Team SBSolarbetriebene Wasserpumpen zur Bewässerung werden immer beliebter, da die landwirtschaftliche Tätigkeit weitgehend in ländlichen Gebieten und abseits der Hauptstromnetze stattfindet. Während einzelne Verbraucher alternative Energiequellen benötigen, um ihre Stromrechnung und ihren ökologischen Fußabdruck zu reduzieren, sind die Bedürfnisse der Landwirtschaft noch kritischer. Lassen Sie uns über die Vorteile von Solarwasserpumpen im Allgemeinen und ihre besondere Wirksamkeit in der Landwirtschaft sprechen.
Die Entwicklung des Agrarsektors ist von immenser Bedeutung für die Weltwirtschaft. Forschungsstudien zeigen, dass dieser Sektor ab 2018 im Durchschnitt für 4 % des BIP verantwortlich war sein Beitrag stieg in einigen Entwicklungsländern auf 25 %. Daher ist es wichtig, dass landwirtschaftliche Aktivitäten nicht durch den Klimawandel gefährdet werden.
Der Einsatz von Wasserpumpen in der landwirtschaftlichen Bewässerung
Wasser in der Landwirtschaft
Ohne Wasser gibt es keine landwirtschaftliche Bewässerung. Regenfeldbau ist pro bewirtschafteter Fläche nur halb so produktiv wie Bewässerungslandwirtschaft. Daher ermöglicht die Bewässerungslandwirtschaft eine bessere Diversifizierung der Feldfrüchte sowie eine höhere Produktion.
Bevölkerungsexplosion, Klimawandel und Urbanisierung sind jedoch zu einer Bedrohung für die reichliche Verfügbarkeit von Wasser geworden, wodurch die landwirtschaftliche Entwicklung beeinträchtigt wird. Da der Wasserverbrauch in der Landwirtschaft so hoch ist, arbeiten Wissenschaftler an neuen Technologien und Techniken, um diesen Verbrauch zu reduzieren. Mit neuen Technologien könnten schätzungsweise 20-40 % dieses Wassers in den nächsten Jahrzehnten in andere Sektoren umgeleitet werden.
Diese Umleitung oder Neuzuweisung kann auf zwei Arten erfolgen. Das Wasser kann physisch bewegt werden, indem die Frischwasser- und Grundwasserressourcen städtischen Gebieten und der industriellen Nutzung zugewiesen werden. Wasser kann auch virtuell bewegt werden, indem wasserintensive Lebensmittel und Dienstleistungen produziert werden, die sich normalerweise in Gebieten mit reichlich Wasserversorgung befinden und Gebieten mit Wasserknappheit zugewiesen werden können.
Daher ist es wichtig, dass die Ableitung von Wasser aus der Landwirtschaft mit einer effizienten Wassernutzung einhergeht. Ähnlich, effiziente Wassernutzung und richtige Wasserversorgungssysteme muss in der Landwirtschaft praktiziert werden. Solarbetriebene Tauchwasserpumpen werden eine Schlüsselrolle bei der Erreichung dieser Ziele spielen.
Was sind fossil betriebene Wasserpumpen?
Wasserpumpen brauchen Strom, um das Wasser in die Rohre zu pumpen, um die Felder zu bewässern. So ist es im Fall des Heimgebrauchs. Es gibt viele Arten von Wasserpumpen, die fossile Brennstoffe verwenden – Kreiselpumpen, Tiefbrunnenturbinenpumpen, Tauchpumpen und Propellerpumpen. Jedes Bewässerungssystem benötigt die Wasserpumpe, um basierend auf der Verfügbarkeit der Wasserquelle und der Wasserverteilung sowie dem verwendeten Bewässerungssystem effizient zu arbeiten. Diese Pumpen werden von einem Elektromotor angetrieben. Die Wartung der Pumpe zeigt an, wie viel elektrische Energie verbraucht wird. Herkömmliche strombetriebene Pumpen werden im Allgemeinen mit fossilen Brennstoffen betrieben, da sie ausreichend Strom erhalten müssen, um das Wasser zu fördern.
