Dimenzovanie batérie pre vzdialené solárne zavlažovacie čerpadlo nie je len výpočet ampérhodín. Spoľahlivý systém musí uchovávať dostatok využiteľnej energie, spustiť čerpadlo bez vypnutia BMS a udržiavať vodu v pohybe, keď je slnečné svetlo slabé alebo prístup údržby obmedzený.
K mnohým poruchám čerpadiel mimo siete dochádza preto, lebo batéria je vybraná len podľa Ah. V reálnych podmienkach v teréne závisí správna veľkosť od dennej potreby vody, celkového dynamického prietoku (TDH), účinnosti čerpadla, spúšťacieho prúdu, využiteľnej hĺbky vybitia, dní autonómie, poklesu napätia na kábli a teploty.
A 12 V sodíkovo-iónová batéria môže byť silnou voľbou pre vzdialené solárne zavlažovanie, ak sú balík a BMS správne navrhnuté. Batéria musí stále zodpovedať čerpadlu, vodnému plánu, regulátoru nabíjania, elektroinštalácii, krytu a poľnému prostrediu.
Kamada Power 12V 100Ah sodíkovo iónová batéria
Akú veľkosť 12V batérie potrebujete?
Použite tento vzorec:
Batéria Ah ≈ Požadovaná batéria Wh ÷ Napätie systému ÷ Použiteľné DoD
Ak čerpadlo potrebuje 272Wh z batérie, systém je 12V a sodíkovo-iónová batéria je navrhnutá okolo 90% použiteľného DoD:
272Wh ÷ 12V ÷ 0,90 = 25,2Ah
Správne špecifikovaný 12V 30Ah sodíkovo-iónová batéria môže pokrývať bežné čerpanie mimo slnka. Ak ten istý systém potrebuje autonómiu počas troch zamračených dní, môže vyžadovať približne 12V 100Ah po pridaní okraja poľa.
| Otázka na veľkosť | Požadovaný vstup | Vplyv rozhodnutia |
|---|
| Koľko vody denne? | Litre alebo galóny | Definuje celkovú hydraulickú prácu |
| Ako vysoko je výťah? | TDH, nielen vertikálny zdvih | Vyššia hlava zvyšuje dopyt po Wh |
| Kedy čerpadlo beží? | Deň, ráno, noc, zamračené zálohovanie | Určuje energiu podporovanú batériou |
| Ako ťažké je spustenie? | Bežecký prúd a spúšťací prúd | Definuje špičkovú hodnotu BMS |
| Koľko dní je zamračených? | Cieľ autonómie | Záložná kapacita diskov |
| Aký je stav lokality? | Teplota, dĺžka kábla, kryt | Ovplyvňuje spoľahlivosť |
Krok 1: Začnite s dopytom po vode a TDH
Poľnohospodári zvyčajne začínajú s vodou, nie s kilowatthodinami:
Koľko vody sa musí denne premiestniť?
Kľúčovým konceptom je Celková dynamická hlavaalebo TDH. TDH nie je len vertikálny zdvih. Zahŕňa celý odpor, ktorý musí čerpadlo prekonať.
TDH = statický zdvih + pokles + trenie potrubia + tlaková výška + bezpečnostná rezerva
| Položka TDH | Čo to znamená | Prečo ju používatelia podceňujú |
|---|
| Statický výťah | Hladina vody po miesto vypúšťania | Namiesto skutočnej hladiny vody používajú úroveň terénu |
| Čerpanie | Pokles hladiny vody počas čerpania | Sezónne zmeny v studniach sa ignorujú |
| Trenie potrubia | Straty z dĺžky potrubia, priemeru, kolien, ventilov | Predpokladá sa, že straty v potrubí sú nulové |
| Tlaková hlava | Tlak potrebný pre kvapkače alebo postrekovače | Systém je dimenzovaný len na plnenie otvorenej nádrže |
| Bezpečnostná rezerva | Nárazník pre odchýlku v poli | Žiadny priestor na starnutie alebo zmeny počasia |
Dve farmy môžu obe potrebovať 10 000 litrov vody denne, ale farma, ktorá zdvíha vodu 60 metrov, potrebuje oveľa viac energie ako farma, ktorá zdvíha vodu 10 metrov.
