Dimenzování baterie pro vzdálené solární zavlažovací čerpadlo není jen výpočet ampérhodin. Spolehlivý systém musí uchovávat dostatek využitelné energie, spouštět čerpadlo bez vypnutí BMS a udržovat vodu v pohybu, když je sluneční světlo slabé nebo přístup údržby omezený.
K mnoha poruchám čerpadel mimo síť dochází proto, že baterie je vybrána pouze podle Ah. V reálných polních podmínkách závisí správná velikost na denní potřebě vody, celkové dynamické výšce (TDH), účinnosti čerpadla, spouštěcím proudu, využitelné hloubce vybití, dnech autonomie, poklesu napětí na kabelu a teplotě.
A 12V sodíko-iontová baterie může být silnou volbou pro vzdálené solární zavlažování, pokud jsou sada a BMS správně navrženy. Baterie musí stále odpovídat čerpadlu, vodnímu plánu, regulátoru nabíjení, elektroinstalaci, skříni a polnímu prostředí.
Kamada Power 12V 100Ah sodíkovo-iontová baterie
Jakou velikost 12V baterie potřebujete?
Použijte tento vzorec:
Baterie Ah ≈ Potřebná baterie Wh ÷ Napětí systému ÷ Použitelné DoD
Pokud čerpadlo potřebuje 272Wh z baterie, systém je 12V a sodíko-iontový akumulátor je navržen kolem 90% použitelného DoD:
272Wh ÷ 12V ÷ 0,90 = 25,2Ah
Správně specifikovaný 12V 30Ah sodíko-iontová baterie může pokrýt běžné čerpání mimo slunce. Pokud stejný systém potřebuje autonomii na tři dny se zataženou oblohou, může vyžadovat přibližně. 12V 100Ah po přidání okraje pole.
| Otázka na velikost | Požadovaný vstup | Dopad rozhodnutí |
|---|
| Kolik vody denně? | Litry nebo galony | Definuje celkovou hydraulickou práci |
| Jak vysoko je výtah? | TDH, nejen vertikální zdvih | Vyšší hladina zvyšuje poptávku po Wh |
| Kdy čerpadlo běží? | Den, ráno, noc, zataženo záloha | Určuje energii podporovanou baterií |
| Jak těžké je spuštění? | Běžící proud a spouštěcí proud | Definuje špičkovou hodnotu BMS |
| Kolik dní je zataženo? | Cíl autonomie | Kapacita zálohování disků |
| V jakém stavu je staveniště? | Teplota, délka kabelu, kryt | Ovlivňuje spolehlivost |
Krok 1: Začněte s poptávkou po vodě a TDH
Zemědělci obvykle začínají s vodou, nikoli s kilowatthodinami:
Kolik vody je třeba denně přemístit?
Klíčovým pojmem je Celková dynamická výškanebo TDH. TDH není jen vertikální zdvih. Zahrnuje celý odpor, který musí čerpadlo překonat.
TDH = statický zdvih + pokles + tření v potrubí + tlaková výška + bezpečnostní rezerva
| Položka TDH | Co to znamená | Proč ji uživatelé podceňují |
|---|
| Statický výtah | Hladina vody k místu vypouštění | Místo skutečné hladiny vody používají úroveň terénu |
| Čerpání | Pokles hladiny vody při čerpání | Sezónní změny ve vrtech jsou ignorovány |
| Tření v potrubí | Ztráty z délky, průměru, kolen a ventilů potrubí | Předpokládá se, že ztráty v potrubí jsou nulové |
| Tlaková hlava | Tlak potřebný pro kapací potrubí nebo postřikovače | Systém je dimenzován pouze pro otevřené plnění nádrží |
| Bezpečnostní rozpětí | Nárazník pro odchylky v poli | Žádný prostor pro stárnutí nebo změny počasí |
Dvě farmy mohou obě potřebovat 10 000 litrů vody denně, ale farma, která zvedá vodu do výšky 60 metrů, potřebuje mnohem více energie než farma, která zvedá vodu do výšky 10 metrů.
Krok 2: Převod objemu vody a TDH na watthodiny
Po zjištění objemu vody a TDH odhadněte energii potřebnou k pohybu vody.
Potřebná energie, Wh ≈ Objem vody, litry × TDH, metry ÷ 367 ÷ Účinnost čerpadla
Příklad: odlehlá farma s chovem dobytka potřebuje denně přepravit 10 000 litrů. TDH je 30 metrů a účinnost čerpadla je 60%.
10 000L × 30m ÷ 367 ÷ 0,60 = 1 362Wh
Celá denní potřeba hydraulické energie je tedy přibližně 1,36 kWh za den.
