إن تحديد حجم البطارية لمضخة الري بالطاقة الشمسية عن بُعد ليس مجرد حساب الأمبير/ساعة. يجب أن يخزن النظام الموثوق به ما يكفي من الطاقة القابلة للاستخدام، وأن يبدأ تشغيل المضخة دون إيقاف تشغيل نظام إدارة المباني، وأن يحافظ على حركة المياه عندما يكون ضوء الشمس ضعيفًا أو عندما يكون الوصول إلى الصيانة محدودًا.
تحدث العديد من حالات فشل المضخات خارج الشبكة لأن البطارية يتم اختيارها حسب Ah فقط. في الظروف الميدانية الحقيقية، يعتمد الحجم الصحيح في الظروف الميدانية الحقيقية على الطلب اليومي على المياه، والرأس الديناميكي الكلي (TDH)، وكفاءة المضخة، وتيار بدء التشغيل، وعمق التفريغ القابل للاستخدام، وأيام الاستقلالية، وانخفاض جهد الكابل، ودرجة الحرارة.
A بطارية صوديوم-أيون 12 فولت يمكن أن يكون خيارًا قويًا للري بالطاقة الشمسية عن بُعد عندما يتم تصميم الحزمة ونظام إدارة المباني بشكل صحيح. ومع ذلك يجب أن تتوافق البطارية مع المضخة، وجدول المياه، ووحدة التحكم في الشحن، والأسلاك، والحاوية، والبيئة الميدانية.
بطارية كامادا باور 12 فولت 100 أمبير أيونات الصوديوم
ما هو حجم البطارية 12 فولت التي تحتاجها؟
استخدم هذه الصيغة:
البطارية آه ≈ البطارية/ساعة المطلوبة ÷ جهد النظام ÷ الجهد الكهربائي للنظام ÷ معدل DD القابل للاستخدام
إذا احتاجت المضخة إلى 272 واط/ساعة من البطارية، فإن النظام 12 فولت، وحزمة أيونات الصوديوم مصممة حول 90% قابلة للاستخدام DoD:
272 وات/ساعة ÷ 12 فولت ÷ 0.90 = 25.2 أمبير/ساعة
محدد بشكل صحيح بطارية صوديوم-أيون 12 فولت 30 أمبير/ساعة قد يغطي الضخ العادي في غير أوقات الشمس. إذا احتاج النظام نفسه إلى ثلاثة أيام غائمة، فقد يتطلب الأمر حوالي 12 فولت 100 أمبير بعد إضافة هامش الحقل.
| سؤال التحجيم | المدخلات المطلوبة | تأثير القرار |
|---|
| ما مقدار الماء في اليوم؟ | لتر أو جالون | يحدد إجمالي العمل الهيدروليكي |
| ما مدى ارتفاع المصعد؟ | TDH، وليس الرفع الرأسي فقط | زيادة رأس أعلى يزيد الطلب Wh الطلب |
| متى تعمل المضخة؟ | نهاراً، صباحاً، صباحاً، ليلاً، احتياطي غائم | تحديد الطاقة المدعومة بالبطارية |
| ما مدى صعوبة بدء التشغيل؟ | تيار التشغيل وتيار بدء التشغيل | يحدد تصنيف الذروة في نظام إدارة المباني |
| كم عدد الأيام الملبدة بالغيوم؟ | هدف الاستقلالية | سعة محركات الأقراص الاحتياطية |
| ما هي حالة الموقع؟ | درجة الحرارة، طول الكابل، الضميمة | يؤثر على الموثوقية |
الخطوة 1: ابدأ بالطلب على المياه و TDH
يبدأ المزارعون عادةً بالماء وليس بالكيلوواط/ساعة:
ما هي كمية المياه التي يجب نقلها كل يوم؟
المفهوم الرئيسي هو إجمالي الرأس الديناميكيأو TDH. TDH ليس مجرد رفع رأسي. فهو يشمل المقاومة الكاملة التي يجب أن تتغلب عليها المضخة.
