O dimensionamento de uma bateria para uma bomba de rega solar remota não é apenas um cálculo de amperes-hora. Um sistema fiável tem de armazenar energia utilizável suficiente, ligar a bomba sem desligar o BMS e manter a água em movimento quando a luz solar é fraca ou o acesso à manutenção é limitado.
Muitas falhas de bombas fora da rede acontecem porque a bateria é selecionada apenas pelo Ah. Em condições reais de campo, o tamanho correto depende da necessidade diária de água, da Altura Dinâmica Total (TDH), da eficiência da bomba, da corrente de arranque, da profundidade de descarga utilizável, dos dias de autonomia, da queda de tensão do cabo e da temperatura.
A Bateria de iões de sódio de 12V pode ser uma boa opção para a rega solar remota quando o conjunto e o BMS são corretamente concebidos. A bateria deve ainda corresponder à bomba, ao programa de água, ao controlador de carga, à cablagem, à caixa e ao ambiente de campo.
Bateria de iões de sódio Kamada Power 12V 100Ah
Qual é o tamanho da bateria de 12V que necessita?
Utilize esta fórmula:
Bateria Ah ≈ Bateria necessária Wh ÷ Tensão do sistema ÷ DoD utilizável
Se uma bomba necessita de 272Wh da bateria, o sistema é de 12V e a bateria de iões de sódio foi concebida em torno de 90% utilizável pelo DoD:
272Wh ÷ 12V ÷ 0,90 = 25,2Ah
Uma especificação correta Bateria de iões de sódio de 12V 30Ah pode cobrir a bombagem normal fora do sol. Se o mesmo sistema necessitar de uma autonomia de três dias nublados, poderá necessitar de cerca de 12V 100Ah depois de adicionar a margem do campo.
| Questão de dimensionamento | Entrada obrigatória | Impacto da decisão |
|---|
| Qual a quantidade de água por dia? | Litros ou galões | Define o trabalho hidráulico total |
| Qual é a altura do elevador? | TDH, não apenas elevação vertical | A cabeça mais alta aumenta a procura de Wh |
| Quando é que a bomba funciona? | Dia, manhã, noite, nublado | Determina a energia suportada pela bateria |
| Quão difícil é o arranque? | Corrente de funcionamento e corrente de arranque | Define a classificação de pico do BMS |
| Quantos dias nublados? | Objetivo de autonomia | Capacidade de backup das unidades |
| Qual é o estado do sítio? | Temperatura, comprimento do cabo, invólucro | Afecta a fiabilidade |
Passo 1: Começar com a procura de água e TDH
Os agricultores começam normalmente pela água, não pelos quilowatts-hora:
Que quantidade de água deve ser movimentada todos os dias?
O conceito-chave é Cabeça dinâmica totalou TDH. O TDH não é apenas a elevação vertical. Inclui a resistência total que a bomba tem de ultrapassar.
TDH = Elevação estática + rebaixamento + atrito da tubagem + cabeça de pressão + margem de segurança
| Item TDH | O que significa | Porque é que os utilizadores o subestimam |
|---|
| Elevação estática | Nível da água até ao ponto de descarga | Utilizam o nível do solo em vez do nível real da água |
| Levantamento | Queda do nível da água durante a bombagem | As alterações sazonais do poço são ignoradas |
| Fricção da tubagem | Perda devido ao comprimento, diâmetro, cotovelos e válvulas da tubagem | Assume-se que as perdas na tubagem são nulas |
| Cabeça de pressão | Pressão requerida por linhas de gotejamento ou aspersores | O sistema é dimensionado apenas para o enchimento de tanques abertos |
| Margem de segurança | Tampão para variação de campo | Não há espaço para o envelhecimento ou para as alterações climáticas |
Duas explorações agrícolas podem necessitar ambas de 10.000 litros por dia, mas a exploração que eleva a água a 60 metros necessita de muito mais energia do que a exploração que eleva a água a 10 metros.
Passo 2: Converter o volume de água e o TDH em Watt-hora
Depois de conhecer o volume de água e o TDH, estime a energia necessária para mover a água.
Energia necessária, Wh ≈ Volume de água, litros × TDH, metros ÷ 367 ÷ Eficiência da bomba
Exemplo: um rancho de gado remoto precisa de mover 10.000 litros por dia. O TDH é de 30 metros e a eficiência da bomba é de 60%.
10.000L × 30m ÷ 367 ÷ 0,60 = 1.362Wh
Assim, a procura diária total de energia hidráulica é de cerca de 1,36kWh por dia.