Krok 2: Prevod objemu vody a TDH na watthodiny
Po zistení objemu vody a TDH odhadnite energiu potrebnú na pohyb vody.
Potrebná energia, Wh ≈ Objem vody, litre × TDH, metre ÷ 367 ÷ účinnosť čerpadla
Príklad: Odľahlý ranč s chovom dobytka potrebuje prepraviť 10 000 litrov za deň. TDH je 30 metrov a účinnosť čerpadla je 60%.
10 000L × 30m ÷ 367 ÷ 0,60 = 1 362Wh
Celá denná potreba hydraulickej energie je teda približne 1,36 kWh za deň.
To neznamená, že batéria musí vždy dodať celých 1,36 kWh. V mnohých solárnych čerpacích systémoch poháňajú panely čerpadlo počas silného slnečného žiarenia, zatiaľ čo batéria podporuje len skorú rannú, večernú, oblačnú alebo záložnú prevádzku. Ak má systém nádrž na vodu, uskladnená voda môže znížiť veľkosť batérie. Ak systém musí čerpať počas slabého slnečného svetla alebo v noci, batéria musí pokryť väčšiu časť dopytu.
Krok 3: Rozhodnite sa, čo má batéria skutočne pokrývať
Batériu nevymeriavajte podľa celkovej dennej potreby vody, pokiaľ batéria nemusí zabezpečiť celkové denné čerpanie.
| Návrh systému | Úloha batérie | Najlepšie sa hodí |
|---|
| Solárny priamy + nádrž na vodu | Malá batéria alebo žiadna batéria pre bežné čerpanie | Farmy s dostatkom denného svetla a kapacitou nádrží |
| Solárna + záložná batéria | Pokrýva ranné, večerné a oblačné medzery | Vzdialené farmy vyžadujúce spoľahlivosť |
| Plánované čerpanie na batériu | Podporuje čerpanie vždy, keď je potrebná voda | Hospodárske zvieratá, skleníky, kritické zásoby vody |
| Batéria nahrádzajúca zásobník vody | Nesie väčšinu záložnej záťaže | Iba v prípade, že je skladovanie v nádrži náročné |
Pre príklad ranča predpokladajme, že solárne panely zabezpečujú väčšinu čerpania počas dňa. Batéria podporuje len ranné zavlažovanie.
Ak 20% dennej potreby vody musí pochádzať z batériovej energie:
1,362Wh × 20% = 272Wh
Tých 272Wh je bežná denná cieľová energia batérie. To je dôvod, prečo väčšia nádrž na vodu môže niekedy znížiť náklady na batériu. Pri poľnohospodárskom čerpaní je skladovanie vody často lacnejšie ako skladovanie elektrickej energie.
Krok 4: Prevod watthodín na 12 V ampérhodiny
Kapacita batérie sa zvyčajne predáva v ampérhodinách, ale práca čerpadla sa počíta vo watthodinách.
Watt-hodiny = ampérhodiny × napätie
Príklad:
272Wh ÷ 12V = 22,7Ah
Čerpadlo teda potrebuje približne 22,7 Ah využiteľnej energie batérie na ranné čerpanie.
Využiteľná Ah nie je to isté ako nominálna Ah. 12V 30Ah batéria neposkytuje vždy 30Ah praktickej energie v teréne. Využiteľná časť závisí od chemického zloženia, nastavenia BMS, vybíjacieho prúdu, teploty, starnutia a hodnotenia životnosti výrobcom.
