οποία αποτελεί τη βάση των οικονομιών των περισσότερων αφρικανικών χωρών.

Εξ ορισμού, ένα αποτελεσματικό σύστημα άντλησης νερού με ηλιακή ενέργεια είναι ένα σύστημα που δέχεται άφθονο φως του ήλιου και εγκαθίσταται ειδικά στις ανάγκες του αγροκτήματος.

Σε έναν κόσμο όπου υπάρχει μια τρέχουσα ενεργειακή κρίση,υπάρχει μια ισχυρή κίνησηπρος ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Παρά το κόστος που είναι σχετικά υψηλότερο, η πραγματική απόδοση των ηλιακών συστημάτων φαίνεται στη χρήση τους με την πάροδο των ετών. Ως επιλογή ανανεώσιμης ενέργειας, η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας είναι πολύτιμη επιλογή.

Το επίκεντρο της ανάπτυξης της ηλιακής άντλησης νερού προφανώς καθορίζεται στη Νότια Αφρική και σε περιοχές με κακή οικονομική ανάπτυξη, αλλά άφθονο φως του ήλιου. Σε συνδυασμό με τις σωστές περιβαλλοντικές συνθήκες, τη σωστή ποσότητα φωτοβολταϊκών πλαισίων και ελεγκτών και τη σωστή εγκατάσταση εγκατάστασης ενεργειακών αποθηκών, μετατροπέων, μετατροπέων, αντλιών και κινητήρων - το ηλιακό σύστημα άντλησης νερού μπορεί να προσφέρει μια φάρμα και ένα έθνος με πολλά οφέλη.

Το συμπέρασμα

Εάν σκέφτεστε ή εξετάζετε τις εφαρμογές της ηλιακής ενέργειας για τη γεωργία, τα οφέλη είναι πολλά. Με την ικανότητα άντλησης νερού για άρδευση σε ξηρό και ηλιόλουστο καιρό σε περιοχές που το χρειάζονται περισσότερο, πάνελ σαν αυτά μπορούν εύκολα να εγκατασταθούν και επιτρέπουν στις αντλίες να λειτουργούν σε πηγάδια πολύ χαμηλών αποδόσεων, προσφέροντας μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και άφθονη ενέργεια στο μακροπρόθεσμα.