پمپ آب خورشیدی

 پمپ های خورشيدی

آب يكي از مهمترين منابعي است كه زندگي انسان به آن وابسته است. آب حاصل از درياچه ها، بركه ها، رودخانه ها و چاه ها جهت مصارفي همچون كشاورزي، دامداري، صنعت و مصارف عمومي همواره يكي از معظلات موجود بر سر راه توسعه جوامع انساني به خصوص جوامع روستايي بوده است. در بسياري از مناطقف آب در سفره هاي زير زميني وجود داشته و خارج سازي آن توسط دست يا تلمبه هاي دستي و يا توسط موتورهاي ديزلي كه از سوخت هاي فسيلي استفاده مي كنند صورت مي گيرد. در مناطق كويري يا كوهستاني كه مشكلات برق رساني وجود دارد و نيز آب در عمق نسبتا زيادي از سطح زمين قرار دارد خارج سازي آب به روش هاي فوق امكان پذير نيست. در اين مناطق استفاده از پمپ هاي خورشيدي مي تواند مزاياي فراواني داشته باشد.

 

 
در پمپ هاي خورشيدي تعداد اجزا متحرك كم است. لذا به مراقبت و تعميرات خيلي كمتري نياز دارد و همچنين بازدهي آنها مناسب است.آساني كار با پمپ هاي خورشيدي،سرعت بالاي يادگيري كار با آنها و حمل و نقل آسان انها از مزاياي بزرگ اين چنين پمپ ها است كه باعث مي شود كار با آنها در مناطق دور افتاده مورد توجه قرار گيرد. همچنين باعث حفظ منابع سوختي كشور و راه حلي براي مساله معضل جايگزيني انرژي است و غالبا زمان نياز به آب با زمان تابش خورشيد هماهنگي دارد لذا استفاده از آنها
مي تواند به خوبي پاسخگوي نيازها باشد هرچند  با استفاده از مخازن ذخيره سازي آب مشكل آب قابل دسترسي در شب را نيز مي توان برطرف نمود.

افزايش روز افزون قابليت و عملكرد اين پمپ ها و كاهش مداوم قيمت سلولهاي خورشيدي، مبين آن است كه پمپ هاي خورشيدي به سرعت براي بسياري از كاربردها جنبه اقتصادي پيدا مي كنند.

ارائه پمپ هاي خورشيدي جايگزيني پاك و مناسب نسبت به پمپ هاي ديزلي براي تامين آب مورد نياز براي مصارف گوناگون مي باشد.

از دهه ي 90 ميلادي پمپ هاي خورشيدي توسعه يافته و به بلوغ فني رسيدند. اين پمپ ها با موفقيت آزمايش و در نقاط مختلف جهان مورد استفاده قرار گرفته اند.

به رغم هزينه ي اوليه بالاي پمپ هاي خورشيدي استفاده از اين پمپ ها مقرون به صرفه تر از پمپ هاي ديزلي مي باشد. البته نتيجه اين سرمايه گذاري عموما بعد از يك پروسه 3 الي 5 ساله قابل توجيه مي باشد.

سيستم هاي آبي  خورشيدي ثابت كرده اند كه راه حل مناسبي براي مناطق دور از شبكه برق مي باشند. زيرا انرژي مورد نياز براي راه اندازي پمپ هاي خورشيدي با استفاده از يك سري پنل هاي خورشيدي در طول روز توليد مي شود.

مكانيزم استفاده از پمپ هاي خورشيدي عموما به گونه اي است كه در طول روز و تا زماني كه خورشيد در دسترس باشد از انرژي ان براي تامين انرژي مورد نياز براي استفاده از پمپ بهره مي بريم و آب را در مخازن براي استفاده در مواقع ديگر ذخيره مي كنيم. به طور ميانگين 8 ساعت زمان پمپاژ آب در طول روز است كه با توجه به فصول قابل تغيير است.

البته مي توانيم با طراحي و تعبيه باتري از انرژي خورشيدي براي راه اندازي پمپ هاي آب در شب نيز
بهره مند شويم اما اين كار از لحاظ اقتصادي براي پمپ هاي خورشيدي مقرون به صرفه نيست.

به طور كلي پمپ هاي خورشيدي از 3 جزء اصلي تشكيل شده است. شامل:

·        پنل هاي خورشيدي

·        كنترل كننده

·        بدنه اصلي

پمپ هاي آب عموما به دو دسته AC و DC تقسيم مي شوند. از آنجايي كه پنل هاي خورشيدي جريان DC توليد مي كند به نظر مي رسد پمپ هاي DC باعث كاهش تجهيزات مورد نياز و صرفه جويي بيشتر در انرژي مي شود.

از نظر اقتصادي موتورهاي AC بسيار ارزانتر از موتورهاي DC هستند، اما تبديل كننده DC به AC نسبتا گران قيمت است.