TDH = الرفع الساكن + السحب + احتكاك الأنابيب + رأس الضغط + هامش الأمان
| عنصر TDH | ما الذي يعنيه ذلك | لماذا يستخف المستخدمون به |
|---|
| الرفع الساكن | منسوب المياه إلى نقطة التصريف | يستخدمون مستوى سطح الأرض بدلاً من مستوى المياه الفعلي |
| السحب على المكشوف | انخفاض منسوب المياه أثناء الضخ | يتم تجاهل تغيرات الآبار الموسمية |
| احتكاك الأنابيب | الفاقد من طول الأنبوب وقطره والمرفقين والصمامات | يُفترض أن يكون فقد الأنابيب صفرًا |
| رأس الضغط | الضغط الذي تتطلبه خطوط التنقيط أو الرشاشات | حجم النظام مخصص فقط لملء الخزان المفتوح |
| هامش الأمان | مخزن مؤقت للتباين الميداني | لا مجال للتقدم في العمر أو تغيرات الطقس |
قد تحتاج كلتا المزرعتين إلى 10,000 لتر في اليوم، ولكن المزرعة التي ترفع المياه 60 مترًا تحتاج إلى طاقة أكبر بكثير من المزرعة التي ترفع المياه 10 أمتار.
الخطوة 2: تحويل حجم المياه و TDH إلى وات-ساعة
بعد معرفة حجم الماء و TDH، قم بتقدير الطاقة اللازمة لتحريك الماء.
الطاقة المطلوبة، بالواط ≈ حجم المياه، باللتر × السعة الحرارية المؤقتة، بالمتر ÷ 367 ÷ كفاءة المضخة
مثال: تحتاج مزرعة ماشية نائية إلى نقل 10,000 لتر في اليوم. يبلغ الضغط الحراري اليومي 30 متراً، وكفاءة المضخة 60%.
10,000 لتر × 30 م × 30 م ÷ 367 ÷ 0.60 = 1,362 واط/ساعة
لذا فإن الطلب اليومي الكامل على الطاقة الهيدروليكية اليومية يبلغ حوالي 1.36 كيلو وات/ساعة في اليوم.
هذا لا يعني دائماً أن البطارية يجب أن تزود كل البطارية بقدرة 1.36 كيلوواط ساعة. في العديد من أنظمة الضخ بالطاقة الشمسية، تقوم الألواح بتشغيل المضخة أثناء أشعة الشمس القوية، بينما تدعم البطارية فقط في الصباح الباكر أو في المساء أو في الفترات الغائمة أو التشغيل الاحتياطي. إذا كان النظام يحتوي على خزان مياه، يمكن للمياه المخزنة أن تقلل من حجم البطارية. إذا كان يجب أن يضخ النظام أثناء ضوء الشمس الضعيف أو في الليل، فيجب أن تغطي البطارية حصة أكبر من الطلب.
الخطوة 3: حدد ما يجب أن تغطيه البطارية بالفعل
لا تقم بتحديد حجم البطارية من إجمالي الطلب اليومي على المياه إلا إذا كان يجب أن تدعم البطارية إجمالي الضخ اليومي.
| تصميم النظام | دور البطارية | أفضل ملاءمة |
|---|
| طاقة شمسية مباشرة + خزان مياه مباشر + خزان مياه | بطارية صغيرة أو بدون بطارية للضخ العادي | المزارع ذات ضوء النهار الكافي وسعة الخزان |
| طاقة شمسية + بطارية احتياطية | يغطي الصباح والمساء والفجوات الغائمة | المزارع النائية التي تحتاج إلى موثوقية |
| الضخ المجدول المدعوم بالبطارية | يدعم الضخ كلما دعت الحاجة إلى الماء | الثروة الحيوانية، الدفيئة، إمدادات المياه الحرجة |
| بطارية تحل محل بطارية تخزين المياه | تحمل معظم أعباء الدعم الاحتياطي | فقط عندما يكون تخزين الخزان صعبًا |
بالنسبة لمثال المزرعة، افترض أن الألواح الشمسية تتعامل مع معظم الضخ خلال النهار. تدعم البطارية الري في الصباح الباكر فقط.
