يمكن النظر في عاكس مضخة شمسية بقدرة 7.5kW لمزرعة كينية تستخدم مضخة بئر ارتوازية ثلاثية الطور متوافقة. ومع ذلك، يتطلب اختيار العاكس أكثر من مطابقة قدرة المحرك. فيجب فحص إنتاجية البئر والرأس الديناميكي الكلي وتيار المحرك وجهد الألواح الشمسية قبل تصميم النظام.
السيناريو المرجعي: مزرعة ذات وصول محدود إلى الشبكة
لنأخذ مزرعة في كينيا تستخدم مضخة غاطسة ثلاثية الطور بقدرة 7.5kW وجهد 380V.
يرغب المزارع في استخدام الطاقة الشمسية لملء خزان تخزين نهارًا وتوزيع المياه للري عند الحاجة.
ويكمن التحدي الرئيسي في الحفاظ على جدول ضخ مناسب دون السماح للبئر بالجفاف.
تكوين النظام الموصى به
يمكن تقييم عاكس المضخة الشمسية QB100-PV بقدرة 7.5kW من IDEEI بعد التأكد من التيار الاسمي للمحرك.
يشمل النظام النموذجي مصفوفة كهروضوئية وعاكس مضخة شمسية ومضخة غاطسة وخزان تخزين وحماية مناسبة لمستوى المياه.
يجب حساب تكوين الوحدات الكهروضوئية باستخدام جهد التشغيل للوحدة الشمسية وجهد الدائرة المفتوحة والقدرة الاسمية.
يحدد حجم المياه اليومي المطلوب أيضًا ما إذا كانت المضخة وساعات التشغيل الشمسي المتاحة قادرة على تلبية طلب الري.
يجب ضبط الحماية من التشغيل الجاف واختبارها وفقًا للمعدات المختارة وظروف الموقع.
ورقة عمل عملية للطلب على المياه في المزرعة الكينية
ابدأ بحجم المياه الذي تحتاجه المزرعة، وليس بملصق العاكس. سجّل المساحة المروية ونوع المحصول وطريقة الري والاحتياج اليومي المتوقع من المياه وعدد الأيام التي يجب أن يغطيها خزان التخزين. وإذا كان لدى المزارع عدة قطع، فحدد أيضًا ما إذا كانت القطع تعمل معًا أو في نوافذ ري منفصلة. فخزان التخزين يجعل من الممكن الضخ عند توفر ضوء الشمس وتوزيع المياه لاحقًا، لكن يجب تحديد حجم الخزان وفقًا للاستهلاك الفعلي وتخطيط الري. ولا تفترض أن محركًا بقدرة 7.5kW سيقدم عددًا ثابتًا من الأمتار المكعبة في الساعة عند كل بئر.
بالنسبة لهذا المشروع المرجعي، يجب على المالك الحصول على منحنى أداء المضخة من الشركة المصنعة. ويوضح المنحنى العلاقة بين التدفق ورأس الضخ عند السرعة المقصودة. ويجمع الرأس الديناميكي الكلي بين مستوى المياه أثناء الضخ وارتفاع نقطة التسليم والضغط الذي تحتاجه شبكة الري وفواقد احتكاك الأنابيب. فالعمق المحفور للبئر ليس هو نفسه مستوى المياه الديناميكي. وإذا انخفض مستوى المياه أثناء التشغيل، فقد يتغير كل من الرأس المطلوب وإنتاجية البئر المتاحة. ويجب على الفني مقارنة معدل الضخ المطلوب مع اختبار مناسب لإنتاجية البئر بدلًا من الاعتماد على اختبار بصري قصير.