ضرورت استفاده از پمپ هاي خورشيدي

پمپ هاي خورشيدي داراي مزايايي نسبت به پمپ هاي ديگر مي باشد كه در زير به چند مورد از آنها اشاره مي كنيم :

·        استفاده از پمپ هاي خورشيدي  در مناطقي كه از شبكه انتقال برق فاصله زیادی دارند.

·        عدم اطمينان از آينده قيمت برق (افزايش تعرفه برق با برداشتن يارانه ها)

·        عدم استفاده از منابع سوخت هاي فسيلي

·        افزايش هزينه ي سوخت هاي فسيلي مانند گازوئيل و بنزين

·        عدم نياز به متخصص و كارشناسان خبره براي راه اندازي و استفاده از پمپ هاي خورشيدي

·        با توجه به محدود بودن اجزاي سيستم، پمپ هاي خورشيدي به مراقبت و تعميرات كمتري در قياس با پمپ هاي ديزلي نياز دارند.

·        با توجه به پاك بودن منابع انرژي تجديد پذير هيچ آسيبي به محيط زيست وارد نمي شود.

·        عدم نياز به اجراي شبكه kv 20 جهت تامين برق پمب

·        و مهمترين دليلي كه مي توان استفاده از پنل هاي خورشيدي و اصولا پمپ هاي خورشيدي را توجيه كرد اين است كه زمان استفاده از چاه هاي آب شرب به عبارتي بهره برداري از چاه ها از فصل بهار افزايش يافته و تا ابتداي پاييز به طول مي انجامد كه اين دوره زماني بيشترين ساعات تابش آفتاب در مقايسه با فصول ديگر وجود دارد ودر اين فصول نيزمي توان از انرژي خورشيدي حداكثر استفاده را برد.

به طور كلي پمپ هاي خورشيدي پمپ هايي هستند كه در آنها انرژي خورشيدي به وسيله پانل هاي خورشيدي (قطعه مستطيل شكل از سلول هاي خورشيدي) به انرژي الكتريسيته تبديل مي شود و اين انرژي در راه اندازي پمپ آبي مورد استفاده قرار مي گيرد.

مراحل اجراي انجام طرح

1-    مطالعه اقليمي

 در اين قسمت، هدف برآور ميزان انرژي مصرفي با توجه به آب مورد نياز منطقه است. از اين طريق مي توان طرح پمپ فتوولتائي را به گونه اي ارايه نمود كه كارآيي بهينه اقتصادي داشته باشد و به نصب آن پرداخت.

قدم اول، تشخيص نقاط مستعد براي به كار گيري چنين پمپ هايي است. در اين قسمت نقاط مستعد از نظر انرژي خورشيدي وآب مورد نياز مورد بحث است.

الف) انرژي خورشيدي

خارج از اتمسفر زمين توان انرژي خورشيدي برابر W/m2 1353 است. بيشترين انرژي خورشيدي بر روي سطح آب هاي آزاد برابر W/m2 1000 است. اين ميزان بسته به عوامل مختلفي مانند موقعيت جغرافيايي مختلف تغيير مي كند.

انرژي خورشيدي در ايران به طور متوسط در يك روز بين 5/4 تا Kwh/m2 0/6 مي باشد. دانستن ميزان انرژي خورشيدي در منطقه مورد نظر از آن جهت قابل اهميت است كه بعد از مشخص شدن نياز آبي منطقه، مي توان ميزان انرژي مصرفي براي تهيه اين آب را محاسبه كرده و از آنجا با توجه به توان خورشيدي منطقه، ظرفيت پانل هاي خورشيدي مشخص مي گردد. در مورد انرژي خورشيدي، ميزان تابش رسيده به سطح زمين و همچنين بررسي تعداد روزهاي آفتابي و يا نيمه آفتابي مورد اهميت است. هرچند اين پمپ ها حتي در روزهاي تمام ابري نيز مي توانند به كار خود ادامه دهند.

ميانگين سالانه تابش خورشيدي كل بر روي سطح شيبدار برابر ميزان تابش روزانه براي هر منطقه را
مي توان از ايستگاه هاي هواشناسي تهيه كرد.

ب) آب مورد نياز

در اين قسمت با مشخص شدن آب مورد نياز انرژي مصرفي مورد نياز  برآورده مي شود.

اين انرژي بدين صورت محاسبه مي شود كه ميزان حجم آب مورد نياز به متر مكعب را كه با V نمايش
مي دهيم در ارتفاع پمپاژ شده توسط پمپ نمايش مي دهيم ضرب شده، مقدار h*v را برحسب توان چهارم متر، فاكتور انرژي مي ناميم. حال فاكتور انرژي را بر عدد 367 تقسيم مي كنيم بدين ترتيب انرژي هيدروليك مورد نياز بر حسب kwh به دست مي آيد.