To neznamená, že baterie musí vždy dodávat všech 1,36 kWh. V mnoha solárních čerpacích systémech pohánějí panely čerpadlo během silného slunečního svitu, zatímco baterie podporuje pouze ranní, večerní, zamračené intervaly nebo záložní provoz. Pokud má systém nádrž na vodu, může uskladněná voda snížit velikost baterie. Pokud musí systém čerpat během slabého slunečního svitu nebo v noci, musí baterie pokrýt větší část poptávky.
Krok 3: Rozhodněte, co má baterie skutečně pokrývat
Nevyměřujte velikost baterie podle celkové denní potřeby vody, pokud baterie nemusí zajistit celkové denní čerpání.
| Návrh systému | Role baterie | Best Fit |
|---|
| Solární přímý + nádrž na vodu | Malá baterie nebo žádná baterie pro běžné čerpání | Farmy s dostatkem denního světla a kapacitou nádrží |
| Solární + záložní baterie | Pokrývá ranní, večerní a oblačné mezery | Vzdálené farmy vyžadující spolehlivost |
| Plánované čerpání na baterie | Podporuje čerpání vody, kdykoli je potřeba | Hospodářská zvířata, skleníky, kritické zásoby vody |
| Baterie nahrazující zásobník vody | Nese většinu zátěže zálohování | Pouze v případě obtížného skladování v nádrži |
Pro příklad ranče předpokládejme, že solární panely zajišťují většinu čerpání během dne. Baterie slouží pouze k rannímu zavlažování.
Pokud 20% denní potřeby vody musí pocházet z baterií:
1 362Wh × 20% = 272Wh
Těch 272Wh je běžná denní cílová energie baterie. Proto může větší nádrž na vodu někdy snížit náklady na baterii. V případě zemědělského čerpání je skladování vody často levnější než skladování elektrické energie.
Krok 4: Převod watthodin na 12 V ampérhodiny
Kapacita baterie se obvykle prodává v ampérhodinách, ale práce čerpadla se počítá ve watthodinách.
Watthodiny = ampérhodiny × napětí
Pro příklad:
272Wh ÷ 12V = 22,7Ah
Čerpadlo tedy potřebuje asi 22,7 Ah využitelné energie baterie pro ranní čerpání.
Použitelná Ah není totéž co nominální Ah. 12V baterie s kapacitou 30 Ah nemusí vždy poskytovat 30 Ah praktické energie v terénu. Využitelná část závisí na chemickém složení, nastavení BMS, vybíjecím proudu, teplotě, stárnutí a údaji výrobce o životnosti.
Krok 5: Nastavení použitelné hloubky výtoku
Hloubka vybití (DoD) popisuje, jak velkou část jmenovité kapacity baterie lze využít při běžném provozu.
| Typ baterie | Praktický předpoklad návrhu | Co to znamená pro čerpání |
|---|
| Základní olověný akumulátor | Kolem 50% použitelné DoD | Potřebuje větší jmenovitou kapacitu; hluboké cyklování zkracuje životnost |
| AGM / GEL olověné kyseliny | Často 50-70% | Lepší utěsněná varianta, ale nadměrné vybíjení stále poškozuje životnost cyklu |
| LiFePO4 | Často 80-90% | Vysoká využitelná kapacita; nabíjení při nízkých teplotách vyžaduje ochranu |
| Sodíkové ionty | Často určené pro vysoce použitelné DoD | Silný pro denní cyklování, ale ověřte si datasheet, BMS, C-rate a teplotní limity. |
Pro příklad sodíkových iontů:
22,7Ah ÷ 0,90 = 25,2Ah
Správně specifikovaný 12V 30Ah sodíko-iontová baterie může pokrýt běžnou ranní zátěž.
Nepovažujte 90% DoD za univerzální. Je třeba to potvrdit z datového listu baterie. Záleží na jmenovité životnosti cyklu, rychlosti vybíjení, teplotě nabíjení a nastavení vypnutí BMS.
Krok 6: Kontrola spouštěcího proudu čerpadla před dokončením baterie
Baterie čerpadla může mít dostatek energie, a přesto se jí nepodaří čerpadlo spustit.
K tomu obvykle dochází z důvodu rozběhový proud motoru. Čerpadlo, které při běžném provozu odebírá 10 A, může při spuštění krátkodobě vyžadovat 30 A, 50 A nebo více. Pokud systém BMS tuto krátkou špičku nezvládne, může se vypnout. Uživatel vidí matoucí poruchu: baterie vypadá plná, ale čerpadlo cvaká, resetuje se nebo se odmítá spustit.
