Capítulo 27 / Chapter 27

Diseño de Sistemas de Bombeo Solar

27.1 Introducción al Diseño de Sistemas de Bombeo Solar

El diseño de un sistema de bombeo solar requiere un análisis detallado de todos los parámetros del sistema para garantizar un funcionamiento óptimo y eficiente. Un diseño correcto debe considerar las características del pozo, las necesidades de agua, las condiciones climáticas y los componentes del sistema.

Un diseño adecuado permite maximizar la producción de agua, optimizar el uso de la energía solar disponible y garantizar un funcionamiento fiable durante toda la vida útil del sistema.

Diseño de Sistemas de Bombeo Solar Solener - Optimización Total - Máxima Eficiencia

27.2 Datos Necesarios para el Diseño

Para realizar un diseño correcto del sistema de bombeo solar, se necesitan los siguientes datos:

Datos del pozo: Profundidad, nivel estático, nivel dinámico, caudal disponible
Datos de demanda: Caudal requerido, horario de bombeo, almacenamiento
Datos climáticos: Radiación solar, temperatura, horas de sol
Datos del terreno: Topografía, accesibilidad, orientación
Datos de la instalación: Distancia al punto de consumo, altura de impulsión

27.3 Características del Pozo

Las características del pozo son fundamentales para el diseño del sistema:

Parámetro	Descripción	Importancia
Profundidad total	Profundidad total del pozo	Alta - Determina la altura total de impulsión
Nivel estático	Nivel del agua en reposo	Alta - Determina la altura de aspiración
Nivel dinámico	Nivel del agua durante el bombeo	Muy alta - Determina la altura real de impulsión
Caudal disponible	Caudal máximo que puede proporcionar el pozo	Muy alta - Determina el caudal máximo de bombeo
Diámetro del pozo	Diámetro interior del pozo	Media - Determina el diámetro máximo de la bomba

27.4 Cálculo de la Altura Manométrica Total

Altura manométrica total (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

Donde:
Hg = Altura geométrica (diferencia de cotas)
Hf = Pérdidas por fricción en la tubería
Hr = Pérdidas en la recarga del depósito
Hp = Presión requerida en el punto de consumo

Altura geométrica:
Hg = Cota_pozo - Cota_consumo
Si hay aspiración: Hg = Cota_bomba - Cota_nivel_dinámico + Cota_consumo - Cota_bomba

Pérdidas por fricción:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
Donde:
f = Coeficiente de fricción (depende del material y rugosidad)
L = Longitud de la tubería (m)
D = Diámetro interior de la tubería (m)
v = Velocidad del agua (m/s)
g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/s²)

27.5 Cálculo de las Pérdidas por Fricción

Fórmula de Darcy-Weisbach:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

Fórmula de Hazen-Williams (más sencilla):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Donde:
Hf = Pérdidas por fricción (m)
L = Longitud de la tubería (m)
Q = Caudal (m³/s)
D = Diámetro interior (m)
C = Coeficiente de rugosidad (depende del material)

Coeficientes de rugosidad (C):
- PVC: 150
- PE: 150
- Acero nuevo: 130
- Acero usado: 100
- Fibrocemento: 120
- Hormigón: 120

27.6 Pérdidas Singulares

Las pérdidas singulares son las pérdidas de carga producidas por accesorios y cambios de dirección en la tubería:

Accesorio	Coeficiente (K)
Codo 90°	0.9
Codo 45°	0.4
Tee (flujo directo)	0.3
Tee (flujo lateral)	1.3
Válvula de compuerta abierta	0.2
Válvula de retención	2.5
Entrada de tubería	0.5
Salida de tubería	1.0

27.7 Cálculo del Caudal Requerido

Caudal requerido:
Q_req = V_req / t_bombeo

Donde:
Q_req = Caudal requerido (m³/h)
V_req = Volumen requerido (m³)
t_bombeo = Horas de bombeo disponibles (h)

Ejemplo:
Volumen requerido: 50 m³/día
Horas de sol disponibles: 6 horas
Q_req = 50 / 6 = 8.33 m³/h

Considerar caudal del pozo:
Q_bombeo ≤ Q_pozo
El caudal de bombeo no debe superar el caudal disponible del pozo

27.8 Selección de la Bomba

La selección de la bomba se realiza considerando:

Altura manométrica total: Determina el tipo y tamaño de la bomba
Caudal requerido: Determina el tamaño de la bomba
Tipo de bomba: Sumergible o superficial según la altura
Curva característica: La curva de la bomba debe pasar por el punto de trabajo
Eficiencia: La bomba debe trabajar en su punto de máxima eficiencia

27.9 Selección del Tipo de Bomba

Altura Manométrica	Tipo de Bomba Recomendado
< 15 m	Bomba centrífuga superficial
15-50 m	Bomba sumergible multicelular
50-150 m	Bomba sumergible multicelular
> 150 m	Bomba sumergible multicelular de alta presión

27.10 Cálculo de la Potencia Hidráulica

Potencia hidráulica:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

Donde:
Ph = Potencia hidráulica (kW)
ρ = Densidad del agua (1000 kg/m³)
g = Aceleración de la gravedad (9.81 m/s²)
Hmt = Altura manométrica total (m)
Q = Caudal (m³/h)

Ejemplo:
Hmt = 80 m
Q = 8 m³/h
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 kW

27.11 Cálculo de la Potencia Eléctrica

Potencia eléctrica del motor:
Pe = Ph / (ηbomba × ηmotor)

Donde:
Pe = Potencia eléctrica (kW)
Ph = Potencia hidráulica (kW)
ηbomba = Rendimiento de la bomba (0.5-0.8)
ηmotor = Rendimiento del motor (0.85-0.95)

Ejemplo:
Ph = 1.74 kW
ηbomba = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 kW

27.12 Cálculo de la Potencia Fotovoltaica

Potencia fotovoltaica necesaria:
Pfv = Pe / (ηinversor × Fsub)

Donde:
Pfv = Potencia fotovoltaica (kWp)
Pe = Potencia eléctrica (kW)
ηinversor = Rendimiento del inversor (0.95-0.98)
Fsub = Factor de subdimensionamiento (1.2-1.4)

Factor de subdimensionamiento:
- Zonas con buena radiación: 1.2
- Zonas con radiación media: 1.3
- Zonas con baja radiación: 1.4

Ejemplo:
Pe = 2.97 kW
ηinversor = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 kWp
Seleccionar: 3.3 kWp (10 paneles de 330 Wp)

27.13 Cálculo del Caudal Diario

Caudal diario bombeado:
V_día = Q × t_sol × F_corr

Donde:
V_día = Volumen diario bombeado (m³)
Q = Caudal de la bomba (m³/h)
t_sol = Horas de sol efectivas (h)
F_corr = Factor de corrección (0.7-0.9)