تأكد من المحرك ثلاثي الطور قبل اختيار عاكس بقدرة 7.5kW
اطلب صورة واضحة للوحة بيانات المحرك الكاملة توضح القدرة الاسمية والجهد والتيار والتردد ومعلومات التوصيل. ويجب فحص الوحدة المقترحة QB100-PV بقدرة 7.5kW مقابل التيار الاسمي للمضخة ونسخة محرك التردد المتغير الدقيقة. فقد يكون لمحركين موصوفين بقدرة 7.5kW تياران اسميان مختلفان ومتطلبات إمداد كهربائي وقيود تركيب مختلفة. فمحرك تردد متغير أعلى قدرة ليس علاجًا لمضخة لا يستطيع منحنى أدائها الهيدروليكي تلبية حجم المياه والرأس المطلوبين.
يجب على الفني تسجيل طول كابل المحرك ونوع الكابل وأعمال رأس البئر وترتيب التأريض وأي معدات وقائية قائمة. فقد تتطلب كابلات المحرك الطويلة تقييمًا إضافيًا لهبوط الجهد وتأثيرات تبديل محرك التردد المتغير. وبالنسبة للمحرك الغاطس، اتبع توصيات الشركة المصنعة للمحرك بشأن طول الكابل ومرشحات الخرج. ويجب أن يقيّم كهربائي مؤهل أجهزة الحماية والعزل والتأريض قبل تغذية النظام بالطاقة. فالعاكس عنصر واحد في تركيب كهربائي وهيدروليكي أكبر ولا يجب التعامل معه كمجموعة متكاملة لحفر البئر.
ابنِ المصفوفة الشمسية من ورقة بيانات الوحدة الفعلية
توفر ورقة بيانات الوحدة الكهروضوئية المناسبة القدرة القصوى وجهد التشغيل عند القدرة القصوى (Vmp) وجهد الدائرة المفتوحة (Voc) وتيار التشغيل (Imp) ومعاملات درجة الحرارة. وفي حساب أولي بسيط، تزيد إضافة وحدات متطابقة على التسلسل جهد السلسلة، بينما تزيد إضافة سلاسل مكافئة على التوازي التيار المتاح. وبالنسبة للعاكس المقترح، قارن جهد سلسلة التشغيل المقدر مع نافذة تشغيل MPPT المحددة وتحقق من أعلى جهد دائرة مفتوحة متوقع مقابل حد دخل التيار المستمر المطلق. وراعِ أن جهد الوحدة يتغير مع درجة حرارة الخلية.
يجب أيضًا النظر في قدرة المصفوفة جنبًا إلى جنب مع الساعات التي تحتاج فيها المزرعة إلى المياه. فقد يقلل سوء التوجيه والتظليل الجزئي والغبار والفواقد الحرارية والتغيرات الموسمية في الإشعاع زمن الضخ القابل للاستخدام. وقد تظل المصفوفة التي تبدو كافية من قدرة اللوحة الاسمية وحدها عاجزة عن ملء خزان التخزين في أوقات معينة من السنة. واطلب حسابًا خاصًا بالموقع أو تقدير تشغيل متحفظًا بدلًا من التعامل مع الإنتاج اليومي كأمر مضمون. وإذا كانت هناك مصفوفة قائمة، فقدّم طراز الوحدة والتوصيل الفعلي على التسلسل والتوازي قبل أن تطلب من المورّد اعتمادها.
صمم الحماية من التشغيل الجاف والحماية من ارتفاع مستوى المياه
يجب أن يتوقف نظام ضخ البئر أو يقلل التشغيل عندما لا يستطيع مصدر المياه تحمل الضخ بأمان. ووفقًا للتكوين المعتمد، يمكن استخدام حساس مختار بشكل مناسب أو مفتاح مستوى أو طريقة متوافقة لمراقبة المضخة لحمايتها. ويمكن لمفتاح مستوى الخزان أو أداة تحكم معتمدة أخرى منع الضخ غير الضروري عندما يصل خزان التخزين إلى المستوى العلوي المختار. ويجب تحديد هذه الأجهزة في العرض الفني والتجاري؛ ولا تفترض أن حساسًا خارجيًا أو كابله مشمول لمجرد أن العاكس يمتلك وظائف حماية ذات صلة.