Pro mnoho malých 12V stejnosměrných čerpacích systémů:
Špičkový vybíjecí proud baterie by měl být alespoň 3× až 5× větší než provozní proud čerpadla.
| Symptom pole | Pravděpodobná příčina | Co zkontrolovat | Nápravná opatření |
|---|
| Čerpadlo cvakne a zastaví se | Příliš nízký špičkový proud BMS | Špičkové vybíjení baterie | Použijte BMS s vyšší špičkovou hodnotou nebo čerpadlo s nižším rozběhem. |
| Baterie vypadá plná, ale čerpadlo se resetuje | Pokles napětí při spuštění | Délka kabelu, průřez, ztráta konektoru | Použití silnějšího kabelu nebo kratšího vedení kabelu |
| Pojistka se při spuštění vypne | Ochrana není přizpůsobena přepětí | Jmenovitá pojistka a spouštěcí proud | Používejte správnou ochranu se stejnosměrným proudem |
| Čerpadlo se spouští pouze na prudkém slunci | Samotná baterie nemůže podporovat přepětí | Špičkový výkon baterie a SOC | Zvýšení špičkové proudové kapacity |
| Čerpadlo měniče se vypne | Přepětí měniče není podporováno | Přepěťová odolnost měniče a BMS | Přizpůsobení baterie požadavkům na přepětí měniče |
Zkontrolujte trvalý proud BMS, špičkový proud BMS, dobu trvání špičky, rychlost C článku, velikost kabelu, jmenovitou hodnotu konektoru, jmenovitou hodnotu pojistky a chování řídicí jednotky čerpadla. Pokud čerpadlo používá měnič nebo střídavý motor, zahrňte do návrhu nárazový proud měniče.
Krok 7: Přidání dnů autonomie pro oblačné nebo monzunové podmínky
Systém, který funguje při dobrém slunci, může selhat i během zamračených dnů, v zimě nebo v monzunovém období.
Dny autonomie znamená, kolik dní dokáže baterie zajistit požadované čerpání při slabém nebo omezeném příkonu slunečního záření.
Na příkladu:
25,2Ah × 3 dny = 75,6Ah
Po připočtení rezervy na stárnutí, teplotní rezervy, ztrát v kabelu a odchylky při reálném používání se obvykle zaokrouhluje nahoru na hodnotu 12V 100Ah sodíko-iontová baterie.
| Scénář aplikace | Navrhovaná autonomie | Proč na tom záleží |
|---|
| Zahradní nebo nekritické zavlažování | 1 den | Zpoždění vody má malé následky |
| Malá farma nebo skleník | 2 dny | Riziko stresu u plodin existuje |
| Zásobování hospodářských zvířat vodou | 3 dny | Přerušení dodávky vody je závažné |
| Odlehlá zemědělská lokalita | 3-5 dní | Přístup k údržbě může být omezen |
| Monzunová nebo zimní oblast s nízkým slunečním svitem | 5+ dní | Oživení solární energie může být pomalé |
Správná baterie není vždy ta nejmenší, která funguje za slunečného dne. Je to baterie, která odpovídá nákladům na přerušení dodávky vody.
Sodíkové ionty vs. olovnaté kyseliny vs. LiFePO4 pro solární zavlažovací čerpadla
Nejlepší chemický složení baterie závisí na místě. Při vzdáleném čerpání často záleží více na údržbě, využitelné kapacitě, částečném nabíjení, nárazovém proudu, teplotě a četnosti výměny než na samotné pořizovací ceně.
| Rozhodovací faktor | Olověné kyseliny | LiFePO4 | Sodíkové ionty |
|---|
| Využitelná kapacita | Nižší při hlubokém cyklování | Vysoká | Vysoká, v závislosti na provedení balení |
| Denní cyklistika | Slabý až středně silný | Silný | Silný potenciál |
| Částečné nabíjení | Citlivé na sulfataci | Obecně tolerantní | Obecně tolerantní; bez mechanismu síranu olovnatého |
| Spouštěcí proud | Závislost na modelu | Silný, pokud to BMS umožňuje | Silný, pokud to BMS umožňuje |
| Údržba | Vyšší u zaplavených typů | Nízká | Nízká |
| Hmotnost | Těžké | Světlo | Obvykle lehčí než olověné |
Sodíkovo-iontová baterie má v solárních aplikacích s částečným nabíjením skutečnou výhodu oproti olověným akumulátorům, protože netrpí krystalizací síranu olovnatého. Neměla by však být označována jako nulové stárnutí. Stejně jako každý dobíjecí akumulátor potřebují i sodíko-iontové sady ochranu BMS, kontrolu teploty a validaci na základě datového listu.
