Akun mitoittaminen aurinkokastelupumppua varten ei ole pelkkä ampeerituntilaskelma. Luotettavan järjestelmän on varastoitava riittävästi käyttökelpoista energiaa, käynnistettävä pumppu ilman BMS:n sammutusta ja pidettävä vesi liikkeessä, kun auringonvalo on heikkoa tai huoltotoimenpiteiden saatavuus on rajoitettu.
Monet verkon ulkopuoliset pumppuhäiriöt johtuvat siitä, että akku on valittu vain Ah:n mukaan. Todellisissa kenttäolosuhteissa oikea koko riippuu päivittäisestä vedentarpeesta, dynaamisesta kokonaiskorkeudesta (TDH), pumpun tehokkuudesta, käynnistysvirrasta, käyttökelpoisesta purkautumissyvyydestä, autonomiapäivistä, kaapelin jännitehäviöstä ja lämpötilasta.
A 12V natrium-ioniakku voi olla vahva vaihtoehto aurinkoenergialla tapahtuvaan etäkasteluun, kun akku ja BMS on suunniteltu oikein. Akun on silti sovitettava yhteen pumpun, vesiaikataulun, lataussäätimen, johdotuksen, kotelon ja kenttäympäristön kanssa.
Kamada Power 12V 100Ah natriumioniakku
Minkä kokoista 12V akkua tarvitset?
Käytä tätä kaavaa:
Akku Ah ≈ Tarvittava akku Wh ÷ Järjestelmän jännite ÷ Käyttökelpoinen DoD
Jos pumppu tarvitsee 272Wh akusta, järjestelmä on 12V, ja natrium-ioniakku on suunniteltu noin 90% käyttökelpoisen DoD:n ympärille:
272Wh ÷ 12V ÷ 0.90 = 25.2Ah
Asianmukaisesti määritelty 12V 30Ah natrium-ioniakku voi kattaa normaalin auringon ulkopuolisen pumppauksen. Jos sama järjestelmä tarvitsee kolme pilvipäivän autonomiaa, se voi vaatia noin 12V 100Ah kentän marginaalin lisäämisen jälkeen.
| Mitoitus Kysymys | Tarvittava syöttö | Päätöksen vaikutus |
|---|
| Kuinka paljon vettä päivässä? | Litroja tai gallonoita | Määrittää hydraulisen kokonaistyön |
| Kuinka korkea hissi on? | TDH, ei vain pystysuora nosto | Suurempi korkeus lisää Wh:n kysyntää |
| Milloin pumppu käy? | Päivä, aamu, yö, pilvinen varmuuskopiointi | Määrittää akun tukeman energian |
| Kuinka vaikeaa käynnistäminen on? | Käyttövirta ja käynnistysvirta | Määrittää BMS:n huippunopeuden |
| Kuinka monta pilvistä päivää? | Itsenäisyystavoite | Asemien varmuuskopiointikapasiteetti |
| Mikä on työmaan kunto? | Lämpötila, kaapelin pituus, kotelointi | Vaikuttaa luotettavuuteen |
Vaihe 1: Aloita vedentarpeesta ja TDH:sta
Viljelijät aloittavat yleensä vedestä, eivät kilowattitunneista:
Kuinka paljon vettä on siirrettävä päivittäin?
Keskeinen käsite on Dynaaminen kokonaispinta-alatai TDH. TDH ei ole vain pystysuora nosto. Se sisältää koko vastuksen, joka pumpun on voitettava.
TDH = Staattinen noste + painuma + putkikitka + painekorkeus + varmuusmarginaali.
| TDH-kohde | Mitä se tarkoittaa | Miksi käyttäjät aliarvioivat sitä |
|---|
| Staattinen nosto | Vedenkorkeus purkupaikkaan | Niissä käytetään maanpinnan tasoa todellisen vedenpinnan tason sijasta |
| Drawdown | Vedenpinnan lasku pumppauksen aikana | Kausittaisia kaivon muutoksia ei oteta huomioon |
| Putkien kitka | Putken pituudesta, halkaisijasta, kulmakappaleista ja venttiileistä johtuvat häviöt | Putkihäviön oletetaan olevan nolla |
| Paineenkorkeus | Kastelujohtojen tai sadettimien vaatima paine | Järjestelmä on mitoitettu vain avoimen säiliön täyttöä varten |
| Turvamarginaali | Puskuri kentän vaihtelua varten | Ei tilaa ikääntymiselle tai sään muutoksille |
Kaksi maatilaa voi molemmat tarvita 10 000 litraa päivässä, mutta veden nostaminen 60 metrin korkeuteen vaatii paljon enemmän energiaa kuin veden nostaminen 10 metrin korkeuteen.