إذا كان 20% من الطلب اليومي على المياه يجب أن يأتي من طاقة البطارية:
1,362 وات/ساعة × 20% = 272 وات/ساعة
أن 272 واط/ساعة هي طاقة البطارية اليومية العادية المستهدفة. لهذا السبب يمكن لخزان مياه أكبر أن يقلل أحياناً من تكلفة البطارية. في الضخ الزراعي، غالباً ما يكون تخزين المياه أرخص من التخزين الكهربائي.
الخطوة 4: تحويل الواط-ساعة إلى 12 فولت-أمبير-ساعة
تُباع سعة البطارية عادةً بوحدة الأمبير/ساعة، ولكن يتم حساب عمل المضخة بوحدة الواط/ساعة.
واط/ساعة = أمبير/ساعة × الجهد
على سبيل المثال
272 وات/ساعة ÷ 12 فولت = 22.7 أمبير/ساعة
لذا تحتاج المضخة إلى حوالي 22.7 أمبير/ساعة من طاقة البطارية القابلة للاستخدام للضخ في الصباح الباكر.
السعة الآه القابلة للاستخدام ليست هي نفسها السعة الآه الاسمية. لا توفر بطارية 12 فولت 30 أمبير في الساعة دائماً 30 أمبير في الساعة من الطاقة الميدانية العملية. ويعتمد الجزء القابل للاستخدام على الكيمياء وإعدادات نظام إدارة المحركات، وتيار التفريغ، ودرجة الحرارة، والتقادم، وتصنيف عمر دورة البطارية من الشركة المصنعة.
الخطوة 5: ضبط عمق التفريغ القابل للاستخدام
يصف عمق التفريغ، أو DoD، مقدار السعة الاسمية للبطارية التي يمكن استخدامها في التشغيل العادي.
| نوع البطارية | افتراض التصميم العملي | ما الذي يعنيه ذلك بالنسبة للضخ |
|---|
| حمض الرصاص الأساسي | حوالي 50% صالح للاستخدام في وزارة الدفاع الأمريكية | يحتاج إلى سعة اسمية أكبر؛ فالتدوير العميق يقصر العمر الافتراضي |
| حمض الرصاص الهلامي/حمض الرصاص الهلامي | في كثير من الأحيان 50-70% | خيار محكم الغلق أفضل، لكن التفريغ الزائد لا يزال يضر بعمر الدورة |
| LiFePO4 | في كثير من الأحيان 80-90% | سعة عالية قابلة للاستخدام؛ الشحن في درجات الحرارة المنخفضة يحتاج إلى حماية |
| صوديوم-أيون | غالبًا ما تكون مصممة لوزارة الدفاع ذات الاستخدام العالي | قوي للدورة اليومية، ولكن تحقق من ورقة البيانات، ونظام إدارة المباني، ومعدل C، وحدود درجة الحرارة |
بالنسبة لمثال أيون الصوديوم
22.7 أمبير ÷ 0.90 = 25.2 أمبير
محدد بشكل صحيح بطارية صوديوم-أيون 12 فولت 30 أمبير/ساعة يمكن أن يغطي الحمل العادي في الصباح الباكر.
لا تتعامل مع 90% DoD على أنه عالمي. يجب التأكد من ذلك من ورقة بيانات البطارية. عمر الدورة المقدّر، ومعدل التفريغ، ودرجة حرارة الشحن، وإعدادات قطع نظام إدارة البطارية كلها أمور مهمة.
الخطوة 6: تحقق من تيار بدء تشغيل المضخة قبل وضع اللمسات الأخيرة على البطارية
يمكن أن تحتوي بطارية المضخة على طاقة كافية ومع ذلك تفشل في تشغيل المضخة.
يحدث هذا عادةً بسبب تيار تدفق المحرك. المضخة التي تسحب 10 أمبير أثناء التشغيل العادي قد تتطلب لفترة وجيزة 30 أمبير أو 50 أمبير أو أكثر أثناء بدء التشغيل. إذا لم يتمكن نظام إدارة الأداء من دعم هذه الذروة القصيرة، فقد يتم إيقاف تشغيلها. يرى المستخدم عطلًا مربكًا: تبدو البطارية ممتلئة، ولكن المضخة تنقر أو تعيد الضبط أو ترفض بدء التشغيل.
