태양광 발전 DC 워터 펌프를 설계하는 방법은 무엇입니까?

태양광 발전 DC 워터 펌프 설계 가이드

태양광 DC 모터 펌프의 일반적인 설계

설계할 수 있는 가장 단순한 유형의 PV 시스템은 아래 그림 1과 같이 단일 또는 여러 PV 모듈을 DC 부하에 직접 연결하는 것입니다.

모듈의 전체 용량은 햇볕이 잘 드는 시간에만 전원을 공급할 수 있는 정도입니다. 모듈의 최대 전력점을 하루 종일 충전 컨트롤러로 추적하여 모듈을 최대한 활용하도록 특별히 배치하지 않았습니다.

이러한 시스템은 일조 시간의 변화로 인해 모듈의 전력 출력이 변경되고 야간에 에너지 수요를 공급하기 위한 백업 배터리 배치가 이루어지지 않기 때문에 규제되지 않는 시스템입니다. 작업. 이러한 시스템은 DC 모터 워터 펌프를 사용하여 물을 펌핑하는 것과 같은 가정용 애플리케이션에 더 적합합니다.

설명한 바와 같이 이러한 시스템은 특히 관개 분야에서 물을 펌핑하는 데 사용할 수 있습니다. 밤에 물이 필요한 경우 배터리에 저장된 에너지를 사용하여 밤에 물을 펌핑할 수 있습니다. 하지만 배터리는 햇빛이 잘 드는 낮 시간에만 충전할 수 있다는 것을 알고 있습니다.

그러면 사용 가능한 태양 에너지를 활용하여 햇볕이 잘 드는 시간에 바로 물을 펌핑할 수 있다면 배터리를 충전해야 하는 이유는 무엇입니까? 반면에 우리는 배터리가 저렴하지 않고 비용을 추가하는 충전 컨트롤러와 같은 전력 전자 회로도 필요하다는 것을 알고 있습니다. 따라서 햇볕이 잘 드는 시간에 즉시 이용 가능한 태양 에너지를 활용하여 물을 펌핑함으로써 이 독립형 애플리케이션에서 배터리 및 충전 컨트롤러에 필요한 비용과 공간을 없앨 수 있습니다.

이러한 시스템의 설계는 PV 모듈의 전력 및 전압 정격을 DC 펌프 모터의 정격과 일치시켜야 하므로 모듈이 태양열을 수신할 때 매우 간단합니다. 방사선 펌프는 물을 끌어 탱크에 저장합니다. 이러한 시스템은 시중에서 구할 수 있는 다양한 정격 전력의 AC 모터용으로 설계할 수도 있습니다.

그러나 AC 모터 펌프는 모터를 구동하기 위해 PV 모듈에서 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위해 인버터(DC – AC) 회로가 필요합니다. 또한 인버터 전원 정격은 AC 모터 및 PV 모듈의 정격과 적절하게 일치해야 합니다.

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태양광 DC 워터 펌프의 요구 사항

이제 물 펌핑용 시스템 설계를 시작하기 전에 이러한 독립형 시스템 설계와 밀접하게 관련된 몇 가지 용어를 이해하는 것이 중요합니다.

일일 물 요구량(m³ /일):물 요구량은 매일, 매월, 계절에 따라 다를 수 있습니다. 하루에 필요한 물의 양은 시스템의 비용과 크기를 결정합니다. 따라서 물 요구 사항이 주간 또는 월간 평균보다 매일 변하는 경우 설계 계산에 사용할 수 있습니다. 그러나 시스템이 정규 수요를 충족할 수 있는 것보다 피크 물 수요를 충족할 수 있다면 최대 물 요구 사항을 고려해야 합니다.
총 동적 수두(TDH)(미터):이것은 펌핑 시스템 설계에 가장 중요한 매개변수입니다. 워터 펌프가 작동해야 하는 유효 압력이며 미터 단위로 측정됩니다. 여기에는 두 개의 하위 매개변수가 있습니다. 첫 번째는 총 수직 리프트이고 다른 하나는 총 마찰 손실입니다. 이제 전체 수직 리프트는 아래 그림 3에 표시된 세 가지 매개변수의 합계입니다. 고도, 서 있는 수위 및 드로다운.

고도는 지표면과 물이 배출되는 높이 사이의 지점 간의 차이를 측정한 것입니다.
정상 수위는 우물 안의 수위와 지표면의 수위 차이입니다.
드로다운은 물을 끌어올려서 수위가 떨어지는 높이를 측정한 것입니다.

마찰 손실(미터):워터 펌프 출구와 물 출구 사이에 존재하는 파이프의 마찰을 극복하는 데 필요한 압력입니다. TDH(Total Dynamic Head) 값을 얻기 위해 총 수직 높이에 추가되며 미터 단위로 측정됩니다. 파이프의 크기, 피팅의 유형, 파이프에 존재하는 공기, 굴곡의 수, 유속 등과 같은 마찰 손실의 원인에는 여러 요인이 기여합니다. 배수 지점이 근사치보다 우물에 가까울 경우 마찰 손실 값이 계산에 사용됩니다. 예를 들어, 배출 지점이 유정으로부터 10m 이내에 있는 경우 전체 수직 양력의 5%를 마찰 손실로 취합니다.