Krok 5: Nastavenie použiteľnej hĺbky vypúšťania
Hĺbka vybitia (DoD) opisuje, akú časť nominálnej kapacity batérie možno využiť pri bežnej prevádzke.
| Typ batérie | Praktický predpoklad návrhu | Čo to znamená pre čerpanie |
|---|
| Základné olovené kyseliny | Okolo 50% použiteľné DoD | Potrebuje väčšiu menovitú kapacitu; hlboké cyklovanie skracuje životnosť |
| AGM / GEL olovené kyseliny | Často 50-70% | Lepšia utesnená možnosť, ale nadmerné vybíjanie stále znižuje životnosť cyklu |
| LiFePO4 | Často 80-90% | Vysoká využiteľná kapacita; nabíjanie pri nízkych teplotách vyžaduje ochranu |
| Sodíkové ióny | Často navrhnuté pre vysoko použiteľné DoD | Silné pre denné cyklovanie, ale overte si technický list, BMS, C-rate a teplotné limity |
Na príklade sodíkových iónov:
22,7 Ah ÷ 0,90 = 25,2 Ah
Správne špecifikovaný 12V 30Ah sodíkovo-iónová batéria môže pokryť bežnú rannú záťaž.
Nepovažujte 90% DoD za univerzálny. Je potrebné to potvrdiť z technického listu batérie. Záleží na menovitej životnosti cyklu, rýchlosti vybíjania, teplote nabíjania a nastavení vypínania BMS.
Krok 6: Kontrola spúšťacieho prúdu čerpadla pred dokončením batérie
Batéria čerpadla môže mať dostatok energie a napriek tomu sa čerpadlo nespustí.
K tomu zvyčajne dochádza z dôvodu rozbehový prúd motora. Čerpadlo, ktoré počas bežnej prevádzky odoberá 10 A, môže počas spúšťania krátkodobo vyžadovať 30 A, 50 A alebo viac. Ak BMS nedokáže túto krátku špičku zvládnuť, môže sa vypnúť. Používateľ vidí mätúcu poruchu: batéria vyzerá plná, ale čerpadlo cvaká, resetuje sa alebo sa odmieta spustiť.
Pre mnohé malé systémy čerpadiel na jednosmerný prúd 12V:
Špičkový vybíjací výkon batérie by mal byť aspoň 3× až 5× väčší ako prevádzkový prúd čerpadla.
| Symptóm poľa | Pravdepodobná príčina | Čo treba skontrolovať | Nápravné opatrenie |
|---|
| Čerpadlo cvakne a potom sa zastaví | Príliš nízky špičkový prúd BMS | Hodnota maximálneho vybitia batérie | Použite BMS s vyššou špičkovou hodnotou alebo čerpadlo s nižším rozbehom |
| Batéria vyzerá plná, ale čerpadlo sa resetuje | Prehnutie napätia počas spúšťania | Dĺžka kábla, prierez, strata konektora | Použite hrubší kábel alebo kratší kábel |
| Poistka sa pri štarte spustí | Ochrana nie je prispôsobená prepätiu | Menovitá hodnota poistky a spúšťací prúd | Používajte správnu ochranu s jednosmerným prúdom |
| Čerpadlo sa spúšťa len na silnom slnku | Samotná batéria nemôže podporovať prepätie | Špičkový výkon batérie a SOC | Zvýšenie kapacity špičkového prúdu |
| Invertorové čerpadlo sa vypne | Prepätie meniča nie je podporované | Hodnotenie prepätia meniča a BMS | Zosúladenie batérie s požiadavkou na prepätie meniča |
Skontrolujte trvalý prúd BMS, špičkový prúd BMS, trvanie špičky, rýchlosť C článku, veľkosť kábla, menovitý výkon konektora, menovitú poistku a správanie riadiacej jednotky čerpadla. Ak čerpadlo používa menič alebo motor na striedavý prúd, zahrňte do návrhu nárazový prúd meniča.
Krok 7: Pridanie dní autonómie pre zamračené alebo monzúnové podmienky
Systém, ktorý funguje pri dobrom slnku, môže zlyhať aj počas zamračených dní, v zime alebo v monzúnovom období.
Dni autonómie znamená, koľko dní dokáže batéria zabezpečiť požadované čerpanie pri slabom alebo obmedzenom príkone slnečnej energie.