Isto nem sempre significa que a bateria deve fornecer todos os 1.36kWh. Em muitos sistemas de bombagem solar, os painéis fazem funcionar a bomba durante a luz solar intensa, enquanto a bateria apenas suporta o funcionamento de manhã cedo, à noite, em intervalos nublados ou em funcionamento de reserva. Se o sistema tiver um depósito de água, a água armazenada pode reduzir o tamanho da bateria. Se o sistema tiver de bombear durante a luz solar fraca ou à noite, a bateria tem de cobrir uma maior parte da procura.
Etapa 3: Decidir o que a bateria precisa realmente de cobrir
Não dimensione a bateria com base nas necessidades diárias totais de água, exceto se a bateria tiver de suportar a bombagem diária total.
| Conceção do sistema | Função da bateria | Melhor ajuste |
|---|
| Solar direto + depósito de água | Bateria pequena ou sem bateria para bombagem normal | Explorações com luz natural e capacidade de armazenagem suficientes |
| Solar + bateria de reserva | Cobre a manhã, a noite e os períodos nublados | Quintas remotas que necessitam de fiabilidade |
| Bombagem programada com bateria | Suporta a bombagem sempre que a água é necessária | Pecuária, estufas, abastecimento crítico de água |
| Bateria que substitui o armazenamento de água | Carrega a maior parte da carga de backup | Apenas quando é difícil armazenar os depósitos |
Para o exemplo do rancho, suponha que os painéis solares tratam da maior parte da bombagem durante o dia. A bateria apenas suporta a rega matinal.
Se 20% da procura diária de água tiver de provir da energia das baterias:
1.362Wh × 20% = 272Wh
Esses 272Wh são o objetivo diário normal de energia da bateria. É por isso que um depósito de água maior pode, por vezes, reduzir o custo da bateria. Na bombagem agrícola, o armazenamento de água é muitas vezes mais barato do que o armazenamento elétrico.
Passo 4: Converter Watt-Hora em 12V Amp-Hora
A capacidade da bateria é normalmente vendida em amperes-hora, mas o trabalho da bomba é calculado em watts-hora.
Watt-hora = Ampère-hora × Tensão
Para o exemplo:
272Wh ÷ 12V = 22,7Ah
Assim, a bomba precisa de cerca de 22,7Ah de energia utilizável da bateria para bombear de manhã cedo.
Ah utilizável não é o mesmo que Ah nominal. Uma bateria de 12V 30Ah nem sempre fornece 30Ah de energia de campo prática. A parte utilizável depende da química, das definições do BMS, da corrente de descarga, da temperatura, do envelhecimento e da classificação do ciclo de vida do fabricante.
Passo 5: Ajustar a profundidade de descarga utilizável
A profundidade de descarga, ou DoD, descreve a quantidade da capacidade nominal de uma bateria que pode ser utilizada em funcionamento normal.
| Tipo de bateria | Pressuposto de conceção prática | O que significa para a bombagem |
|---|
| Chumbo-ácido básico | Cerca de 50% utilizável DoD | Necessita de uma maior capacidade nominal; os ciclos profundos encurtam a vida útil |
| Chumbo-ácido AGM / GEL | Frequentemente 50-70% | Melhor opção selada, mas a descarga excessiva continua a prejudicar o ciclo de vida |
| LiFePO4 | Frequentemente 80-90% | Elevada capacidade de utilização; o carregamento a baixa temperatura necessita de proteção |
| Ião de sódio | Muitas vezes concebido para DoD de elevada utilização | Forte para ciclos diários, mas verifique a folha de dados, o BMS, a taxa C e os limites de temperatura |
Para o exemplo do ião sódio:
22,7Ah ÷ 0,90 = 25,2Ah
Uma especificação correta Bateria de iões de sódio de 12V 30Ah pode cobrir a carga normal do início da manhã.
Não considerar a 90% DoD como universal. Deve ser confirmado a partir da folha de dados da bateria. O ciclo de vida nominal, a taxa de descarga, a temperatura de carregamento e as definições de corte do BMS são importantes.
Passo 6: Verificar a corrente de arranque da bomba antes de finalizar a bateria
Uma bateria de bomba pode ter energia suficiente e, mesmo assim, não conseguir arrancar a bomba.
Isto acontece normalmente devido a corrente de arranque do motor. Uma bomba que consome 10A durante o funcionamento normal pode necessitar brevemente de 30A, 50A ou mais durante o arranque. Se o BMS não conseguir suportar esse curto pico, pode desligar-se. O utilizador vê uma falha confusa: a bateria parece estar cheia, mas a bomba faz um clique, reinicia ou recusa-se a arrancar.