يجب على الفني اختبار استجابة التشغيل الجاف وإيقاف امتلاء الخزان وشروط إعادة التشغيل وسلوك الإنذار أثناء التشغيل. وإذا كانت المزرعة تستخدم المراقبة عن بُعد، فتحقق مما إذا كانت وحدة اتصال متاحة للوحدة الدقيقة وما الاتصال المحلي المطلوب ومن المسؤول عن استقبال الإنذارات. فالمراقبة عن بُعد لا تغني عن الفحص البصري المجدول لرأس البئر وتسربات المياه والمرشحات وأجهزة الحماية وكابل المضخة. وإذا كانت البئر تنتج مياهًا رملية أو تفقد التحضير بشكل متكرر، فالمشكلة الهيدروليكية تحتاج أيضًا إلى علاج خاص بها.
ركّب العاكس وفقًا لظروف الموقع الكيني الفعلية
ضع المعدات الكهربائية في موقع يفي بتصنيف علبة الطراز المختار وحدوده البيئية. فالتظليل والتهوية المناسبة وغدد الكابلات وسطح التثبيت الآمن والحماية الكهربائية المحددة بشكل صحيح مهمة لعمر خدمة طويل. فخزانة التحكم العادية ليست مناسبة تلقائيًا للمطر المباشر أو الفيضانات أو التعرض المطول للحرارة الشديدة. وإذا كان محرك التردد المتغير المقترح طرازًا صناعيًا داخليًا، فيجب تصميم العلبة الخارجية وترتيب التبريد بشكل منفصل بدلًا من وصف محرك التردد المتغير نفسه كمنتج خارجي IP65 أو IP66.
يجب على الفني تأكيد قطبية التيار المستمر وجهد الدخل وأسلاك محرك التيار المتردد وبارامترات المحرك المسموح بها وجميع معدات العزل والحماية اللازمة وفقًا لتعليمات الشركات المصنعة. وبعد التشغيل، سجّل تيار التشغيل وتقدير توصيل المياه وأدوات التحكم في الخزان ورسائل التحذير وبارامترات محرك التردد المتغير المضبوطة. فهذه السجلات تجعل الدعم الفني اللاحق أكثر فعالية وتساعد على التمييز بين عطل محرك التردد المتغير وتغير ظروف البئر أو تلف الأنبوب.
قارن بين التصميم الشمسي المباشر ومتطلبات احتياطي الشبكة
إذا كان جدول ري المزرعة يمكن تلبيته بالضخ النهاري وتخزين المياه، فقد يكون الترتيب الشمسي أولًا كافيًا. وإذا كان المالك يتطلب ضخًا إضافيًا خارج ساعات ضوء الشمس الجيد، فناقش إمداد التيار المتردد المتاح وكيف يُسمح للعاكس المختار باستخدامه. ويجب على المشتري التمييز بين الاختيار اليدوي للمصدر والتبديل التلقائي للمصدر والتشغيل المتزامن للطاقة الشمسية والتيار المتردد. فهي متطلبات كهربائية مختلفة ويجب عدم افتراض تبادلها. ويجب على المورّد تأكيد الطراز الفعلي وأي معدات تبديل خارجية والأسلاك المعتمدة قبل أن يشتري العميل مكونات اختيارية.
حيثما اقتُرح مولد تيار متردد، قدّم جهد المولد وتردده وسعته بالإضافة إلى لوحة بيانات المضخة. فمصدر طاقة صغير الحجم أو سيئ التنظيم قد يقدم صعوبات تشغيل جديدة حتى لو كان العاكس نفسه مختارًا بشكل صحيح. ويجب أن توضح وثائق المشروع ما إذا كان مصدر التيار المتردد ضروريًا لتلبية الطلب اليومي أو محفوظًا للظروف غير العادية. فهذا القرار يغيّر قائمة الملحقات والتكلفة الرأسمالية وخطة التشغيل.