Factor de corrección:
- Considera variaciones de radiación
- Considera variaciones de temperatura
- Considera pérdidas del sistema
- Típico: 0.8

Ejemplo:
Q = 8 m³/h
t_sol = 6 h
F_corr = 0.8
V_día = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 m³/día

27.14 Cálculo del Almacenamiento

Volumen de almacenamiento necesario:
V_alm = V_consumo × Días_autonomía

Donde:
V_alm = Volumen de almacenamiento (m³)
V_consumo = Consumo diario (m³/día)
Días_autonomía = Días de autonomía (2-5 días)

Días de autonomía recomendados:
- Zonas con buena radiación: 2 días
- Zonas con radiación media: 3 días
- Zonas con baja radiación: 4-5 días

Ejemplo:
V_consumo = 50 m³/día
Días_autonomía = 3 días
V_alm = 50 × 3 = 150 m³

27.15 Selección del Inversor

La selección del inversor se realiza considerando:

Potencia del motor: El inversor debe ser adecuado para la potencia del motor
Tipo de motor: Trifásico o monofásico
Tipo de control: VVF (Variable Frequency Drive) para bombas
Función MPPT: Imprescindible para maximizar la producción
Protecciones: Protecciones completas para el motor y el sistema

27.16 Configuración de los Paneles

Configuración de los paneles:

Configuración en serie:
- Aumenta la tensión
- Mantiene la corriente
- V_total = V_panel × N_serie
- I_total = I_panel

Configuración en paralelo:
- Mantiene la tensión
- Aumenta la corriente
- V_total = V_panel
- I_total = I_panel × N_paralelo

Configuración mixta:
- Combinación serie-paralelo
- V_total = V_panel × N_serie
- I_total = I_panel × N_paralelo

Consideraciones:
- La tensión debe estar dentro del rango del inversor
- Considerar la temperatura (afecta a la tensión)
- Considerar las pérdidas por sombreado

27.17 Orientación e Inclinación de los Paneles

Orientación:
- Hemisferio norte: Sur (azimut 0°)
- Hemisferio sur: Norte (azimut 180°)
- Tolerancia: ±15°

Inclinación óptima:
- Uso anual: β = Latitud
- Uso en verano: β = Latitud - 10°
- Uso en invierno: β = Latitud + 10°
- Bombeo solar: β = Latitud

Consideraciones:
- Evitar sombreado entre filas
- Distancia mínima entre filas
- Considerar la topografía del terreno

27.18 Cálculo de la Distancia entre Filas

Distancia entre filas:
d = h / tan(α)

Donde:
d = Distancia entre filas (m)
h = Altura del panel (m)
α = Ángulo solar (depende de la latitud y época del año)

Ángulo solar para el solsticio de invierno:
α = 61° - Latitud

Ejemplo (Latitud 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 m × sin(40°) = 1.06 m
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 m
Distancia recomendada: 3 m

27.19 Verificación del Diseño

Una vez realizado el diseño, se debe verificar:

Caudal diario: Verificar que el caudal diario cumple con las necesidades
Altura manométrica: Verificar que la bomba puede trabajar a la altura requerida
Punto de trabajo: Verificar que el punto de trabajo está en la zona de máxima eficiencia
Potencia fotovoltaica: Verificar que la potencia fotovoltaica es suficiente
Almacenamiento: Verificar que el almacenamiento es suficiente

27.20 Optimización del Diseño

El diseño puede optimizarse considerando:

Selección de la bomba: Seleccionar la bomba más eficiente para el punto de trabajo
Configuración de paneles: Optimizar la configuración serie-paralelo
Orientación e inclinación: Optimizar según la época de uso
Almacenamiento: Optimizar el volumen de almacenamiento
Horario de bombeo: Optimizar el horario de bombeo

27.21 Ejemplo Completo de Diseño

Datos del proyecto:
- Consumo diario: 50 m³/día
- Profundidad del pozo: 80 m
- Nivel dinámico: 60 m
- Altura de impulsión: 20 m
- Latitud: 40°
- Horas de sol: 6 h/día

Cálculos:
- Altura manométrica: Hmt = 60 + 20 + pérdidas = 85 m
- Caudal requerido: Q = 50/6 = 8.33 m³/h
- Potencia hidráulica: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 kW
- Potencia eléctrica: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 kW
- Potencia fotovoltaica: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 kWp

Selección de componentes:
- Bomba: Sumergible multicelular, 3.5 kW, 85 m, 8.5 m³/h
- Paneles: 12 paneles de 330 Wp (3.96 kWp)
- Configuración: 3 series de 4 paneles en paralelo
- Inversor: 4 kW, MPPT, VVF
- Almacenamiento: 150 m³ (3 días de autonomía)

27.22 Consideraciones Finales

Seguridad: Considerar todas las medidas de seguridad
Mantenimiento: Facilitar el mantenimiento del sistema
Accesibilidad: Facilitar el acceso al sistema
Protección: Proteger el sistema contra sobretensiones y sobrecorrientes
Documentación: Documentar todo el diseño y los cálculos

Resumen del Capítulo 27: El diseño de un sistema de bombeo solar requiere un análisis detallado de todos los parámetros del sistema. Se deben considerar las características del pozo (profundidad, nivel estático, nivel dinámico, caudal disponible), las necesidades de agua (caudal requerido, horario de bombeo), las condiciones climáticas (radiación solar, temperatura) y los componentes del sistema (bomba, paneles, inversor). El cálculo de la altura manométrica total incluye la altura geométrica, las pérdidas por fricción, las pérdidas singulares y la presión requerida. La selección de la bomba se realiza considerando la altura manométrica y el caudal requerido. La potencia fotovoltaica se calcula considerando la potencia eléctrica necesaria, el rendimiento del inversor y un factor de subdimensionamiento.

27.1 Introduction à la Conception des Systèmes de Pompage Solaire

La conception d'un système de pompage solaire nécessite une analyse détaillée de tous les paramètres du système pour garantir un fonctionnement optimal et efficace. Une conception correcte doit considérer les caractéristiques du puits, les besoins en eau, les conditions climatiques et les composants du système.

Une conception adéquate permet de maximiser la production d'eau, d'optimiser l'utilisation de l'énergie solaire disponible et de garantir un fonctionnement fiable pendant toute la durée de vie du système.