Para muitos sistemas pequenos de bombas de 12V DC:
O pico de descarga da bateria deve ser de pelo menos 3 a 5 vezes a corrente de funcionamento da bomba.
| Campo Sintoma | Causa provável | O que verificar | Ação corretiva |
|---|
| A bomba faz um clique e depois pára | Corrente de pico BMS demasiado baixa | Capacidade de descarga máxima da bateria | Utilizar um BMS de pico mais elevado ou uma bomba de baixa pressão |
| A bateria parece estar cheia mas a bomba reinicia | Queda de tensão durante o arranque | Comprimento do cabo, calibre, perda do conetor | Utilizar um cabo mais grosso ou um cabo mais curto |
| O fusível dispara no arranque | Proteção não adaptada à sobretensão | Classificação do fusível e corrente de arranque | Utilizar a proteção CC correta |
| A bomba só arranca com sol forte | A bateria não suporta apenas sobretensão | Saída de pico da bateria e SOC | Aumentar a capacidade de corrente de pico |
| A bomba do inversor desliga-se | Sobretensão do inversor não suportada | Sobretensão do inversor e classificação BMS | Adequar a bateria aos requisitos de sobretensão do inversor |
Verifique a corrente contínua do BMS, a corrente de pico do BMS, a duração do pico, a taxa C da célula, o tamanho do cabo, a classificação do conetor, a classificação do fusível e o comportamento do controlador da bomba. Se a bomba utilizar um inversor ou motor CA, inclua a corrente de pico do inversor no projeto.
Passo 7: Adicionar dias de autonomia para condições nubladas ou de monção
Um sistema que funciona com bom sol pode falhar em dias nublados, no inverno ou na estação das monções.
Dias de autonomia significa o número de dias que a bateria pode suportar a bombagem necessária com uma entrada solar fraca ou limitada.
Utilizando o exemplo:
25,2Ah × 3 dias = 75,6Ah
Depois de adicionar a margem de envelhecimento, a margem de temperatura, a perda de cabos e a variação da utilização no mundo real, este valor seria normalmente arredondado para um Banco de baterias de iões de sódio de 12V 100Ah.
| Cenário de aplicação | Autonomia sugerida | Porque é que é importante |
|---|
| Rega de jardim ou não crítica | 1 dia | O atraso da água tem poucas consequências |
| Pequena quinta ou estufa | 2 dias | Existe um risco de stress para as culturas |
| Abastecimento de água ao gado | 3 dias | A interrupção da água é grave |
| Sítio agrícola remoto | 3-5 dias | O acesso para manutenção pode ser limitado |
| Região das monções ou do inverno com pouco sol | 5+ dias | A recuperação solar pode ser lenta |
A bateria certa nem sempre é a bateria mais pequena que funciona num dia de sol. É a bateria que corresponde ao custo da interrupção da água.
Iões de sódio vs ácido de chumbo vs LiFePO4 para bombas de irrigação solares
A melhor química da bateria depende do local. No bombeamento remoto, a manutenção, a capacidade utilizável, o carregamento parcial, a corrente de pico, a temperatura e a frequência de substituição são frequentemente mais importantes do que apenas o preço de compra.
| Fator de decisão | Chumbo-ácido | LiFePO4 | Iões de sódio |
|---|
| Capacidade útil | Inferior em ciclo profundo | Elevado | Elevado, dependendo da conceção da embalagem |
| Ciclismo diário | Fraco a moderado | Forte | Forte potencial |
| Carregamento parcial | Sensível à sulfatação | Geralmente tolerante | Geralmente tolerante; sem mecanismo de sulfato de chumbo |
| Corrente de arranque | Dependente do modelo | Forte se o BMS permitir | Forte se o BMS permitir |
| Manutenção | Mais elevado para os tipos inundados | Baixa | Baixa |
| Peso | Pesado | Luz | Normalmente mais leve do que o chumbo-ácido |
Bateria de iões de sódio tem uma vantagem real sobre o chumbo-ácido em aplicações solares de carregamento parcial porque não sofre de cristalização de sulfato de chumbo. No entanto, não deve ser descrita como tendo envelhecimento zero. Como todas as baterias recarregáveis, as baterias de iões de sódio continuam a necessitar de proteção BMS, controlo de temperatura e validação baseada na ficha de dados.