أربعة أسئلة شائعة من فنيي المزارع
هل يمكن لأي عاكس شمسي بقدرة 7.5kW تشغيل مضخة البئر هذه؟
لا. فيجب أن يتطابق الجهد الاسمي للمحرك والتيار الاسمي ونوع المحرك والكابلات ودورة العمل الهيدروليكية مع محرك التردد المتغير المختار وتصميم الموقع. فالقدرة الاسمية ليست سوى خطوة الفرز الأولى.
كم عدد الألواح الشمسية التي يجب أن تشتريها المزرعة؟
لا يوجد عدد ألواح شامل لكل مضخة بقدرة 7.5kW. فالإجمالي يعتمد على جهد الوحدة الفردية وقدرتها وحدود دخل العاكس المختار ودرجة حرارة الموقع والإشعاع الموسمي والطلب اليومي على المياه. ويحتاج التخطيط النهائي على التسلسل والتوازي إلى مراجعة هندسية.
هل تحتاج المضخة إلى بطارية لتوفير المياه ليلًا؟
ليس بالضرورة. فخزان ذو حجم صحيح يمكنه تخزين المياه المضخوخة نهارًا وتوصيلها لاحقًا، حسب نظام التوزيع. وإذا كان يجب تشغيل المضخة نفسها ليلًا، فمصدر طاقتها يتطلب تصميمًا منفصلًا.
هل حساس مستوى المياه مشمول مع العاكس؟
لا تفترض ذلك. ويجب على المورّد تحديد وظائف محرك التردد المتغير القياسية والحساسات الخارجية المتوافقة وأطوال الكابلات والملحقات كبنود منفصلة عند الاقتضاء.
قائمة تحقق عملية لعرض السعر والشحن
عند التواصل مع IDEEI، أرفق لوحة بيانات المحرك الكاملة وطراز المضخة ومنحناها ومعلومات اختبار البئر الحديثة ومستوى المياه الديناميكي وحجم المياه اليومي المطلوب والارتفاع وطول الأنبوب إلى الخزان وورقة بيانات الوحدة الشمسية. وحدد الكمية المطلوبة ومقاطعة التركيب أو البلدة في كينيا ووجهة التسليم المقصودة وما إذا كنت تحتاج إلى حساسات أو خزانة وقائية أو وحدة اتصال أو خيار احتياطي للتيار المتردد. وإذا كانت هذه عملية شراء عينة، فاتفق على خطة قبول فني قبل طلب محركات إضافية.
اطلب من عرض السعر التمييز بين العاكس والمضخة والألواح الكهروضوئية وحساسات المستوى ومعدات الحماية والوحدات الاختيارية والتغليف والشحن الدولي والمسؤوليات المتعلقة بالاستيراد. وتأكد من شرط التجارة الدولية ووثائق الشحن والوجهة والجهة التي ترتب التخليص الجمركي؛ فسعر الشحن وحده لا يثبت التسليم من الباب إلى الباب أو الرسوم المشمولة. فالسيناريو في هذا المقال يوضح كيفية التعامل مع تركيب مزرعة كينية وليس ادعاءً بأن IDEEI قد ورّدت هذه المزرعة بالذات.
التواصل الفني والتسليم إلى كينيا
قبل عرض السعر، أرسل لوحة بيانات المضخة ومعلومات اختبار البئر والرأس والتدفق المطلوبين وورقة بيانات الوحدة الشمسية والوجهة.
إذا كانت هذه أول عملية شراء، فيمكن للفني طلب وحدة عينة للتقييم الفني قبل تقديم طلب أكبر.
يجب أن يحدد العرض التجاري العاكس والحساسات الاختيارية والتغليف والشحن وشروط التسليم المتفق عليها كلًا على حدة.
أرسل مواصفات مضخة البئر بقدرة 7.5kW إلى IDEEI لمراجعة اختيار خاصة بالمشروع.