Vaihe 2: Muunna veden tilavuus ja TDH wattitunneiksi.
Kun tiedät veden määrän ja TDH:n, arvioi veden siirtämiseen tarvittava energia.
Tarvittava energia, Wh ≈ Veden määrä, litraa × TDH, metriä ÷ 367 ÷ Pumpun hyötysuhde
Esimerkki: syrjäisen karjatilan on siirrettävä 10 000 litraa päivässä. TDH on 30 metriä ja pumpun hyötysuhde on 60%.
10,000L × 30m ÷ 367 ÷ 0.60 = 1,362Wh.
Täydellinen päivittäinen hydraulinen energiantarve on siis noin 1,36 kWh päivässä.
Tämä ei aina tarkoita, että akun on syötettävä kaikki 1,36 kWh. Monissa aurinkopumppujärjestelmissä paneelit pyörittävät pumppua voimakkaan auringonvalon aikana, kun taas akku tukee vain varhain aamulla, illalla, pilvisinä aikoina tai varakäyttöä. Jos järjestelmässä on vesisäiliö, varastoitu vesi voi pienentää akun kokoa. Jos järjestelmän on pumpattava heikon auringonvalon aikana tai yöllä, akun on katettava suurempi osa kysynnästä.
Vaihe 3: Päätä, mitä akun on oikeastaan katettava.
Älä mitoita akkua päivittäisen vedentarpeen kokonaismäärän perusteella, ellei akun tarvitse tukea päivittäistä kokonaispumppausta.
| Järjestelmän suunnittelu | Akun rooli | Paras sovitus |
|---|
| Suora aurinko + vesisäiliö | Pieni akku tai ei akkua normaaliin pumppaukseen | Tilat, joilla on riittävästi päivänvaloa ja säiliökapasiteettia |
| Aurinkoenergia + akkuvarmennus | Kattaa aamut, illat ja pilviset aukot. | Luotettavuutta tarvitsevat syrjäiset maatilat |
| Akkukäyttöinen ajastettu pumppaus | Tukee pumppausta aina kun vettä tarvitaan | Karja, kasvihuoneet, kriittinen vedensaanti |
| Akun korvaava veden varastointi | kantaa suurimman osan varmuuskopiointitaakasta | Vain silloin, kun säiliön varastointi on vaikeaa |
Tilan esimerkissä oletetaan, että aurinkopaneelit hoitavat suurimman osan pumppauksesta päivällä. Akku tukee vain varhain aamulla tapahtuvaa kastelua.
Jos 20% päivittäisestä vedentarpeesta on saatava akkuenergialla:
1,362Wh × 20% = 272Wh
Tuo 272Wh on normaali päivittäinen akkujenergiatavoite. Tämän vuoksi suurempi vesisäiliö voi joskus vähentää akun kustannuksia. Maatalouden pumppauksessa veden varastointi on usein halvempaa kuin sähkövarastointi.
Vaihe 4: Muunna wattitunnit 12V ampeeritunneiksi.
Akun kapasiteetti myydään yleensä ampeeritunteina, mutta pumpun työ lasketaan wattitunteina.
Vattitunnit = ampeeritunnit × jännite
Esimerkki:
272Wh ÷ 12V = 22.7Ah
Joten pumppu tarvitsee noin 22,7Ah käyttökelpoista akkuenergiaa aikaisin aamulla tapahtuvaa pumppausta varten.
Käytettävissä oleva Ah ei ole sama kuin nimellinen Ah. 12 V:n 30 Ah:n akku ei aina tarjoa 30 Ah:n käytännön kenttäenergiaa. Käyttökelpoinen osuus riippuu kemiasta, BMS-asetuksista, purkausvirrasta, lämpötilasta, ikääntymisestä ja valmistajan syklisyysluokituksesta.
Vaihe 5: Säädä käyttökelpoinen tyhjennyssyvyys.