Der Nachteil der Verwendung von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Wasserpumpen besteht darin, dass sie ihren Strom aus fossilen Brennstoffen beziehen und dadurch die Umweltbelastung erhöhen. Zu den fossilen Brennstoffen gehören Kohle, Öl und Erdgas. Einundachtzig Prozent der Energie in den Vereinigten Staaten stammen aus diesen drei Ressourcen. Sie werden für Heizung, Transport, Produktion und Strom verwendet. Dies sind jedoch keine erneuerbaren Ressourcen, und die Auswirkungen auf unsere Umwelt sind für einige Menschen weiterhin kritisch. Der gefrorene Windpark in Texas im Jahr 2021 hat vielen Menschen gezeigt, dass es unklug ist, sich nur auf eine Energiequelle zu verlassen.
Nachteile von fossil betriebenen Wasserpumpen
- Treibhausgasemissionen: Fossile Brennstoffe verursachen bekanntermaßen hohe Treibhausgasemissionen und stellen daher eine Bedrohung für das menschliche Leben dar. Studien zeigen, dass Öl, Erdgas und Kohle höhere Todesraten und höhere Treibhausgasemissionen verursachen.
- Auswirkungen auf die Wirtschaft: Fossile Brennstoffe erhöhen die Luftverschmutzung. Die direkten und indirekten Kosten der Luftverschmutzung sind auf 3.3 % des globalen BIP gestiegen. Die Kosten für den einzelnen Verbraucher sind ebenfalls hoch. Während die Preise für fossile Brennstoffe niedrig erscheinen mögen, sind die versteckten Kosten der Umweltzerstörung hoch.
Solare Wasserpumpen hingegen, die auf Solarenergie als Energiequelle angewiesen sind, können eine effektive Lösung für die Zukunft sein. Bisher waren Solarwasserpumpen in abgelegenen Gebieten nützlich, die nicht vom Netz sind und wo die Kosten für den Betrieb des herkömmlichen Wechselstroms zu hoch sind. In diesen Gebieten waren Solarwasserpumpen nützlich, um Wasser für Bewässerungszwecke zu pumpen.
Was ist ein Solarwasserpumpensystem?
Der erschwingliche und einfache Zugang zu Wasserquellen ist in vielen Regionen, in denen die Landwirtschaft eine dominierende Rolle spielt, eingeschränkt. Die Menschen, die in diesen Gebieten leben, haben entweder die Möglichkeit, ein entferntes Stromnetz zu nutzen oder kraftstoffbetriebene Pumpen zu verwenden und das Wasser aus einer nahe gelegenen Wasserquelle zu beziehen. Die Nutzung eines entfernten Stromnetzes kann sich aufgrund der Notwendigkeit von Stromleitungen und Stromrechnungen als teuer erweisen. Gleiches gilt für benzin- und dieselbetriebene Wasserpumpen mit ihrem Bedarf an regelmäßiger Betankung und Wartung.
Das Solar-Wasserpumpen-Kit kann in dieser Situation eine ideale Alternative sein, da Solarenergie eine erneuerbare Energiequelle ist und absolut umweltfreundlich ist. Eine Solarwasserpumpe braucht auch Strom, der aber von Photovoltaik (PV)-Paneelen bereitgestellt wird. Das bedeutet, dass das Pumpsystem über ein Solarpanel-Array verfügt und den Elektromotor mit Strom versorgt, sodass dieser die Wasserpumpe antreiben kann.
Solarbetriebene Wasserpumpen zur Bewässerung können abgelegene Gebiete mit Wasser versorgen die vom Stromnetz getrennt sind. Eine Solarwasserpumpe kann ein eigenständiges System sein, abhängig von den PV-Modulen, die tagsüber mit Strom versorgt werden.