للعديد من أنظمة المضخات الصغيرة بجهد 12 فولت تيار مستمر:
يجب ألا يقل معدل ذروة تفريغ البطارية عن 3× إلى 5× تيار تشغيل المضخة.
| العَرَض الميداني | السبب المحتمل | ما الذي يجب التحقق منه | الإجراءات التصحيحية |
|---|
| تنقر المضخة ثم تتوقف | ذروة تيار BMS منخفضة جداً | تصنيف ذروة تفريغ البطارية | استخدم مضخة BMS ذات ذروة أعلى أو مضخة ذات تدفق أقل |
| تبدو البطارية ممتلئة ولكن تتم إعادة تشغيل المضخة | تباطؤ الجهد أثناء بدء التشغيل | طول الكابل، والمقياس، وفقدان الموصل | استخدام كابل أكثر سمكاً أو تشغيل كابل أقصر |
| تعطل الصمامات عند بدء التشغيل | الحماية غير مطابقة للزيادة المفاجئة | تصنيف الصمامات وتيار بدء التشغيل | استخدم حماية صحيحة ذات تصنيف تيار مستمر صحيح |
| لا تعمل المضخة إلا في أشعة الشمس القوية | لا يمكن للبطارية أن تدعم الزيادة المفاجئة وحدها | ذروة خرج البطارية ودرجة التشغيل القصوى للبطارية | زيادة قدرة التيار الأقصى للتيار |
| يتم إيقاف تشغيل المضخة العاكس | الطفرة في العاكس غير مدعومة | ارتفاع التيار الكهربائي للعاكس وتصنيف نظام إدارة المباني | طابق البطارية مع متطلبات زيادة التيار الكهربائي للعاكس |
تحقق من تيار BMS المستمر، وذروة تيار BMS، وذروة تيار BMS، ومدة الذروة، ومعدل C للخلية، وحجم الكابل، وتصنيف الموصل، وتصنيف الصمامات، وسلوك وحدة التحكم في المضخة. إذا كانت المضخة تستخدم محرك عاكس أو محرك تيار متردد، فقم بتضمين تيار التيار الزائد للعاكس في التصميم.
الخطوة 7: إضافة أيام الحكم الذاتي للأحوال الجوية الغائمة أو الموسمية
النظام الذي يعمل تحت أشعة الشمس الجيدة يمكن أن يفشل خلال الأيام الملبدة بالغيوم أو الشتاء أو موسم الرياح الموسمية.
أيام الاستقلالية يعني عدد الأيام التي يمكن أن تدعم فيها البطارية الضخ المطلوب مع ضعف أو محدودية مدخلات الطاقة الشمسية.
باستخدام المثال
25.2 أمبير/ساعة × 3 أيام = 75.6 أمبير/ساعة
بعد إضافة هامش التقادم، وهامش درجة الحرارة، وفقدان الكابلات، وتباين الاستخدام في العالم الحقيقي، عادةً ما يتم تقريب ذلك إلى بنك بطاريات صوديوم-أيون بجهد 12 فولت 100 أمبير/ساعة.
| سيناريو التطبيق | الاستقلالية المقترحة | ما أهمية ذلك |
|---|
| ري الحدائق أو الري غير الحرج | 1 يوم واحد | تأخير المياه له عواقب منخفضة |
| مزرعة صغيرة أو دفيئة صغيرة | 2 يومان | توجد مخاطر إجهاد المحاصيل |
| إمدادات المياه للماشية | 3 أيام | انقطاع المياه أمر خطير |
| موقع زراعي بعيد | 3-5 أيام | قد يكون الوصول إلى الصيانة محدوداً |
| منطقة الرياح الموسمية أو منطقة الشمس المنخفضة في الشتاء | أكثر من 5 أيام | قد يكون تعافي الطاقة الشمسية بطيئًا |
البطارية المناسبة ليست دائماً أصغر بطارية تعمل في يوم مشمس. إنها البطارية التي تتناسب مع تكلفة انقطاع المياه.