Na príklade:
25,2Ah × 3 dni = 75,6Ah
Po pripočítaní rezervy na starnutie, teplotnej rezervy, strát na kábli a odchýlok pri používaní v reálnom svete by sa táto hodnota zvyčajne zaokrúhlila na 12V 100Ah sodíkovo-iónová batéria.
| Scenár aplikácie | Navrhovaná autonómia | Prečo je to dôležité |
|---|
| Záhradné alebo nekritické zavlažovanie | 1 deň | Oneskorenie vody má malé následky |
| Malá farma alebo skleník | 2 dni | Existuje riziko stresu pri pestovaní plodín |
| Zásobovanie hospodárskych zvierat vodou | 3 dni | Prerušenie dodávky vody je vážne |
| Odľahlé poľnohospodárske miesto | 3-5 dní | Prístup k údržbe môže byť obmedzený |
| Monzúnová alebo zimná oblasť s nízkym slnečným svitom | 5+ dní | Obnova solárnej energie môže byť pomalá |
Správna batéria nie je vždy tá najmenšia batéria, ktorá funguje počas slnečného dňa. Je to batéria, ktorá zodpovedá nákladom na prerušenie dodávky vody.
Sodík-iónové vs. olovnato-kyselinové vs. LiFePO4 pre solárne zavlažovacie čerpadlá
Najlepší chemický zloženie batérie závisí od lokality. Pri vzdialenom čerpaní často viac ako samotná nákupná cena záleží na údržbe, využiteľnej kapacite, čiastočnom nabíjaní, nárazovom prúde, teplote a frekvencii výmeny.
| Rozhodovací faktor | Olovnato-kyselinové | LiFePO4 | Sodíkové ióny |
|---|
| Využiteľná kapacita | Nižšie pri hlbokom cyklistickom zaťažení | Vysoká | Vysoká, v závislosti od konštrukcie balenia |
| Denná cyklistika | Slabý až stredne silný | Silný | Silný potenciál |
| Čiastočné nabíjanie | Citlivé na sulfatáciu | Všeobecne tolerantný | Všeobecne tolerantné; bez mechanizmu síranu olovnatého |
| Spúšťací prúd | Závislosť od modelu | Silné, ak to BMS umožňuje | Silné, ak to BMS umožňuje |
| Údržba | Vyššie pre zaplavené typy | Nízka | Nízka |
| Hmotnosť | Ťažké | Svetlo | Zvyčajne ľahšie ako olovené |
Sodíkovo-iónová batéria má skutočnú výhodu oproti oloveným akumulátorom v solárnych aplikáciách s čiastočným nabíjaním, pretože netrpia kryštalizáciou síranu olovnatého. Nemal by sa však označovať ako výrobok s nulovým starnutím. Ako každá nabíjateľná batéria, aj sodíkovo-iónové batérie stále potrebujú ochranu BMS, kontrolu teploty a validáciu na základe údajov.
Technický kontrolný zoznam pred výberom 12V sodíkovo-iónovej batérie
Predtým, ako požiadate dodávateľa o určenie veľkosti batérie, použite tento zoznam ako kontrolný dotazník.
| Parameter | Minimálny potrebný vstup | Prečo je to dôležité |
|---|
| Potreba vody | Litre alebo galóny za deň | Určuje celkovú prácu |
| TDH | Zdvih, strata v potrubí, tlak | Zabraňuje poddimenzovaniu energie |
| Napätie čerpadla | 12V, 24V alebo AC | Zodpovedá batérii a ovládaču |
| Bežiaci prúd | Menovitý alebo meraný prúd | Definuje nepretržité vypúšťanie |
| Spúšťací prúd | Odhadovaný alebo nameraný vrchol | Definuje špičkovú požiadavku BMS |
| Plán čerpania | Deň, ráno, noc, zamračené zálohovanie | Určuje batériu Wh |
| Cieľ autonómie | Počet dní zálohovania | Určuje záložnú kapacitu |
| Teplota | Minimálna/maximálna teplota batériového boxu | Ovplyvňuje BMS a životnosť cyklu |
| Vedenie kábla | Dĺžka a rozchod | Zabraňuje poklesu napätia |
| Skriňa | Stupeň krytia IP, vetranie, vystavenie teplu | Ovplyvňuje spoľahlivosť |
Ak tieto hodnoty pošlete dodávateľovi batérií, môže oveľa presnejšie určiť kapacitu, prúd BMS, kryt a stratégiu nabíjania.