Was sind die Komponenten eines Solarwasserpumpensystems?
Die Hauptkomponenten eines solarbetriebenen Tauchwasserpumpensystems sind die Solar-PV-Anlage, die Pumpensteuerung und die Pumpe.
Solar-PV-Array
Die Photovoltaikmodule bilden die Stromquelle. Das Solarpanel wird in Watt Leistung gemessen, die es produziert. Daher hängt die Installation eines Solarmoduls von der Energiemenge ab, die Sie zum Pumpen von Wasser benötigen. Solarmodule sind mit 20 % mehr Watt als nötig besser dran, da sie zusätzliche Stromverstärker überflüssig machen. Die Solaranlage besteht aus Solarzellen und die Menge an Strom, die sie produzieren können, hängt von der Größe der Paneele, der Anzahl der Paneele und ab die Materialien von Solarzellen.
Wasserpumpe
Eine Wasserpumpe ist ein Gerät, das die Energie des Solarpanels nutzt, um das Wasser zu bewegen. Es entnimmt das Wasser aus der Quelle und verteilt es wo nötig. Einige Pumpen arbeiten besser, wenn sie Solarenergie nutzen. Pumpen, die weniger Strom verbrauchen, werden normalerweise bevorzugt. Verdrängerpumpen werden gewählt, wenn die Wasserquelle ein Tiefbrunnen ist. In solchen Fällen bewegt die Pumpe eine festgelegte Menge Wasser und proportional zu der Menge an Strom, die sie erhalten.
Wasserpumpen arbeiten am besten, wenn sie eine Kombination aus Druck und Wasserfluss für eine bestimmte Leistungsaufnahme erzeugen. Solarwasserpumpen werden nach der Stromspannung bewertet, die sie von der Stromquelle benötigen. Beispielsweise würde eine große Pumpe mit 48 Volt mehr Strom benötigen und mehr Wasser pumpen. Einige Wasserpumpen würden auch Schwimmerventile, Schalter und Filter benötigen.
Pumpensteuerung
Ein Pumpenregler ist ein Gerät, das zwischen der Wasserpumpe und dem Solarpanel installiert wird. Dadurch kann die Wasserpumpe normal eingeschaltet werden, wenn weniger Licht vorhanden ist. Es gibt zwei Funktionen für den Controller. Einer davon ist, dass es die in den PV-Modulen verfügbare Eingangsleistung mit der von der Pumpe empfangenen Ausgangsleistung abgleicht. Die zweite Funktion ist der Schutz vor Spannungsschwankungen. Die Steuerung sorgt dafür, dass das System abgeschaltet wird, wenn die Spannung entweder zu niedrig oder zu hoch ist, um sicherzustellen, dass die Wasserpumpe in gutem Zustand bleibt.
Andere Komponenten
- Tanklagerung: Die Speicherkapazität des Tanks sollte idealerweise ausreichen, um bei durchschnittlichem Wasserverbrauch fünf bis zehn Tage Wasser zu liefern. Die Lagerung sowie der Verbrauch hängen meist vom Klima und der Nutzung ab. Aber ein wenig zusätzliches Wasser im Tank zu haben, ermöglicht eine unerwartete Steigerung der Nutzung. Die Speicherverrohrung des Tanks sollte so funktionieren, dass eine Reserve vorhanden ist; Daher muss der Auslasspunkt etwas höher als der Boden sein.
- Batteriespeicher: Die Batterien speichern den tagsüber von den Solarmodulen gelieferten Strom und sorgen dafür, dass die Wasserpumpe auch bei wenig oder gar keinem Sonnenlicht funktionieren kann. Der Akku hält die Leistung auch bei schwankender Stromversorgung stabil.
- Laderegler: Der Solarladeregler dient zum Laden der Batterie oder zum Betreiben einer DC-Versorgung.