أيون الصوديوم مقابل حمض الرصاص مقابل حمض الرصاص مقابل LiFePO4 لمضخات الري بالطاقة الشمسية
تعتمد أفضل كيمياء للبطارية على الموقع. في الضخ عن بُعد، غالباً ما تكون الصيانة، والسعة القابلة للاستخدام، والشحن الجزئي، وتيار الزيادة، ودرجة الحرارة، وتكرار الاستبدال أكثر أهمية من سعر الشراء وحده.
| عامل القرار | حمض الرصاص | LiFePO4 | صوديوم-أيون |
|---|
| السعة القابلة للاستخدام | أقل في ظل ركوب الدراجات العميقة | عالية | مرتفع، حسب تصميم العبوة |
| ركوب الدراجات اليومية | ضعيف إلى متوسط | قوي | إمكانات قوية |
| الشحن الجزئي | حساس للكبريتات | متسامح بشكل عام | متسامحة بشكل عام؛ لا توجد آلية كبريتات الرصاص |
| بدء التشغيل الحالي | معتمد على النموذج | قوي إذا سمح نظام إدارة المباني | قوي إذا سمح نظام إدارة المباني |
| الصيانة | أعلى بالنسبة للأنواع المغمورة | منخفضة | منخفضة |
| الوزن | ثقيل | خفيف | عادة ما تكون أخف وزناً من حمض الرصاص |
بطارية أيون الصوديوم ميزة حقيقية على حمض الرصاص في تطبيقات الطاقة الشمسية ذات الشحن الجزئي لأنه لا يعاني من تبلور كبريتات الرصاص. ومع ذلك، لا ينبغي وصفها بأنها لا تتقادم. مثل كل البطاريات القابلة لإعادة الشحن، لا تزال حزم أيونات الصوديوم تحتاج إلى حماية نظام إدارة المباني، والتحكم في درجة الحرارة، والتحقق من صحة ورقة البيانات.
قائمة المراجعة الهندسية قبل اختيار بطارية أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت
استخدم هذا كقائمة مراجعة للاستعلام قبل أن تطلب من المورد تحديد حجم البطارية.
| المعلمة | الحد الأدنى من المدخلات المطلوبة | ما أهمية ذلك |
|---|
| الطلب على المياه | لتر أو غالون في اليوم | تحديد إجمالي العمل |
| تي دي إتش | الرفع، وفقدان الأنابيب، والضغط | يمنع نقص حجم الطاقة |
| جهد المضخة | 12 فولت، أو 24 فولت، أو تيار متردد | تطابق البطارية ووحدة التحكم |
| التيار الجاري | التيار المقدر أو المقاس | يحدد التفريغ المستمر |
| بدء التشغيل الحالي | الذروة المقدرة أو المقاسة | يحدد متطلبات ذروة نظام إدارة المباني |
| جدول الضخ | نهاراً، صباحاً، صباحاً، ليلاً، احتياطي غائم | يحدد البطارية Wh |
| هدف الاستقلالية | عدد أيام النسخ الاحتياطي | تحديد السعة الاحتياطية |
| درجة الحرارة | درجة الحرارة الدنيا/القصوى لصندوق البطارية | يؤثر على نظام إدارة المباني وعمر الدورة |
| تشغيل الكابل | الطول والمقياس | يمنع تباطؤ الجهد الكهربائي |
| الضميمة | تصنيف IP، والتهوية، والتعرض للحرارة | يؤثر على الموثوقية |
إذا قمت بإرسال هذه القيم إلى مورد البطارية، فيمكنهم تحديد حجم السعة وتيار نظام إدارة المباني والحاوية واستراتيجية الشحن بدقة أكبر بكثير.