Purkautumissyvyys (Depth of Discharge, DoD) kuvaa, kuinka paljon akun nimelliskapasiteetista voidaan käyttää normaalissa käytössä.
| Paristotyyppi | Käytännön suunnitteluoletus | Mitä se tarkoittaa pumppauksen kannalta |
|---|
| Perus lyijyhappo | Noin 50% käyttökelpoinen Puolustusministeriö | Tarvitaan suurempaa nimelliskapasiteettia; syvä jaksotus lyhentää käyttöikää. |
| AGM / GEL lyijyhappo | Usein 50-70% | Parempi suljettu vaihtoehto, mutta ylipurkautuminen haittaa silti käyttöikää. |
| LiFePO4 | Usein 80-90% | Suuri käyttökapasiteetti; matalalämpötilalataus tarvitsee suojauksen |
| Natriumioni | Suunniteltu usein korkeaa käyttöastetta varten DoD | Vahva päivittäiseen pyöräilyyn, mutta tarkista datalehti, BMS, C-rate ja lämpötilarajat. |
Esimerkkinä natriumioni:
22,7Ah ÷ 0,90 = 25,2Ah.
Asianmukaisesti määritelty 12V 30Ah natrium-ioniakku voi kattaa tavanomaisen aamukuorman.
Älä pidä 90% DoD:tä yleispätevänä. Se on vahvistettava akun tietolehdestä. Nimelliskesto, purkautumisnopeus, latauslämpötila ja BMS:n katkaisuasetukset ovat kaikki tärkeitä.
Vaihe 6: Tarkista pumpun käynnistysvirta ennen akun viimeistelyä
Pumpun akussa voi olla riittävästi energiaa, mutta pumppu ei silti käynnisty.
Tämä johtuu yleensä seuraavista syistä moottorin käynnistysvirta. Pumppu, joka normaalikäytössä kuluttaa 10 A, saattaa käynnistyksen aikana lyhytaikaisesti vaatia 30 A, 50 A tai enemmän. Jos BMS ei pysty tukemaan tätä lyhyttä piikkiä, se voi sammua. Käyttäjä näkee hämmentävän vian: akku näyttää olevan täynnä, mutta pumppu naksahtaa, nollautuu tai ei suostu käynnistymään.
Moniin pieniin 12 V DC-pumppujärjestelmiin:
Akun huippupurkauksen tehon tulisi olla vähintään 3 × 5 × pumpun käyttövirta.
| Kenttä Oire | Todennäköinen syy | Mitä tarkistaa | Korjaavat toimet |
|---|
| Pumppu naksahtaa ja pysähtyy sitten | BMS-piikkivirta liian alhainen | Akun huippupurkausluokitus | Käytä BMS:ää tai pienemmällä virtausnopeudella toimivaa pumppua. |
| Akku näyttää täydeltä, mutta pumppu nollautuu | Jännitteen lasku käynnistyksen aikana | Kaapelin pituus, mittaus, liitinhäviö | Käytä paksumpaa kaapelia tai lyhyempää kaapelia |
| Sulake laukeaa käynnistyksen yhteydessä | Suojausta ei ole sovitettu ylijännitteeseen | Sulakkeen nimellisarvo ja käynnistysvirta | Käytä oikeaa DC-luokiteltua suojausta |
| Pumppu käynnistyy vain voimakkaassa auringonpaisteessa | Akku ei kestä ylijännitettä yksinään | Akun huipputeho ja SOC | Huippuvirran kapasiteetin lisääminen |
| Invertteripumppu sammuu | Invertterin ylijännitettä ei tueta | Invertterin ylijännite- ja BMS-luokitus | Sovita akku invertterin ylijännitevaatimuksiin |
Tarkista BMS:n jatkuva virta, BMS:n huippuvirta, huipun kesto, kennon C-arvo, kaapelin koko, liittimen nimellisarvo, sulakkeen nimellisarvo ja pumpunohjaimen toiminta. Jos pumpussa käytetään invertteriä tai vaihtovirtamoottoria, ota suunnittelussa huomioon invertterin yliaaltovirta.
Vaihe 7: Lisää itsenäisiä päiviä pilvisiä tai monsuunimaisia olosuhteita varten.