Conception de Systèmes de Pompage Solaire Solener - Optimisation Totale - Efficacité Maximale

27.2 Données Nécessaires pour la Conception

Pour réaliser une conception correcte du système de pompage solaire, les données suivantes sont nécessaires:

Données du puits: Profondeur, niveau statique, niveau dynamique, débit disponible
Données de demande: Débit requis, horaire de pompage, stockage
Données climatiques: Radiation solaire, température, heures de soleil
Données du terrain: Topographie, accessibilité, orientation
Données de l'installation: Distance au point de consommation, hauteur d'impulsion

27.3 Caractéristiques du Puits

Les caractéristiques du puits sont fondamentales pour la conception du système:

Paramètre	Description	Importance
Profondeur totale	Profondeur totale du puits	Haute - Détermine la hauteur totale d'impulsion
Niveau statique	Niveau de l'eau au repos	Haute - Détermine la hauteur d'aspiration
Niveau dynamique	Niveau de l'eau pendant le pompage	Très haute - Détermine la hauteur réelle d'impulsion
Débit disponible	Débit maximum que peut fournir le puits	Très haute - Détermine le débit maximum de pompage
Diamètre du puits	Diamètre intérieur du puits	Moyenne - Détermine le diamètre maximum de la pompe

27.4 Calcul de la Hauteur Manométrique Totale

Hauteur manométrique totale (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

Où:
Hg = Hauteur géométrique (différence de cotes)
Hf = Pertes par friction dans la tuyauterie
Hr = Pertes dans la recharge du réservoir
Hp = Pression requise au point de consommation

Hauteur géométrique:
Hg = Cote_puits - Cote_consommation
S'il y a aspiration: Hg = Cote_pompe - Cote_niveau_dynamique + Cote_consommation - Cote_pompe

Pertes par friction:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
Où:
f = Coefficient de friction (dépend du matériau et de la rugosité)
L = Longueur de la tuyauterie (m)
D = Diamètre intérieur de la tuyauterie (m)
v = Vitesse de l'eau (m/s)
g = Accélération de la gravité (9.81 m/s²)

27.5 Calcul des Pertes par Friction

Formule de Darcy-Weisbach:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

Formule de Hazen-Williams (plus simple):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Où:
Hf = Pertes par friction (m)
L = Longueur de la tuyauterie (m)
Q = Débit (m³/s)
D = Diamètre intérieur (m)
C = Coefficient de rugosité (dépend du matériau)

Coefficients de rugosité (C):
- PVC: 150
- PE: 150
- Acier neuf: 130
- Acier usé: 100
- Fibrociment: 120
- Béton: 120

27.6 Pertes Singulières

Les pertes singulières sont les pertes de charge produites par les accessoires et changements de direction dans la tuyauterie:

Accessoire	Coefficient (K)
Coude 90°	0.9
Coude 45°	0.4
Tee (flux direct)	0.3
Tee (flux latéral)	1.3
Vanne de vanne ouverte	0.2
Vanne de retenue	2.5
Entrée de tuyauterie	0.5
Sortie de tuyauterie	1.0

27.7 Calcul du Débit Requis

Débit requis:
Q_req = V_req / t_pompage

Où:
Q_req = Débit requis (m³/h)
V_req = Volume requis (m³)
t_pompage = Heures de pompage disponibles (h)

Exemple:
Volume requis: 50 m³/jour
Heures de soleil disponibles: 6 heures
Q_req = 50 / 6 = 8.33 m³/h

Considérer le débit du puits:
Q_pompage ≤ Q_puits
Le débit de pompage ne doit pas dépasser le débit disponible du puits

27.8 Sélection de la Pompe

La sélection de la pompe se réalise en considérant:

Hauteur manométrique totale: Détermine le type et la taille de la pompe
Débit requis: Détermine la taille de la pompe
Type de pompe: Submersible ou superficielle selon la hauteur
Courbe caractéristique: La courbe de la pompe doit passer par le point de travail
Efficacité: La pompe doit travailler dans son point de maximale efficacité

27.9 Sélection du Type de Pompe

Hauteur Manométrique	Type de Pompe Recommandé
< 15 m	Pompe centrifuge superficielle
15-50 m	Pompe submersible multicellulaire
50-150 m	Pompe submersible multicellulaire
> 150 m	Pompe submersible multicellulaire de haute pression

27.10 Calcul de la Puissance Hydraulique

Puissance hydraulique:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

Où:
Ph = Puissance hydraulique (kW)
ρ = Densité de l'eau (1000 kg/m³)
g = Accélération de la gravité (9.81 m/s²)
Hmt = Hauteur manométrique totale (m)
Q = Débit (m³/h)

Exemple:
Hmt = 80 m
Q = 8 m³/h
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 kW

27.11 Calcul de la Puissance Électrique

Puissance électrique du moteur:
Pe = Ph / (ηpompe × ηmoteur)

Où:
Pe = Puissance électrique (kW)
Ph = Puissance hydraulique (kW)
ηpompe = Rendement de la pompe (0.5-0.8)
ηmoteur = Rendement du moteur (0.85-0.95)

Exemple:
Ph = 1.74 kW
ηpompe = 0.65
ηmoteur = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 kW

27.12 Calcul de la Puissance Photovoltaïque

Puissance photovoltaïque nécessaire:
Pfv = Pe / (ηonduleur × Fsub)

Où:
Pfv = Puissance photovoltaïque (kWp)
Pe = Puissance électrique (kW)
ηonduleur = Rendement de l'onduleur (0.95-0.98)
Fsub = Facteur de sous-dimensionnement (1.2-1.4)

Facteur de sous-dimensionnement:
- Zones avec bonne radiation: 1.2
- Zones avec radiation moyenne: 1.3
- Zones avec basse radiation: 1.4

Exemple:
Pe = 2.97 kW
ηonduleur = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 kWp
Sélectionner: 3.3 kWp (10 panneaux de 330 Wp)

27.13 Calcul du Débit Journalier

Débit journalier pompé:
V_jour = Q × t_soleil × F_corr

Où:
V_jour = Volume journalier pompé (m³)
Q = Débit de la pompe (m³/h)
t_soleil = Heures de soleil effectives (h)
F_corr = Facteur de correction (0.7-0.9)

Facteur de correction:
- Considère variations de radiation
- Considère variations de température
- Considère pertes du système
- Typique: 0.8

Exemple:
Q = 8 m³/h
t_soleil = 6 h
F_corr = 0.8
V_jour = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 m³/jour

27.14 Calcul du Stockage

Volume de stockage nécessaire:
V_stock = V_consommation × Jours_autonomie

Où:
V_stock = Volume de stockage (m³)
V_consommation = Consommation journalière (m³/jour)
Jours_autonomie = Jours d'autonomie (2-5 jours)

Jours d'autonomie recommandés:
- Zones avec bonne radiation: 2 jours
- Zones avec radiation moyenne: 3 jours
- Zones avec basse radiation: 4-5 jours