بنابراين اگر E انرژي هيدروليك مورد نياز باشد داريم :

آب مورد نياز بسته به موارد استفاده آن متفاوت است. به عنوان اولين مثال آب جهت مصارف عمومي مانند شرب، پخت و پز و بهداشت را مورد بررسي قرار مي دهيم.

طبق استانداردهاي جهاني براي يك روستاي 500 نفره حداقل آب مورد نياز در حدود20مترمكعب در روز است. چنانچه اين حجم آب در روز 20 متر بالا كشيده شود، انرژي هيدروليكي kwh 1/1 در روز مورد نياز مي باشد. حال بايد ديد مدت زمان مفيد پمپاژ چه مقدار است. اين قسمت از مطالعه انرژي خورشيدي در قسمت الف  به دست مي آيد و مشخص مي شود نصب چنين پمپ هايي در منطقه مورد نظر امكان پذير يا مقرون به صرفه است يا خير؟

2-   اجزاي تشكيل دهنده پمپ هاي خورشيدي :

به طور كلي پمپ ها از سه قسمت:

·        پنل هاي خورشيدي

·        كنترل كننده

·        پمپ آبي

تشكيل شده اند. پمپ هاي قابل استفاده به دو دسته پمپ هاي DC و پمپ هاي AC تقسيم مي شوند. از آنجا كه پنل هاي خورشيدي آنها جريان DC توليد مي كند به نظر مي رسد پمپ هاي DC باعث كاهش تجهيزات مورد نياز و صرفه جويي بيشتر در انرژي مي شود ما از آنجا كه توانايي اين چنين پمپ هايي در مقايسه با پمپ هاي AC پايين بوده، در مواردي  كه توان بالا براي پمپاژ آب مورد نياز باشد ( بيش از
W 250) از موتور پمپ هاي AC استفاده مي كنند، بنابر اين كنترل كننده بايد شامل يك تبديل كننده جريان DC به AC نيز باشد.

از نظر اقتصادي نيز موتور پمپ هاي AC بسيار ارزانتر از موتور هاي DC هستند اما تبديل كننده DC به AC نسبتا گران قيمت است. در هر صورت بسته به فاكتورهاي انرژي (حجم آب مورد نياز در ارتفاع مورد نظر) بايد پمپ مورد استفاده مشخص شود. اصولا شركت هاي سازنده اينگونه پمپ ها نمودارهايي را ارائه
مي كنند كه مصرف كننده مي تواند با توجه به فاكتور انرژي و با توجه به توان تابشي منطقه ميزان توان ماكزيمم مورد نياز آب پمپ را مشخص كند و به وسيله مشخص شدن اين توان ماكزيمم تعداد پنل هاي خورشيدي مورد نياز را برآورد كند.

مقايسه اقتصادي پمپ هاي خورشيدي  با ديگر پمپ ها

بررسي آماری سالهای اخير نشان مي دهد كه با بالا رفتن تكنولوژي استفاده از اينگونه پمپ ها و پنل هاي خورشيدي مربوط به آن، در اين سال ها به صورت نمائي بالا رفته است. اين مطلب اهميت اقتصادي اين گونه پمپ ها را در تجارت جهان مشخص مي كند. در هر صورت پمپ هاي خورشيدي  را مي توان از نظر اقتصادي براي مصرف كننده با پمپ هاي ديزلي و بادي مقايسه كرد.

طبق برآورد بانك جهاني چنانچه فاكتور انرژي از m4800 (براي مثال m340در روز تا ارتفاع m20) بيشتر باشد پمپ هاي خورشيدي  از نظر اقتصادي جوابگوي اين نياز نخواهد بود.

براي تصميم درباره اين امر كه آيا پمپ خورشيدي اقتصادي تر است يا پمپ ديزل، همه چيز به اين پرسش بستگي دارد كه:

 شما چقدر براي هر ليتر آب پمپ شده مي پردازيد؟

اين مفهوم توسط هزينه آب واحد (UWC) بيان مي شود. يعني هزينه حجم مشخصي از آب كه فرد بايد بفروشد تا هزينه خريداري، هزينه نگهداري و هزينه تعميرات در طول دوره فعاليت را جبران كند. هزينه خريداري، نصب و نگهداري يك پمپ بايد توسط آب پمپ شده جبران شود.

در جدولي كه در ادامه مي آيد UWC را براي پمپ هاي خورشيدي  و ديزلي براي انواع مصارف روزانه به همراه نرخ استخراج روزانه نشان مي دهد. مشخص است كه پمپ هاي ديزل هزينه بالايي دارند، مثلا با نرخ استخراج روزانه كم تا متوسط بازده پاييني دارند. پمپ هاي خورشيدي در مقايسه 70 تا 90 درصد ارزانتر از پمپ هاي ديزل هستند.

همه محاسبات بر اساس 3/1 دلار به ازاي هر ليتر گازوئيل انجام شده است.