- Verdrahtung: Die Verkabelung ist für ein Solarwasserpumpensystem unerlässlich und verbindet die Sonnenkollektoren mit der Wasserpumpe. Ein Anschlusskasten kann verwendet werden, um die Verdrahtung sicher zu machen.
- Leistungsschalter: Leistungsschalter können installiert werden, um die Wasserpumpe manuell ein- oder auszuschalten, wenn die Wasserpumpe repariert oder gewartet werden muss.
- Rohre: Solarwasserpumpensysteme benötigen entsprechend dem erforderlichen Ausgangsdruck entsprechend dimensionierte Rohre. Rohre können aus Kunststoff, Stahl oder Kupfer sein.
Die Klassifizierung von solarbetriebenen Wasserpumpen
Die verschiedenen Arten von Wasserpumpen sind Solar-Tauchwasserpumpen und Solar-Oberflächenwasserpumpen.
Solarbetriebene Tauchwasserpumpen
Typischerweise hat eine Tauchwasserpumpe eine zylindrische Form und ist in das Brunnengehäuse eingepasst. Eine Unterwasser-Solarwasserpumpe ist ideal, wenn die Wasserquelle tief ist, wie im Fall eines Brunnens. Sie werden direkt vom Solarpanel und der Batterie betrieben. Die Pumpe läuft tagsüber und das Wasser wird im Vorratstank gespeichert, um bei Bedarf verwendet zu werden. Tauchpumpen hängen von der Tiefe der Wasserquelle und der benötigten Wassermenge ab.
In den meisten Fällen müssen die Brunnen nicht über den Rand des Grundwasserspiegels hinaus gebohrt werden. Für den landwirtschaftlichen Bedarf können die Brunnen im Vergleich zu einem tieferen Brunnen flacher sein, wenn der Bedarf für den häuslichen Wassergebrauch besteht. Die tauchfähige Solarwasserpumpe muss auch an der Energiemenge gemessen werden, die sie liefern kann, um das Wasser vertikal zu drücken.
Solaroberflächenwasserpumpen
Solare Oberflächenwasserpumpen werden bevorzugt, wenn die Wasserquelle flach ist, wie z. B. ein Teich, See oder Brunnen, die Wasser innerhalb von XNUMX m von der Oberfläche haben. Der Vorteil einer Oberflächenwasserpumpe besteht darin, dass sie Wasser über eine größere Entfernung drücken kann. Der Nachteil besteht darin, dass Wasser möglicherweise nicht vertikal gedrückt werden kann, wie dies bei der Tauchwasserpumpe der Fall ist. Solaroberflächenpumpen sind billiger als Tauchpumpen.
Verstehen Sie die Vor- und Nachteile von solarbetriebenen Wasserpumpen
Solare Wasserpumpen versus mit fossilen Brennstoffen betriebene Wasserpumpen
Fossile Brennstoffe als Energiequelle für Wasserpumpensysteme waren der traditionelle Ansatz, bei dem nicht erneuerbare Ressourcen wie Öl, Gas und Kohle verwendet wurden. Diese Verschmutzungsquellen sind zunehmend zu einer Bedrohung für das Wohlergehen der Gesellschaft und der Umwelt geworden. Sie sind in Bezug auf die Stromrechnungen teurer.
Die Kosten für mit fossilen Brennstoffen betriebene Wasserpumpen variieren auch in Abhängigkeit von der Entfernung zum Stromnetz und den Komponenten, die zum Anschluss des Wasserpumpensystems an das Stromnetz erforderlich sind. Mit fossilen Brennstoffen betriebene Wasserpumpen verursachen mehr Lärm sowie Luftverschmutzung und erfordern wahrscheinlich einen hohen Wartungsaufwand. Sie halten nicht lange und müssten Teile oder das gesamte Wasserpumpensystem ersetzen.