Exemple:
V_consommation = 50 m³/jour
Jours_autonomie = 3 jours
V_stock = 50 × 3 = 150 m³

27.15 Sélection de l'Onduleur

La sélection de l'onduleur se réalise en considérant:

Puissance du moteur: L'onduleur doit être adapté à la puissance du moteur
Type de moteur: Triphasé ou monophasé
Type de contrôle: VVF (Variable Frequency Drive) pour pompes
Fonction MPPT: Indispensable pour maximiser la production
Protections: Protections complètes pour le moteur et le système

27.16 Configuration des Panneaux

Configuration des panneaux:

Configuration en série:
- Augmente la tension
- Maintient le courant
- V_total = V_panneau × N_série
- I_total = I_panneau

Configuration en parallèle:
- Maintient la tension
- Augmente le courant
- V_total = V_panneau
- I_total = I_panneau × N_parallèle

Configuration mixte:
- Combinaison série-parallèle
- V_total = V_panneau × N_série
- I_total = I_panneau × N_parallèle

Considérations:
- La tension doit être dans la plage de l'onduleur
- Considérer la température (affecte la tension)
- Considérer les pertes par ombrage

27.17 Orientation et Inclinaison des Panneaux

Orientation:
- Hémisphère nord: Sud (azimut 0°)
- Hémisphère sud: Nord (azimut 180°)
- Tolérance: ±15°

Inclinaison optimale:
- Usage annuel: β = Latitude
- Usage en été: β = Latitude - 10°
- Usage en hiver: β = Latitude + 10°
- Pompage solaire: β = Latitude

Considérations:
- Éviter ombrage entre rangs
- Distance minimale entre rangs
- Considérer la topographie du terrain

27.18 Calcul de la Distance entre Rangs

Distance entre rangs:
d = h / tan(α)

Où:
d = Distance entre rangs (m)
h = Hauteur du panneau (m)
α = Angle solaire (dépend de la latitude et de l'époque de l'année)

Angle solaire pour le solstice d'hiver:
α = 61° - Latitude

Exemple (Latitude 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 m × sin(40°) = 1.06 m
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 m
Distance recommandée: 3 m

27.19 Vérification de la Conception

Une fois la conception réalisée, on doit vérifier:

Débit journalier: Vérifier que le débit journalier satisfait les besoins
Hauteur manométrique: Vérifier que la pompe peut travailler à la hauteur requise
Point de travail: Vérifier que le point de travail est dans la zone de maximale efficacité
Puissance photovoltaïque: Vérifier que la puissance photovoltaïque est suffisante
Stockage: Vérifier que le stockage est suffisant

27.20 Optimisation de la Conception

La conception peut s'optimiser en considérant:

Sélection de la pompe: Sélectionner la pompe la plus efficace pour le point de travail
Configuration de panneaux: Optimiser la configuration série-parallèle
Orientation et inclinaison: Optimiser selon l'époque d'usage
Stockage: Optimiser le volume de stockage
Horaire de pompage: Optimiser l'horaire de pompage

27.21 Exemple Complet de Conception

Données du projet:
- Consommation journalière: 50 m³/jour
- Profondeur du puits: 80 m
- Niveau dynamique: 60 m
- Hauteur d'impulsion: 20 m
- Latitude: 40°
- Heures de soleil: 6 h/jour

Calculs:
- Hauteur manométrique: Hmt = 60 + 20 + pertes = 85 m
- Débit requis: Q = 50/6 = 8.33 m³/h
- Puissance hydraulique: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 kW
- Puissance électrique: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 kW
- Puissance photovoltaïque: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 kWp

Sélection de composants:
- Pompe: Submersible multicellulaire, 3.5 kW, 85 m, 8.5 m³/h
- Panneaux: 12 panneaux de 330 Wp (3.96 kWp)
- Configuration: 3 séries de 4 panneaux en parallèle
- Onduleur: 4 kW, MPPT, VVF
- Stockage: 150 m³ (3 jours d'autonomie)

27.22 Considérations Finales

Sécurité: Considérer toutes les mesures de sécurité
Maintenance: Faciliter la maintenance du système
Accessibilité: Faciliter l'accès au système
Protection: Protéger le système contre surtensions et surcourants
Documentation: Documenter toute la conception et les calculs

Résumé du Chapitre 27: La conception d'un système de pompage solaire nécessite une analyse détaillée de tous les paramètres du système. On doit considérer les caractéristiques du puits (profondeur, niveau statique, niveau dynamique, débit disponible), les besoins en eau (débit requis, horaire de pompage), les conditions climatiques (radiation solaire, température) et les composants du système (pompe, panneaux, onduleur). Le calcul de la hauteur manométrique totale inclut la hauteur géométrique, les pertes par friction, les pertes singulières et la pression requise. La sélection de la pompe se réalise en considérant la hauteur manométrique et le débit requis. La puissance photovoltaïque se calcule en considérant la puissance électrique nécessaire, le rendement de l'onduleur et un facteur de sous-dimensionnement.

27.1 Introduction to Solar Pumping System Design

The design of a solar pumping system requires a detailed analysis of all system parameters to guarantee optimal and efficient operation. A correct design must consider the well characteristics, water needs, climatic conditions, and system components.

An adequate design allows maximizing water production, optimizing the use of available solar energy, and guaranteeing reliable operation throughout the system's useful life.

Solar Pumping System Design Solener - Total Optimization - Maximum Efficiency

27.2 Data Required for Design

To perform a correct design of the solar pumping system, the following data is needed:

Well data: Depth, static level, dynamic level, available flow
Demand data: Required flow, pumping schedule, storage
Climatic data: Solar radiation, temperature, sun hours
Terrain data: Topography, accessibility, orientation
Installation data: Distance to consumption point, delivery height

27.3 Well Characteristics

Well characteristics are fundamental for system design:

Parameter	Description	Importance
Total depth	Total well depth	High - Determines total delivery height
Static level	Water level at rest	High - Determines suction height
Dynamic level	Water level during pumping	Very high - Determines actual delivery height
Available flow	Maximum flow the well can provide	Very high - Determines maximum pumping flow
Well diameter	Well interior diameter	Medium - Determines maximum pump diameter

27.4 Total Manometric Head Calculation

Total manometric head (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

Where:
Hg = Geometric height (elevation difference)
Hf = Friction losses in piping
Hr = Losses in tank recharge
Hp = Required pressure at consumption point

Geometric height:
Hg = Elevation_well - Elevation_consumption
If there is suction: Hg = Elevation_pump - Elevation_dynamic_level + Elevation_consumption - Elevation_pump