ملخص المثال الكامل
| عنصر التصميم | القيمة |
|---|
| حجم المياه اليومي | 10,000L |
| تي دي إتش | 30m |
| كفاءة المضخة | 60% |
| الطلب اليومي الكامل على الطاقة | 1,362 واط/ساعة |
| الحصة المدعومة بالبطارية | 20% |
| طاقة البطارية المطلوبة | 272 واط/ساعة |
| طاقة البطارية القابلة للاستخدام | 22.7 أمبير/ساعة |
| افتراض وزارة الدفاع أيون الصوديوم | 90%، تحقق من ورقة البيانات |
| الحد الأدنى للسعة الاسمية | 25.2Ah |
| اختيار عملي ليوم واحد | 12 فولت 30 أمبير |
| اختيار يوم غائم عملي | حوالي 12 فولت 100 أمبير |
| مثال على تشغيل المضخة الحالية | 10A |
| ذروة التفريغ الموصى بها | 30A-50A كحد أدنى |
هذا ليس مقاس بطارية عالمي. إنها طريقة تحجيم. إذا زاد حجم السعة الحرارية الإجمالية أو طول الأنبوب أو ضغط المخرج أو وقت الضخ خارج الشمس أو تيار بدء التشغيل أو متطلبات الاستقلالية، فإن حجم البطارية المطلوب يزيد أيضًا.
الخاتمة
لا يتم اختيار بطارية مضخة الري بالطاقة الشمسية الموثوق بها عن طريق الأمبير/ساعة فقط، ولكن عن طريق مطابقة الطلب على المياه، ودرجة حرارة الماء المستمر، وكفاءة المضخة، وتيار بدء التشغيل، وأيام التشغيل القابلة للاستخدام، وأيام الاستقلالية، وفقدان الأسلاك، والظروف الميدانية. يمكن أن تكون بطارية أيونات الصوديوم بجهد 12 فولت خيارًا قويًا للضخ الزراعي عن بُعد عندما تتطابق الحزمة مع النظام الحقيقي - ولا يتم اختيارها من خلال ادعاءات الكيمياء وحدها. اتصل بنا لتصميم بطارية أيون الصوديوم حزمة لمضخة الري بالطاقة الشمسية عن بُعد.
الأسئلة الشائعة
كيف يمكنني حساب حجم بطارية مضخة الري بالطاقة الشمسية بجهد 12 فولت؟
احسب عدد الواط - ساعة المطلوبة من حجم المياه اليومي، ودرجة الحرارة اليومية وكفاءة المضخة. ثم حدد مقدار الضخ الذي يجب أن يأتي من البطارية بدلاً من الطاقة الشمسية المباشرة. قم بتحويل Wh إلى Ah بالقسمة على 12 فولت، واضبطها حسب كمية الطاقة الشمسية القابلة للاستخدام، واضربها في أيام الاستقلالية إذا كانت هناك حاجة إلى طاقة احتياطية غائمة.
هل يمكن لبطارية أيون الصوديوم بجهد 12 فولت التعامل مع تيار بدء تشغيل المضخة؟
نعم، إذا كانت الحزمة مصممة مع نظام إدارة البطارية BMS مناسب وتصنيف تفريغ الخلية. بالنسبة للعديد من أنظمة مضخات التيار المستمر الصغيرة، يجب أن يكون معدل ذروة تفريغ البطارية 3× إلى 5× على الأقل من تيار التشغيل المستمر للمضخة.
هل ما زلت بحاجة إلى خزان مياه إذا كنت أستخدم بطارية أكبر؟
عادة، نعم. في الضخ الزراعي، غالبًا ما تكون المياه المخزنة أرخص وأكثر موثوقية من سعة البطارية الكبيرة. ويستخدم التصميم القوي الألواح الشمسية للضخ خلال النهار، وخزان لتخزين المياه، والبطارية لتغطية الصباح الباكر أو المساء أو في حالة الغيوم أو التشغيل الاحتياطي.
أرسل حجم المياه اليومي، ودرجة الحرارة اليومية وTDH، وجهد المضخة، وتيار التشغيل، وتيار بدء التشغيل، وجدول الضخ، ومتطلبات يوم التشغيل، ونطاق درجة الحرارة المحلية، وطول الكابل، وظروف الضميمة، وما إذا كان النظام يستخدم الضخ المباشر بالتيار المستمر أو العاكس.