Lista de verificação de engenharia antes de selecionar uma bateria de iões de sódio de 12V
Utilize isto como uma lista de verificação de consulta antes de pedir a um fornecedor o dimensionamento da bateria.
| Parâmetro | Entrada mínima necessária | Porque é que é importante |
|---|
| Procura de água | Litros ou galões por dia | Determina o trabalho total |
| TDH | Elevação, perda na tubagem, pressão | Evita o sub-dimensionamento da energia |
| Tensão da bomba | 12V, 24V ou AC | Combina a bateria e o controlador |
| Corrente de funcionamento | Corrente nominal ou medida | Define a descarga contínua |
| Corrente de arranque | Pico estimado ou medido | Define o requisito de pico do BMS |
| Calendário de bombagem | Dia, manhã, noite, nublado | Determina o Wh da bateria |
| Objetivo de autonomia | Número de dias de reserva | Determina a capacidade de backup |
| Temperatura | Temperatura mínima/máxima da caixa da bateria | Afecta o BMS e a duração do ciclo |
| Passagem de cabos | Comprimento e calibre | Evita a queda de tensão |
| Invólucro | Classificação IP, ventilação, exposição ao calor | Afecta a fiabilidade |
Se enviar estes valores para um fornecedor de baterias, ele pode dimensionar a capacidade, a corrente BMS, o compartimento e a estratégia de carregamento com muito mais precisão.
Resumo do exemplo completo
| Item de design | Valor |
|---|
| Volume diário de água | 10,000L |
| TDH | 30m |
| Eficiência da bomba | 60% |
| Procura diária total de energia | 1.362Wh |
| Ação suportada por bateria | 20% |
| Energia necessária da bateria | 272Wh |
| Energia utilizável da bateria | 22,7Ah |
| Assunção do DoD de iões de sódio | 90%, verificar pela folha de dados |
| Capacidade nominal mínima | 25,2Ah |
| Seleção prática de um dia | 12V 30Ah |
| Seleção prática de dias nublados | Cerca de 12V 100Ah |
| Exemplo de corrente de funcionamento da bomba | 10A |
| Descarga máxima recomendada | 30A-50A mínimo |
Este não é um tamanho de pilha universal. Trata-se de um método de dimensionamento. Se o TDH, o comprimento da tubagem, a pressão de saída, o tempo de bombagem fora do sol, a corrente de arranque ou o requisito de autonomia aumentarem, o tamanho da bateria necessário também aumenta.
Conclusão
Uma bateria de bomba de irrigação solar fiável não é selecionada apenas por amperes-horas, mas sim pela correspondência da procura de água, TDH, eficiência da bomba, corrente de arranque, DoD utilizável, dias de autonomia, perda de cablagem e condições de campo. Uma bateria de iões de sódio de 12V pode ser uma boa opção para a bombagem agrícola remota quando o conjunto é adaptado ao sistema real - não é escolhido apenas por alegações químicas. Contactar-nos para conceber a solução correta pilha de iões de sódio para a sua bomba de irrigação solar remota.
FAQ
Como é que eu calculo o tamanho da bateria para uma bomba de irrigação solar de 12V?
Calcule os watt-hora necessários a partir do volume de água diário, TDH e eficiência da bomba. Em seguida, decida quanto bombeamento deve vir da bateria em vez de energia solar direta. Converta Wh para Ah dividindo por 12V, ajuste para DoD utilizável e multiplique por dias de autonomia se for necessária uma reserva nublada.
Uma bateria de iões de sódio de 12V consegue suportar a corrente de arranque da bomba?
Sim, se o conjunto for concebido com um BMS adequado e uma classificação de descarga da célula. Para muitos pequenos sistemas de bombas de corrente contínua, o pico de descarga da bateria deve ser, pelo menos, 3 a 5 vezes a corrente de funcionamento contínuo da bomba.
Continuo a precisar de um depósito de água se utilizar uma bateria maior?
Normalmente, sim. No bombeamento agrícola, a água armazenada é muitas vezes mais barata e mais fiável do que a capacidade sobredimensionada da bateria. Um design robusto utiliza painéis solares para bombear durante o dia, um tanque para armazenar água e a bateria para cobrir o funcionamento de manhã cedo, à noite, nublado ou de reserva.
Envie o volume de água diário, TDH, tensão da bomba, corrente de funcionamento, corrente de arranque, programa de bombagem, requisitos de autonomia diária, gama de temperaturas locais, comprimento do cabo, condições do compartimento e se o sistema utiliza bombagem direta de CC ou um inversor.