Friction losses:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
Where:
f = Friction coefficient (depends on material and roughness)
L = Piping length (m)
D = Piping interior diameter (m)
v = Water velocity (m/s)
g = Gravity acceleration (9.81 m/s²)

27.5 Friction Loss Calculation

Darcy-Weisbach formula:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

Hazen-Williams formula (simpler):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Where:
Hf = Friction losses (m)
L = Piping length (m)
Q = Flow (m³/s)
D = Interior diameter (m)
C = Roughness coefficient (depends on material)

Roughness coefficients (C):
- PVC: 150
- PE: 150
- New steel: 130
- Used steel: 100
- Fiber cement: 120
- Concrete: 120

27.6 Singular Losses

Singular losses are head losses produced by accessories and direction changes in piping:

Accessory	Coefficient (K)
90° elbow	0.9
45° elbow	0.4
Tee (direct flow)	0.3
Tee (lateral flow)	1.3
Gate valve open	0.2
Check valve	2.5
Piping entrance	0.5
Piping exit	1.0

27.7 Required Flow Calculation

Required flow:
Q_req = V_req / t_pumping

Where:
Q_req = Required flow (m³/h)
V_req = Required volume (m³)
t_pumping = Available pumping hours (h)

Example:
Required volume: 50 m³/day
Available sun hours: 6 hours
Q_req = 50 / 6 = 8.33 m³/h

Consider well flow:
Q_pumping ≤ Q_well
Pumping flow must not exceed available well flow

27.8 Pump Selection

Pump selection is made considering:

Total manometric head: Determines pump type and size
Required flow: Determines pump size
Pump type: Submersible or surface according to height
Characteristic curve: Pump curve must pass through working point
Efficiency: Pump must work at its maximum efficiency point

27.9 Pump Type Selection

Manometric Head	Recommended Pump Type
< 15 m	Surface centrifugal pump
15-50 m	Multicellular submersible pump
50-150 m	Multicellular submersible pump
> 150 m	High pressure multicellular submersible pump

27.10 Hydraulic Power Calculation

Hydraulic power:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

Where:
Ph = Hydraulic power (kW)
ρ = Water density (1000 kg/m³)
g = Gravity acceleration (9.81 m/s²)
Hmt = Total manometric head (m)
Q = Flow (m³/h)

Example:
Hmt = 80 m
Q = 8 m³/h
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 kW

27.11 Electrical Power Calculation

Motor electrical power:
Pe = Ph / (ηpump × ηmotor)

Where:
Pe = Electrical power (kW)
Ph = Hydraulic power (kW)
ηpump = Pump efficiency (0.5-0.8)
ηmotor = Motor efficiency (0.85-0.95)

Example:
Ph = 1.74 kW
ηpump = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 kW

27.12 Photovoltaic Power Calculation

Required photovoltaic power:
Pfv = Pe / (ηinverter × Fsub)

Where:
Pfv = Photovoltaic power (kWp)
Pe = Electrical power (kW)
ηinverter = Inverter efficiency (0.95-0.98)
Fsub = Sub-sizing factor (1.2-1.4)

Sub-sizing factor:
- Areas with good radiation: 1.2
- Areas with medium radiation: 1.3
- Areas with low radiation: 1.4

Example:
Pe = 2.97 kW
ηinverter = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 kWp
Select: 3.3 kWp (10 panels of 330 Wp)

27.13 Daily Flow Calculation

Daily pumped flow:
V_day = Q × t_sun × F_corr

Where:
V_day = Daily pumped volume (m³)
Q = Pump flow (m³/h)
t_sun = Effective sun hours (h)
F_corr = Correction factor (0.7-0.9)

Correction factor:
- Considers radiation variations
- Considers temperature variations
- Considers system losses
- Typical: 0.8

Example:
Q = 8 m³/h
t_sun = 6 h
F_corr = 0.8
V_day = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 m³/day

27.14 Storage Calculation

Required storage volume:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days

Where:
V_storage = Storage volume (m³)
V_consumption = Daily consumption (m³/day)
Autonomy_days = Autonomy days (2-5 days)

Recommended autonomy days:
- Areas with good radiation: 2 days
- Areas with medium radiation: 3 days
- Areas with low radiation: 4-5 days

Example:
V_consumption = 50 m³/day
Autonomy_days = 3 days
V_storage = 50 × 3 = 150 m³

27.15 Inverter Selection

Inverter selection is made considering:

Motor power: Inverter must be suitable for motor power
Motor type: Three-phase or single-phase
Control type: VVF (Variable Frequency Drive) for pumps
MPPT function: Essential to maximize production
Protections: Complete protections for motor and system

27.16 Panel Configuration

Panel configuration:

Series configuration:
- Increases voltage
- Maintains current
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel

Parallel configuration:
- Maintains voltage
- Increases current
- V_total = V_panel
- I_total = I_panel × N_parallel

Mixed configuration:
- Series-parallel combination
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel

Considerations:
- Voltage must be within inverter range
- Consider temperature (affects voltage)
- Consider shading losses

27.17 Panel Orientation and Tilt

Orientation:
- Northern hemisphere: South (azimuth 0°)
- Southern hemisphere: North (azimuth 180°)
- Tolerance: ±15°

Optimal tilt:
- Annual use: β = Latitude
- Summer use: β = Latitude - 10°
- Winter use: β = Latitude + 10°
- Solar pumping: β = Latitude

Considerations:
- Avoid shading between rows
- Minimum distance between rows
- Consider terrain topography

27.18 Distance Between Rows Calculation

Distance between rows:
d = h / tan(α)

Where:
d = Distance between rows (m)
h = Panel height (m)
α = Solar angle (depends on latitude and time of year)

Solar angle for winter solstice:
α = 61° - Latitude

Example (Latitude 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 m × sin(40°) = 1.06 m
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 m
Recommended distance: 3 m

27.19 Design Verification

Once design is completed, must verify:

Daily flow: Verify daily flow meets needs
Manometric head: Verify pump can work at required height
Working point: Verify working point is in maximum efficiency zone
Photovoltaic power: Verify photovoltaic power is sufficient
Storage: Verify storage is sufficient

27.20 Design Optimization

Design can be optimized considering:

Pump selection: Select most efficient pump for working point
Panel configuration: Optimize series-parallel configuration
Orientation and tilt: Optimize according to usage period
Storage: Optimize storage volume
Pumping schedule: Optimize pumping schedule

27.21 Complete Design Example

Project data:
- Daily consumption: 50 m³/day
- Well depth: 80 m
- Dynamic level: 60 m
- Delivery height: 20 m
- Latitude: 40°
- Sun hours: 6 h/day