Úplné zhrnutie príkladu
| Dizajnová položka | Hodnota |
|---|
| Denný objem vody | 10,000L |
| TDH | 30m |
| Účinnosť čerpadla | 60% |
| Úplná denná potreba energie | 1 362Wh |
| Podiel podporovaný batériou | 20% |
| Požadovaná energia batérie | 272Wh |
| Využiteľná energia batérie | 22,7 Ah |
| Predpoklad DoD o sodíkových iónoch | 90%, overiť podľa technického listu |
| Minimálna menovitá kapacita | 25,2Ah |
| Praktický jednodňový výber | 12V 30Ah |
| Praktický výber oblačných dní | Približne 12V 100Ah |
| Príklad bežiaceho prúdu čerpadla | 10A |
| Odporúčané maximálne vybitie | Minimálne 30A-50A |
Toto nie je univerzálna veľkosť batérie. Je to metóda určovania veľkosti. Ak sa zvýši TDH, dĺžka potrubia, výstupný tlak, čas čerpania mimo slnka, spúšťací prúd alebo požiadavka na autonómiu, zvýši sa aj požadovaná veľkosť batérie.
Záver
Spoľahlivá batéria solárneho zavlažovacieho čerpadla sa nevyberá len podľa počtu ampérhodín, ale podľa toho, či zodpovedá požiadavkám na vodu, TDH, účinnosti čerpadla, spúšťaciemu prúdu, využiteľnému DoD, dňu autonómie, stratám v zapojení a podmienkam v teréne. 12 V sodíkovo-iónová batéria môže byť silnou voľbou pre vzdialené poľnohospodárske čerpanie, keď sa balík prispôsobí skutočnému systému - nevyberá sa len na základe chemických tvrdení. Kontaktujte nás navrhnúť správne sodíkovo-iónová batéria pre vaše diaľkové solárne zavlažovacie čerpadlo.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Ako vypočítam veľkosť batérie pre 12V solárne zavlažovacie čerpadlo?
Vypočítajte požadované watthodiny z denného objemu vody, TDH a účinnosti čerpadla. Potom sa rozhodnite, koľko energie sa musí čerpať z batérie namiesto priamej solárnej energie. Wh prepočítajte na Ah vydelením 12 V, upravte na využiteľnú DoD a vynásobte dňami autonómie, ak sa vyžaduje záloha pri oblačnosti.
Zvládne 12 V sodíkovo-iónová batéria spúšťací prúd čerpadla?
Áno, ak je balík navrhnutý s vhodnou BMS a menovitým vybíjaním článkov. V prípade mnohých malých systémov čerpadiel na jednosmerný prúd by mal byť špičkový vybíjací výkon batérie aspoň 3× až 5× vyšší ako trvalý prevádzkový prúd čerpadla.
Potrebujem nádržku na vodu, aj keď používam väčšiu batériu?
Zvyčajne áno. Pri poľnohospodárskom čerpaní je uskladnená voda často lacnejšia a spoľahlivejšia ako predimenzovaná kapacita batérií. Silná konštrukcia využíva solárne panely na čerpanie počas dňa, nádrž na uskladnenie vody a batériu na pokrytie rannej, večernej, zamračenej alebo záložnej prevádzky.
Pošlite denný objem vody, TDH, napätie čerpadla, prevádzkový prúd, spúšťací prúd, plán čerpania, požiadavku na autonómny deň, miestny teplotný rozsah, dĺžku kábla, podmienky krytu a či systém používa priame čerpanie jednosmerným prúdom alebo menič.