Kontrolní seznam před výběrem 12V sodíkové baterie
Než požádáte dodavatele o určení velikosti baterie, použijte tento seznam jako kontrolní dotaz.
| Parametr | Minimální potřebný vstup | Proč na tom záleží |
|---|
| Potřeba vody | Litry nebo galony za den | Určuje celkovou práci |
| TDH | Zdvih, ztráta v potrubí, tlak | Zabraňuje nedostatečnému dimenzování energie |
| Napětí čerpadla | 12V, 24V nebo AC | Shoduje se s baterií a řídicí jednotkou |
| Běžící proud | Jmenovitý nebo měřený proud | Definuje nepřetržitý výboj |
| Spouštěcí proud | Odhadovaná nebo měřená špička | Definuje špičkový požadavek BMS |
| Plán čerpání | Den, ráno, noc, zataženo záloha | Určuje kapacitu baterie Wh |
| Cíl autonomie | Počet dnů zálohování | Určuje záložní kapacitu |
| Teplota | Minimální/maximální teplota bateriového boxu | Ovlivňuje systém BMS a životnost cyklu |
| Vedení kabelu | Délka a rozchod | Zabraňuje poklesu napětí |
| Skříň | Stupeň krytí IP, větrání, vystavení teplu | Ovlivňuje spolehlivost |
Pokud tyto hodnoty zašlete dodavateli baterií, může mnohem přesněji určit kapacitu, proud BMS, kryt a strategii nabíjení.
Kompletní shrnutí příkladu
| Designová položka | Hodnota |
|---|
| Denní objem vody | 10,000L |
| TDH | 30m |
| Účinnost čerpadla | 60% |
| Úplná denní potřeba energie | 1 362Wh |
| Podíl podporovaný baterií | 20% |
| Potřebná energie baterie | 272Wh |
| Využitelná energie baterie | 22,7 Ah |
| Předpoklad DoD o sodíkových iontech | 90%, ověřit podle datasheetu |
| Minimální jmenovitá kapacita | 25,2Ah |
| Praktický jednodenní výběr | 12V 30Ah |
| Praktický výběr pro zatažené dny | Kolem 12V 100Ah |
| Příklad běžícího proudu čerpadla | 10A |
| Doporučené špičkové vybití | Minimálně 30A-50A |
Nejedná se o univerzální velikost baterie. Jedná se o metodu určování velikosti. Pokud se zvýší TDH, délka potrubí, výstupní tlak, doba čerpání mimo slunce, spouštěcí proud nebo požadavek na autonomii, zvýší se i požadovaná velikost baterie.
Závěr
Spolehlivá baterie solárního zavlažovacího čerpadla se nevybírá pouze podle ampérhodin, ale podle toho, jak odpovídá potřebě vody, TDH, účinnosti čerpadla, spouštěcímu proudu, využitelnému DoD, dnům autonomie, ztrátám v zapojení a podmínkám v terénu. 12V sodíko-iontová baterie může být silnou volbou pro vzdálené zemědělské čerpání, pokud je akumulátor přizpůsoben skutečnému systému - nevybírá se pouze podle nároků na chemii. Kontaktujte nás navrhnout správný sodíkovo-iontová baterie pro vaše vzdálené solární zavlažovací čerpadlo.
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
Jak vypočítám velikost baterie pro 12V solární zavlažovací čerpadlo?
Vypočítejte potřebné watthodiny z denního objemu vody, TDH a účinnosti čerpadla. Poté rozhodněte, kolik energie musí být čerpáno z baterie namísto přímé solární energie. Wh přepočítejte na Ah vydělením 12 V, upravte na využitelnou DoD a vynásobte dny autonomie, pokud je vyžadována záloha při zatažené obloze.
Zvládne 12V sodíkovo-iontová baterie spouštěcí proud čerpadla?
Ano, pokud je akumulátor navržen s vhodnou BMS a vybíjecí schopností článku. U mnoha malých systémů stejnosměrných čerpadel by měl být špičkový vybíjecí výkon baterie alespoň 3× až 5× větší než trvalý provozní proud čerpadla.
Potřebuji nádržku na vodu, i když použiji větší baterii?
Obvykle ano. Při čerpání v zemědělství je skladovaná voda často levnější a spolehlivější než předimenzovaná kapacita baterií. Silná konstrukce využívá solární panely k čerpání během dne, nádrž k uskladnění vody a baterii k pokrytí ranního, večerního, zamračeného nebo záložního provozu.
Odešlete denní objem vody, TDH, napětí čerpadla, provozní proud, spouštěcí proud, plán čerpání, požadavek na autonomní den, místní teplotní rozsah, délku kabelu, podmínky krytu a zda systém používá přímé stejnosměrné čerpání nebo měnič.