Calculations:
- Manometric head: Hmt = 60 + 20 + losses = 85 m
- Required flow: Q = 50/6 = 8.33 m³/h
- Hydraulic power: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 kW
- Electrical power: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 kW
- Photovoltaic power: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 kWp

Component selection:
- Pump: Multicellular submersible, 3.5 kW, 85 m, 8.5 m³/h
- Panels: 12 panels of 330 Wp (3.96 kWp)
- Configuration: 3 series of 4 panels in parallel
- Inverter: 4 kW, MPPT, VVF
- Storage: 150 m³ (3 days autonomy)

27.22 Final Considerations

Safety: Consider all safety measures
Maintenance: Facilitate system maintenance
Accessibility: Facilitate system access
Protection: Protect system against overvoltages and overcurrents
Documentation: Document all design and calculations

Chapter 27 Summary: Solar pumping system design requires detailed analysis of all system parameters. Must consider well characteristics (depth, static level, dynamic level, available flow), water needs (required flow, pumping schedule), climatic conditions (solar radiation, temperature), and system components (pump, panels, inverter). Total manometric head calculation includes geometric height, friction losses, singular losses, and required pressure. Pump selection is made considering manometric head and required flow. Photovoltaic power is calculated considering required electrical power, inverter efficiency, and a sub-sizing factor.

27.1 مقدمة عن تصميم أنظمة الضخ الشمسي

يتطلب تصميم نظام الضخ الشمسي تحليلاً مفصلاً لجميع معلمات النظام لضمان التشغيل الأمثل والفعال. يجب أن يأخذ التصميم الصحيح في الاعتبار خصائص البئر، واحتياجات المياه، والظروف المناخية، ومكونات النظام.

يتيح التصميم المناسب تعظيم إنتاج المياه، وتحسين استخدام الطاقة الشمسية المتاحة، وضمان تشغيل موثوق طوال العمر الافتراضي للنظام.

تصميم أنظمة الضخ الشمسي Solener - التحسين الشامل - أقصى كفاءة

27.2 البيانات اللازمة للتصميم

لإجراء تصميم صحيح لنظام الضخ الشمسي، هناك حاجة إلى البيانات التالية:

بيانات البئر: العمق، المستوى الثابت، المستوى الديناميكي، التدفق المتاح
بيانات الطلب: التدفق المطلوب، جدول الضخ، التخزين
بيانات المناخ: الإشعاع الشمسي، درجة الحرارة، ساعات الشمس
بيانات الأرض: التضاريس، إمكانية الوصول، الاتجاه
بيانات التركيب: المسافة إلى نقطة الاستهلاك، ارتفاع الدفع

27.3 خصائص البئر

خصائص البئر أساسية لتصميم النظام:

المعامل	الوصف	الأهمية
العمق الكلي	العمق الكلي للبئر	عالي - يحدد ارتفاع الدفع الكلي
المستوى الثابت	مستوى الماء في حالة السكون	عالي - يحدد ارتفاع الشفط
المستوى الديناميكي	مستوى الماء أثناء الضخ	عالي جداً - يحدد ارتفاع الدفع الفعلي
التدفق المتاح	أقصى تدفق يمكن أن يوفره البئر	عالي جداً - يحدد أقصى تدفق للضخ
قطر البئر	القطر الداخلي للبئر	متوسط - يحدد أقصى قطر للمضخة

27.4 حساب الارتفاع المانومتري الكلي

الارتفاع المانومتري الكلي (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

حيث:
Hg = الارتفاع الهندسي (فرق الارتفاعات)
Hf = الخسائر بسبب الاحتكاك في الأنابيب
Hr = الخسائر في إعادة تعبئة الخزان
Hp = الضغط المطلوب عند نقطة الاستهلاك

الارتفاع الهندسي:
Hg = ارتفاع_البئر - ارتفاع_الاستهلاك
إذا كان هناك شفط: Hg = ارتفاع_المضخة - ارتفاع_المستوى_الديناميكي + ارتفاع_الاستهلاك - ارتفاع_المضخة

الخسائر بسبب الاحتكاك:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
حيث:
f = معامل الاحتكاك (يعتمد على المادة والخشونة)
L = طول الأنابيب (م)
D = القطر الداخلي للأنابيب (م)
v = سرعة الماء (م/ث)
g = تسارع الجاذبية (9.81 م/ث²)

27.5 حساب خسائر الاحتكاك

صيغة دارسي-فايسباخ:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

صيغة هازن-ويليامز (أبسط):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

حيث:
Hf = خسائر الاحتكاك (م)
L = طول الأنابيب (م)
Q = التدفق (م³/ث)
D = القطر الداخلي (م)
C = معامل الخشونة (يعتمد على المادة)

معاملات الخشونة (C):
- PVC: 150
- PE: 150
- فولاذ جديد: 130
- فولاذ مستعمل: 100
- ألياف أسمنتية: 120
- خرسانة: 120

27.6 الخسائر الفردية

الخسائر الفردية هي خسائر الحمل الناتجة عن الملحقات وتغييرات الاتجاه في الأنابيب:

الملحق	المعامل (K)
كوع 90°	0.9
كوع 45°	0.4
تي (تدفق مباشر)	0.3
تي (تدفق جانبي)	1.3
صمام بوابة مفتوح	0.2
صمام رجوع	2.5
مدخل الأنابيب	0.5
مخرج الأنابيب	1.0

27.7 حساب التدفق المطلوب

التدفق المطلوب:
Q_req = V_req / t_pumping

حيث:
Q_req = التدفق المطلوب (م³/ساعة)
V_req = الحجم المطلوب (م³)
t_pumping = ساعات الضخ المتاحة (ساعة)

مثال:
الحجم المطلوب: 50 م³/يوم
ساعات الشمس المتاحة: 6 ساعات
Q_req = 50 / 6 = 8.33 م³/ساعة

النظر في تدفق البئر:
Q_pumping ≤ Q_well
يجب ألا يتجاوز تدفق الضخ التدفق المتاح للبئر

27.8 اختيار المضخة

يتم اختيار المضخة مع مراعاة:

الارتفاع المانومتري الكلي: يحدد نوع وحجم المضخة
التدفق المطلوب: يحدد حجم المضخة
نوع المضخة: غاطسة أو سطحية حسب الارتفاع
المنحنى المميز: يجب أن يمر منحنى المضخة بنقطة العمل
الكفاءة: يجب أن تعمل المضخة عند نقطة أقصى كفاءة

27.9 اختيار نوع المضخة

الارتفاع المانومتري	نوع المضخة الموصى به
< 15 م	مضخة طرد مركزية سطحية
15-50 م	مضخة غاطسة متعددة الخلايا
50-150 م	مضخة غاطسة متعددة الخلايا
> 150 م	مضخة غاطسة متعددة الخلايا عالية الضغط