Järjestelmä, joka toimii auringonpaisteessa, voi silti epäonnistua pilvisenä päivänä, talvella tai monsuunikaudella.
Itsenäisyyden päivät tarkoittaa sitä, kuinka monta päivää akku voi tukea tarvittavaa pumppausta heikon tai rajoitetun aurinkoenergian avulla.
Esimerkin avulla:
25.2Ah × 3 päivää = 75.6Ah
Kun tähän on lisätty vanhenemismarginaali, lämpötilamarginaali, kaapelihäviö ja todellisen käytön vaihtelu, tämä pyöristetään yleensä ylöspäin arvoon 12V 100Ah natrium-ioniakkujen pankki.
| Sovellusskenaario | Ehdotettu autonomia | Miksi sillä on merkitystä |
|---|
| Puutarhan tai ei-kriittinen kastelu | 1 päivä | Veden viivästymisellä on vähäiset seuraukset |
| Pieni maatila tai kasvihuone | 2 päivää | Viljelykasvien stressiriski on olemassa |
| Karjan vesihuolto | 3 päivää | Vedenjakelun keskeytyminen on vakava asia |
| Syrjäinen maatalousalue | 3-5 päivää | Huoltoon pääsy voi olla rajoitettua |
| Monsuuni tai talven matalan auringon alue | 5+ päivää | Aurinkoenergian elpyminen voi olla hidasta |
Oikea akku ei aina ole pienin akku, joka toimii aurinkoisena päivänä. Se on akku, joka vastaa veden keskeytyskustannuksia.
Natrium-ioni vs. lyijyhappo vs. LiFePO4 aurinkokastelupumpuissa
Paras akkukemia riippuu käyttöpaikasta. Kaukopumppauksessa kunnossapito, käyttökapasiteetti, osittainen lataus, syöksyvirta, lämpötila ja vaihtoväli ovat usein tärkeämpiä kuin pelkkä hankintahinta.
| Päätöstekijä | Lyijyhappo | LiFePO4 | Natriumioni |
|---|
| Käyttökapasiteetti | Alempi syvässä pyöräilyssä | Korkea | Korkea, pakkauksen rakenteesta riippuen |
| Päivittäinen pyöräily | Heikosta kohtalaiseen | Vahva | Vahva potentiaali |
| Osittainen lataus | Herkkä sulfaatiolle | Yleisesti ottaen suvaitsevainen | Yleisesti ottaen sietokykyinen; ei lyijysulfaattimekanismia. |
| Käynnistysvirta | Mallista riippuvainen | Vahva, jos BMS sallii | Vahva, jos BMS sallii |
| Huolto | Korkeampi tulvittujen tyyppien osalta | Matala | Matala |
| Paino | Raskas | Valo | Yleensä lyijyhappoja kevyemmät. |
Natrium-ioniakku on todellinen etu lyijyhappoihin verrattuna osittaislataavissa aurinkosovelluksissa, koska se ei kärsi lyijysulfaatin kiteytymisestä. Sitä ei kuitenkaan pitäisi kuvata ikääntymättömäksi. Kuten kaikki ladattavat akut, myös natriumioniakut tarvitsevat edelleen BMS-suojausta, lämpötilan säätöä ja tietolehtisiin perustuvaa validointia.
Tekninen tarkistuslista ennen 12 V natriumioniakun valintaa
Käytä tätä kyselytarkistuslistana, ennen kuin kysyt toimittajalta akun mitoitusta.
| Parametri | Tarvittava vähimmäissyöttö | Miksi sillä on merkitystä |
|---|
| Veden tarve | Litroja tai gallonoita päivässä | Määrittää kokonaistyön |
| TDH | Nosto, putkihäviö, paine | Estää energian alimitoituksen |
| Pumpun jännite | 12V, 24V tai AC | Sopii akkuun ja ohjaimeen |
| Käyttövirta | Nimellisvirta tai mitattu virta | Määrittää jatkuvan vastuuvapauden |
| Käynnistysvirta | Arvioitu tai mitattu huippu | Määrittää BMS:n huippuvaatimuksen |
| Pumppausaikataulu | Päivä, aamu, yö, pilvinen varmuuskopiointi | Määrittää akun Wh |
| Itsenäisyystavoite | Varmuuskopiointipäivien määrä | Määrittää varakapasiteetin |
| Lämpötila | Akkukotelon min/max lämpötila | Vaikuttaa BMS:ään ja syklin kestoon |
| Kaapelin kulku | Pituus ja ulottuma | Estää jännitteen alenemisen |
| Kotelo | IP-luokitus, ilmanvaihto, lämpöaltistus | Vaikuttaa luotettavuuteen |
Jos lähetät nämä arvot akkutoimittajalle, tämä voi mitoittaa kapasiteetin, BMS-virran, koteloinnin ja latausstrategian paljon tarkemmin.