Solarbetriebene Wasserpumpen hingegen sind umweltfreundlich, da sie Solarenergie nutzen, die eine erneuerbare Energiequelle ist. Sie sind eigenständige Systeme und erfordern weniger Wartung. Sie haben eine lange Lebensdauer und die durchschnittlichen Nutzungskosten sind gering. Die folgende Tabelle zeigt die grundlegenden Vor- und Nachteile von solarbetriebenen Pumpen und fossil befeuerten Wasserpumpen.
Faktoren, die bei der Auswahl einer Solarwasserpumpe zu berücksichtigen sind
Eine Pumpe hilft dabei, die Energie des Wassers vertikal oder horizontal zu wasserbedürftigen Regionen zu erhöhen. Solarwasserpumpen sind langfristig kostengünstig und umweltfreundlich. Bei der Auswahl einer solarbetriebenen Wasserpumpe für die Bewässerung sind viele Faktoren zu berücksichtigen.
Gewünschte Durchflussrate
Die Förderleistung ist die Zeit, die eine Wasserpumpe benötigt, um die erforderliche Wassermenge zu fördern, die in Gallonen pro Minute gemessen wird. Abhängig davon, wo Sie die Solarpumpe installieren müssen und von der Entfernung von der Wasserquelle, können Sie eine wählen, die mehr als 650 Gallonen Wasser pro Minute pumpen kann. Für den Hausgebrauch sollte eine Solarpumpe ausreichen, die etwa 55 Gallonen Wasser pro Minute pumpen kann.
Größe des Einlasses
Im Allgemeinen haben Pumpen eine Einlassgröße zwischen XNUMX und XNUMX Zoll. Je größer das Einlassventil ist, desto größer ist die Wassermenge, die abgepumpt werden kann.
Kopf und Druck
Förderhöhe bedeutet in diesem Fall die Wassermenge, die vertikal über die längste Strecke gepumpt werden kann. Dies wirkt sich auf die Durchflussrate aus, denn wenn Sie mit der Pumpe Wasser aus einem tiefen Brunnen ansaugen müssen, in dem sich die Wasserquelle unter 60 Metern befindet, und Ihre Pumpe eine maximale Förderhöhe von 60 Metern hat, ist die Durchflussrate langsam oder sogar gleich Null. Daher muss die von Ihnen gewählte Solarpumpe eine maximale Förderhöhe haben, die höher ist als die Höhe, in der das Wasser fließen muss.
Gesamte dynamische Förderhöhe (TDH)
Bei einer bestimmten Größe der Solaranlage und der dynamischen Gesamtförderhöhe (TDH) können Wasserpumpen anhand der Anzahl von Gallonen pro Minute gemessen werden, die sie liefern können. Die Anzahl der pro Tag benötigten Gallonen ist ein entscheidender Faktor für die Größe der Solarwasserpumpe.
Vor dem Entwurf eines Wasserpumpsystems ist es wichtig, den TDH zu bestimmen. TDH hat drei Komponenten: Druckhöhe, Höhenhöhe und Reibungshöhenverlust.
- Druckkopf: Bezieht sich auf den Wasserdruck, der am Ausgang des Rohrs verfügbar ist. Es kann entweder ein offenes Rohr oder ein Schlauch sein, der in den Wasservorratsbehälter reicht. In einigen Fällen wird die Druckhöhe möglicherweise nicht angezeigt und kann auf Null gesetzt werden. In anderen, die eine bestimmte Druckhöhe angeben, kann sie am Auslass in PSI mit dem Druck einer Wassersäule multipliziert werden, der 2.31 ft/psi beträgt. Wenn beispielsweise der Ausgangs-PSI-Wert 20 beträgt, wird er mit 2.31 multipliziert, was zu 46.2 Fuß TDH führt.
- Höhenkopf: Es ist die Entfernung zwischen der Wasserquelle und der Höhe des gepumpten Wassers, um den Wasserspeicher zu erreichen. Es ist die vertikale Entfernung, wenn es der Schwerkraft trotzt, um den Tank zu erreichen.