27.10 حساب القدرة الهيدروليكية

القدرة الهيدروليكية:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

حيث:
Ph = القدرة الهيدروليكية (كيلوواط)
ρ = كثافة الماء (1000 كجم/م³)
g = تسارع الجاذبية (9.81 م/ث²)
Hmt = الارتفاع المانومتري الكلي (م)
Q = التدفق (م³/ساعة)

مثال:
Hmt = 80 م
Q = 8 م³/ساعة
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 كيلوواط

27.11 حساب القدرة الكهربائية

القدرة الكهربائية للمحرك:
Pe = Ph / (ηpump × ηmotor)

حيث:
Pe = القدرة الكهربائية (كيلوواط)
Ph = القدرة الهيدروليكية (كيلوواط)
ηpump = كفاءة المضخة (0.5-0.8)
ηmotor = كفاءة المحرك (0.85-0.95)

مثال:
Ph = 1.74 كيلوواط
ηpump = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 كيلوواط

27.12 حساب القدرة الكهروضوئية

القدرة الكهروضوئية اللازمة:
Pfv = Pe / (ηinverter × Fsub)

حيث:
Pfv = القدرة الكهروضوئية (كيلوواط ذروة)
Pe = القدرة الكهربائية (كيلوواط)
ηinverter = كفاءة العاكس (0.95-0.98)
Fsub = عامل التحجيم الفرعي (1.2-1.4)

عامل التحجيم الفرعي:
- المناطق ذات الإشعاع الجيد: 1.2
- المناطق ذات الإشعاع المتوسط: 1.3
- المناطق ذات الإشعاع المنخفض: 1.4

مثال:
Pe = 2.97 كيلوواط
ηinverter = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 كيلوواط ذروة
اختيار: 3.3 كيلوواط ذروة (10 ألواح من 330 واط ذروة)

27.13 حساب التدفق اليومي

التدفق اليومي المضخوخ:
V_day = Q × t_sun × F_corr

حيث:
V_day = الحجم اليومي المضخوخ (م³)
Q = تدفق المضخة (م³/ساعة)
t_sun = ساعات الشمس الفعالة (ساعة)
F_corr = عامل التصحيح (0.7-0.9)

عامل التصحيح:
- يأخذ في الاعتبار تغيرات الإشعاع
- يأخذ في الاعتبار تغيرات درجة الحرارة
- يأخذ في الاعتبار خسائر النظام
- النموذجي: 0.8

مثال:
Q = 8 م³/ساعة
t_sun = 6 ساعات
F_corr = 0.8
V_day = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 م³/يوم

27.14 حساب التخزين

حجم التخزين اللازم:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days

حيث:
V_storage = حجم التخزين (م³)
V_consumption = الاستهلاك اليومي (م³/يوم)
Autonomy_days = أيام الاستقلالية (2-5 أيام)

أيام الاستقلالية الموصى بها:
- المناطق ذات الإشعاع الجيد: 2 أيام
- المناطق ذات الإشعاع المتوسط: 3 أيام
- المناطق ذات الإشعاع المنخفض: 4-5 أيام

مثال:
V_consumption = 50 م³/يوم
Autonomy_days = 3 أيام
V_storage = 50 × 3 = 150 م³

27.15 اختيار العاكس

يتم اختيار العاكس مع مراعاة:

قدرة المحرك: يجب أن يكون العاكس مناسباً لقدرة المحرك
نوع المحرك: ثلاثي الطور أو أحادي الطور
نوع التحكم: VVF (محرك تردد متغير) للمضخات
وظيفة MPPT: ضرورية لتعظيم الإنتاج
الحمايات: حمايات كاملة للمحرك والنظام

27.16 تكوين الألواح

تكوين الألواح:

التكوين على التوالي:
- يزيد الجهد
- يحافظ على التيار
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel

التكوين على التوازي:
- يحافظ على الجهد
- يزيد التيار
- V_total = V_panel
- I_total = I_panel × N_parallel

التكوين المختلط:
- مزيج على التوالي-التوازي
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel

اعتبارات:
- يجب أن يكون الجهد ضمن نطاق العاكس
- النظر في درجة الحرارة (تؤثر على الجهد)
- النظر في خسائر التظليل

27.17 اتجاه وميل الألواح

الاتجاه:
- نصف الكرة الشمالي: الجنوب (السمت 0°)
- نصف الكرة الجنوبي: الشمال (السمت 180°)
- التسامح: ±15°

الميل الأمثل:
- الاستخدام السنوي: β = خط العرض
- الاستخدام في الصيف: β = خط العرض - 10°
- الاستخدام في الشتاء: β = خط العرض + 10°
- الضخ الشمسي: β = خط العرض

اعتبارات:
- تجنب التظليل بين الصفوف
- المسافة الدنيا بين الصفوف
- النظر في تضاريس الأرض

27.18 حساب المسافة بين الصفوف

المسافة بين الصفوف:
d = h / tan(α)

حيث:
d = المسافة بين الصفوف (م)
h = ارتفاع اللوح (م)
α = الزاوية الشمسية (تعتمد على خط العرض ووقت السنة)

الزاوية الشمسية للانقلاب الشتوي:
α = 61° - خط العرض

مثال (خط العرض 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 م × sin(40°) = 1.06 م
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 م
المسافة الموصى بها: 3 م

27.19 التحقق من التصميم

بمجرد الانتهاء من التصميم، يجب التحقق:

التدفق اليومي: التحقق من أن التدفق اليومي يلبي الاحتياجات
الارتفاع المانومتري: التحقق من أن المضخة يمكن أن تعمل عند الارتفاع المطلوب
نقطة العمل: التحقق من أن نقطة العمل في منطقة أقصى كفاءة
القدرة الكهروضوئية: التحقق من أن القدرة الكهروضوئية كافية
التخزين: التحقق من أن التخزين كافٍ

27.20 تحسين التصميم

يمكن تحسين التصميم مع مراعاة:

اختيار المضخة: اختيار المضخة الأكثر كفاءة لنقطة العمل
تكوين الألواح: تحسين تكوين التوالي-التوازي
الاتجاه والميل: التحسين حسب فترة الاستخدام
التخزين: تحسين حجم التخزين
جدول الضخ: تحسين جدول الضخ

27.21 مثال تصميم كامل

بيانات المشروع:
- الاستهلاك اليومي: 50 م³/يوم
- عمق البئر: 80 م
- المستوى الديناميكي: 60 م
- ارتفاع الدفع: 20 م
- خط العرض: 40°
- ساعات الشمس: 6 ساعات/يوم