Täydellinen esimerkin yhteenveto
| Suunnittelukohde | Arvo |
|---|
| Päivittäinen vesimäärä | 10,000L |
| TDH | 30m |
| Pumpun tehokkuus | 60% |
| Täysi päivittäinen energiantarve | 1,362Wh |
| Akkukäyttöinen osuus | 20% |
| Tarvittava akkuenergia | 272Wh |
| Akun käyttökelpoinen energia | 22.7Ah |
| Natrium-ioni DoD-oletus | 90%, tarkista tietolehden mukaan. |
| Nimellinen vähimmäiskapasiteetti | 25.2Ah |
| Käytännön yksipäiväinen valinta | 12V 30Ah |
| Käytännön pilvipäivän valinta | Noin 12V 100Ah |
| Esimerkki pumpun käyttövirrasta | 10A |
| Suositeltu huippupurkaus | Vähintään 30A-50A |
Tämä ei ole yleinen paristokoko. Se on mitoitusmenetelmä. Jos TDH, putken pituus, poistopaine, pumppausaika ilman aurinkoa, käynnistysvirta tai autonomiavaatimus kasvaa, myös tarvittavan akun koko kasvaa.
Päätelmä
Luotettavaa aurinkokastelupumpun akkua ei valita pelkkien ampeerituntien perusteella, vaan sovittamalla yhteen vedentarve, TDH, pumpun tehokkuus, käynnistysvirta, käyttökelpoinen DoD, autonomiapäivät, johdotushäviöt ja kenttäolosuhteet. 12 V:n natriumioniakku voi olla vahva vaihtoehto maatalouden etäpumppaukseen, kun akku sovitetaan todelliseen järjestelmään eikä sitä valita pelkkien kemiallisten väitteiden perusteella. Ota yhteyttä suunnitella oikea natrium-ioniakku pakkaus kauko-ohjattavaa aurinkokastelupumppua varten.
FAQ
Miten voin laskea akun koon 12 V:n aurinkokastelupumpulle?
Laske tarvittavat wattitunnit päivittäisen vesimäärän, TDH:n ja pumpun hyötysuhteen perusteella. Päätä sitten, kuinka paljon pumppauksen on tultava akusta suoran aurinkoenergian sijasta. Muunna Wh Ah:ksi jakamalla 12 V:lla, säädä käyttökelpoisen DoD:n mukaan ja kerro autonomiapäivillä, jos tarvitaan pilvisyysvarmistusta.
Voiko 12 V:n natriumioniakku käsitellä pumpun käynnistysvirtaa?
Kyllä, jos pakka on suunniteltu sopivalla BMS:llä ja kennon purkausluokituksella. Monissa pienissä tasavirtapumppujärjestelmissä akun huippupurkaustehon tulisi olla vähintään 3 × 5 × pumpun jatkuvan käyttövirran suuruinen.
Tarvitsenko edelleen vesisäiliön, jos käytän suurempaa akkua?
Yleensä kyllä. Maatalouden pumppauksessa varastoitu vesi on usein halvempaa ja luotettavampaa kuin ylisuuri akkukapasiteetti. Vahvassa suunnittelussa käytetään aurinkopaneeleita pumppaamiseen päivällä, säiliötä veden varastoimiseen ja akkua varhain aamulla, illalla, pilvisellä säällä tai varakäytössä.
Lähetä päivittäinen vesimäärä, TDH, pumpun jännite, käyttövirta, käynnistysvirta, pumppausaikataulu, itsenäisyyspäivän vaatimus, paikallinen lämpötila-alue, kaapelin pituus, kotelointiolosuhteet ja tieto siitä, käytetäänkö järjestelmässä suoraa tasavirtapumppua vai invertteriä.