태양광 DC 워터 펌프 설계 단계

위의 모든 매개변수는 태양광 PV 모듈을 사용한 물 펌프 시스템 설계에 매우 유용합니다. 이제 이러한 매개변수와 다양한 단계가 이러한 독립형 시스템을 설계하는 데 어떻게 유용할 수 있는지 살펴보겠습니다. 시스템 설계는 다음과 같이 5단계로 수행할 수 있습니다.

1단계: (m³ 단위로 일일 물 요구량을 결정합니다. /일)
2단계: 물을 펌핑하는 데 필요한 총 동적 수두(TDH)를 계산합니다.
3단계: 물을 펌핑하는 데 하루에 필요한 총 수력 에너지(와트시/일)를 계산합니다.
4단계: 현장에서 사용할 수 있는 일사량을 계산합니다.
5단계: 필요한 PV 모듈의 크기와 수, 모터 정격, 효율 및 손실을 계산합니다.

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태양광 DC 워터 펌프 설계의 예 및 계산

이를 이해하기 위해 50m³ 이 필요한 디자인 예를 들어보겠습니다. 20m 깊이에서 하루에 물. 그것은 각각 10m, 10m 및 4m의 고도, 정상 수위 및 감소를 가지고 있습니다.

물의 밀도는 2000kg/m³ 입니다. 중력 가속도(g)는 9.8m/s² 입니다. . 태양광 모듈의 최대 전력 정격은 36W_P입니다. , 모듈이 정격 피크 전력 용량에서 작동하지 않으므로 작동 계수는 0.75입니다. 펌프 효율은 약 40%이고 모듈이 최대 PowerPoint에서 작동하지 않기 때문에 불일치 요인은 0.85입니다.

충전 컨트롤러와 함께 MPPT를 사용하는 경우 불일치 계수를 1로 간주해야 하지만 이 경우 불일치 계수는 PV를 직접 연결하므로 0.85입니다. 모듈을 DC 펌프 모터에 연결합니다.

1단계: (m³ 단위로 일일 물 요구량을 결정합니다. /일)

일일 물 요구량 =50m³ /일

2단계: 물을 펌핑하는 데 필요한 총 동적 수두(TDH)를 계산합니다.

총 수직 리프트 =고도 + 서 있는 수위 + 감소

총 수직 리프트 =10m + 10m + 4m =24m

마찰 손실 =총 수직 양력의 5% =24 × 0.05 =1.2m

총 동적 헤드(TDH) =총 수직 리프트 + 마찰 손실

총 동적 헤드(TDH) =24m + 1.2m =25.2m

3단계: 물을 펌핑하는 데 하루에 필요한 총 수력 에너지(와트시/일)를 계산합니다.

필요 유압 에너지 =질량 × g × TDH

수력 에너지 필요 =밀도 × 부피 × g × TDH

수력 에너지 필요 =2000kg/m³ × 50m³ /일 × 9.8m/s² × 25.2m =6860Wh/일

4단계: 현장에서 사용할 수 있는 일사량을 계산합니다.

현장에서 사용할 수 있는 일사량(하루 최대 일조 시간 수) =6h/day(1000W/m² 동급)

피크 태양 시간은 계산을 단순화하기 때문에 가장 일반적으로 사용됩니다. "평균 일조 시간"과 혼동하지 마십시오. 및 '피크 일조 시간' 기상 관측소에서 수집할 것입니다. "평균 일조 시간"은 일조 시간을 나타내며 "피크 일조 시간"은 실제 받은 에너지 양(KWh/m² )입니다. /일.

5단계: 필요한 PV 모듈의 크기와 수, 모터 정격, 효율 및 손실을 계산합니다.

PV 패널의 총 전력량 =총 수력 에너지 / 하루 최대 일조 시간 수

PV 패널의 총 전력량 =6860 / 6 =1143.33W

시스템 손실을 고려한 PV 패널의 총 전력량 =PV 패널의 총 전력량 / (펌프 효율 × 불일치 계수)

시스템 손실을 고려한 PV 패널의 총 전력량 =1143.33 / (0.40 × 0.85) =3362.73W

PV 모듈의 작동 계수를 고려한 PV 패널의 총 전력량 =시스템 손실을 고려한 PV 패널의 총 전력량 / 작동 계수

PV 모듈의 작동 계수를 고려한 PV 패널의 총 전력량 =3362.73 / 0.75 =4483.64W

아니요. 36W_P의 PV 패널 필요 =PV 모듈의 동작 계수를 고려한 PV 패널의 총 전력량 / 36

아니요. 36W_P의 PV 패널 필요 =4483.64 / 36 =124.54 =(125 원형 숫자)

DC 모터의 정격 전력 =PV 모듈의 작동 계수를 고려한 PV 패널의 총 전력량 / 746W(즉, 1hp) =6.0102hp 모터 =(7hp 원형 숫자 )

패널의 직렬 및 병렬 배열은 모듈과 DC 모터의 정격 전압 및 전류를 기준으로 할 수 있습니다. 이러한 시스템은 또한 AC 모터용 MPPT 회로 및 인버터로 설계할 수 있지만 시스템을 설계할 때 효율성과 정격 전력을 고려하는 것이 중요합니다.