- Reibungsverlust: Um die TDH zu berechnen, ist es wichtig, die Reibungsverluste zu berechnen. Sobald die Länge des Rohrs bestimmt ist, durch das das Wasser fließen muss, einschließlich der Rohrabschnitte in verschiedenen Winkeln, der Größe des Rohrs, des Rohrmaterials, der Durchflussrate und der Anzahl der Ventile, wird es einfach, die zu berechnen Betrag des Reibungsdruckverlusts in ft des gegebenen Drucks.
Die Gesamt-TDH wird berechnet, indem die aus den Berechnungen der Druckhöhe, der Höhenhöhe und des Reibungsverlusts abgeleiteten Zahlen addiert werden, d. h.
Druckhöhe (ft) + Höhenhöhe (ft) + Reibungsverlust (ft)
Andere zu berücksichtigende Faktoren sind Ihr Wasserbedarf. Wenn Sie nachts oder an bewölkten oder regnerischen Tagen Wasser benötigen, benötigen Sie möglicherweise einen Druckverstärker, um den erforderlichen Wasserdruck zu erzeugen. In solchen Fällen benötigen Sie möglicherweise auch eine Batterie, um den Solarstrom zu speichern, damit weiterhin Wasser verfügbar ist.
Was kostet eine Solarwasserpumpe? Lohnt sich die Investition?
Die Kosten eines solarbetriebenen Wasserpumpensystems hängen von den Parametern (Durchflussrate, TDH usw.) der Pumpe, der Größe der erforderlichen Solar-PV-Anlage und anderen Komponenten ab, die wir in das System integrieren möchten.
Die Preisspanne von Solarwasserpumpen kann zwischen 2,000 und 5,000 US-Dollar für das Solarpanel-Array und das Solarwasserpumpen-Kit liegen. Es enthält eine Pumpe. Es hilft zu verstehen, in welcher Beziehung die Wasserleistung zu den Kosten steht. Es gibt auch verschiedene Modelle, die sich in der Höhe der Leistung und basierend auf der Anzahl der Solarmodule unterscheiden.
Die oben genannten Kosten sind nur ungefähr und es gibt auch teurere Optionen auf dem Markt. Die Kosten für eine solarbetriebene Wasserpumpe hängen auch von der Quelle des Wassers ab. Oberflächenwasserpumpen sind billiger, da sie weniger Energie benötigen, um Wasser aus der Quelle zu ziehen, als im Fall der Wasserentnahme aus einem Teich oder See. Solarbetriebene Wasserpumpen zur Bewässerung sind ein solches Beispiel. Solarbetriebene Tauchwasserpumpen werden teurer, da das Wasser wie bei Tiefbrunnen aus größerer Tiefe gefördert werden muss.
Solarwasserpumpen dienen mehreren Zwecken
Solare Wasserpumpen sind wettbewerbsfähig, da sie keine Verlängerungen von Stromleitungen erfordern, um das Stromnetz zu erreichen. Mit einer Lebensdauer von über zwanzig Jahren haben solare Wasserpumpensysteme einen Vorteil gegenüber fossil befeuerten Wasserpumpen. Solarbetriebene Wasserpumpen sind außerdem energieeffizient und eignen sich für Regionen, die entweder zu weit vom Stromnetz entfernt oder zu teuer für den Anschluss sind.
Einige der besten Anwendungen von Solarwasserpumpensystemen sind Bewässerung und Trinkwasser für Vieh. Sie liefern am effektivsten Wasser aus Oberflächenwasser oder Grundwasser und verteilen das in ihren Speichertanks gespeicherte Wasser. Die Vorteile einer längeren Lebensdauer und Kostenersparnis können nicht genug betont werden, wodurch sich die Investition sowohl für den Hausgebrauch als auch für die landwirtschaftliche Bewässerung lohnt.