الحسابات:
- الارتفاع المانومتري: Hmt = 60 + 20 + الخسائر = 85 م
- التدفق المطلوب: Q = 50/6 = 8.33 م³/ساعة
- القدرة الهيدروليكية: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 كيلوواط
- القدرة الكهربائية: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 كيلوواط
- القدرة الكهروضوئية: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 كيلوواط ذروة

اختيار المكونات:
- المضخة: غاطسة متعددة الخلايا، 3.5 كيلوواط، 85 م، 8.5 م³/ساعة
- الألواح: 12 لوحاً من 330 واط ذروة (3.96 كيلوواط ذروة)
- التكوين: 3 سلاسل من 4 ألواح على التوازي
- العاكس: 4 كيلوواط، MPPT، VVF
- التخزين: 150 م³ (3 أيام استقلالية)

27.22 الاعتبارات النهائية

السلامة: النظر في جميع تدابير السلامة
الصيانة: تسهيل صيانة النظام
إمكانية الوصول: تسهيل الوصول إلى النظام
الحماية: حماية النظام ضد ارتفاع الجهد والتيار الزائد
التوثيق: توثيق كل التصميم والحسابات

ملخص الفصل 27: يتطلب تصميم نظام الضخ الشمسي تحليلاً مفصلاً لجميع معلمات النظام. يجب النظر في خصائص البئر (العمق، المستوى الثابت، المستوى الديناميكي، التدفق المتاح)، احتياجات المياه (التدفق المطلوب، جدول الضخ)، الظروف المناخية (الإشعاع الشمسي، درجة الحرارة)، ومكونات النظام (المضخة، الألواح، العاكس). يتضمن حساب الارتفاع المانومتري الكلي الارتفاع الهندسي، خسائر الاحتكاك، الخسائر الفردية، والضغط المطلوب. يتم اختيار المضخة مع مراعاة الارتفاع المانومتري والتدفق المطلوب. يتم حساب القدرة الكهروضوئية مع مراعاة القدرة الكهربائية اللازمة، كفاءة العاكس، وعامل التحجيم الفرعي.

27.1 مقدمه‌ای بر طراحی سیستم‌های پمپاژ خورشیدی

طراحی سیستم پمپاژ خورشیدی نیاز به تحلیل دقیق تمام پارامترهای سیستم برای تضمین عملکرد بهینه و کارآمد دارد. طراحی صحیح باید ویژگی‌های چاه، نیازهای آب، شرایط آب و هوایی و اجزای سیستم را در نظر بگیرد.

طراحی مناسب امکان به حداکثر رساندن تولید آب، بهینه‌سازی استفاده از انرژی خورشیدی موجود و تضمین عملکرد قابل اعتماد در طول عمر مفید سیستم را فراهم می‌کند.

طراحی سیستم‌های پمپاژ خورشیدی Solener - بهینه‌سازی کامل - حداکثر کارایی

27.2 داده‌های لازم برای طراحی

برای انجام طراحی صحیح سیستم پمپاژ خورشیدی، داده‌های زیر مورد نیاز است:

داده‌های چاه: عمق، سطح ایستا، سطح دینامیکی، جریان موجود
داده‌های تقاضا: جریان مورد نیاز، برنامه پمپاژ، ذخیره‌سازی
داده‌های آب و هوایی: تابش خورشیدی، دما، ساعات آفتاب
داده‌های زمین: توپوگرافی، دسترسی، جهت‌گیری
داده‌های نصب: فاصله تا نقطه مصرف، ارتفاع پمپاژ

27.3 ویژگی‌های چاه

ویژگی‌های چاه برای طراحی سیستم اساسی هستند:

پارامتر	توضیحات	اهمیت
عمق کل	عمق کل چاه	بالا - ارتفاع کل پمپاژ را تعیین می‌کند
سطح ایستا	سطح آب در حالت استراحت	بالا - ارتفاع مکش را تعیین می‌کند
سطح دینامیکی	سطح آب در طول پمپاژ	بسیار بالا - ارتفاع واقعی پمپاژ را تعیین می‌کند
جریان موجود	حداکثر جریانی که چاه می‌تواند فراهم کند	بسیار بالا - حداکثر جریان پمپاژ را تعیین می‌کند
قطر چاه	قطر داخلی چاه	متوسط - حداکثر قطر پمپ را تعیین می‌کند

27.4 محاسبه ارتفاع مانومتری کل

ارتفاع مانومتری کل (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

که در آن:
Hg = ارتفاع هندسی (تفاوت ارتفاعات)
Hf = تلفات ناشی از اصطکاک در لوله‌کشی
Hr = تلفات در شارژ مجدد مخزن
Hp = فشار مورد نیاز در نقطه مصرف

ارتفاع هندسی:
Hg = ارتفاع_چاه - ارتفاع_مصرف
اگر مکش وجود دارد: Hg = ارتفاع_پمپ - ارتفاع_سطح_دینامیکی + ارتفاع_مصرف - ارتفاع_پمپ

تلفات ناشی از اصطکاک:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
که در آن:
f = ضریب اصطکاک (به ماده و زبری بستگی دارد)
L = طول لوله‌کشی (متر)
D = قطر داخلی لوله‌کشی (متر)
v = سرعت آب (متر بر ثانیه)
g = شتاب گرانش (9.81 متر بر ثانیه²)

27.5 محاسبه تلفات اصطکاک

فرمول دارسی-وایسباخ:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

فرمول هازن-ویلیامز (ساده‌تر):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

که در آن:
Hf = تلفات اصطکاک (متر)
L = طول لوله‌کشی (متر)
Q = جریان (متر مکعب بر ثانیه)
D = قطر داخلی (متر)
C = ضریب زبری (به ماده بستگی دارد)

ضرایب زبری (C):
- PVC: 150
- PE: 150
- فولاد جدید: 130
- فولاد استفاده شده: 100
- فایبر سمنت: 120
- بتن: 120

27.6 تلفات منفرد

تلفات منفرد تلفات هد تولید شده توسط لوازم جانبی و تغییرات جهت در لوله‌کشی هستند:

لوازم جانبی	ضریب (K)
زانو 90°	0.9
زانو 45°	0.4
تی (جریان مستقیم)	0.3
تی (جریان جانبی)	1.3
شیر دروازه باز	0.2
شیر برگشت	2.5
ورودی لوله‌کشی	0.5
خروجی لوله‌کشی	1.0

27.7 محاسبه جریان مورد نیاز

جریان مورد نیاز:
Q_req = V_req / t_pumping

که در آن:
Q_req = جریان مورد نیاز (متر مکعب بر ساعت)
V_req = حجم مورد نیاز (متر مکعب)
t_pumping = ساعات پمپاژ موجود (ساعت)

مثال:
حجم مورد نیاز: 50 متر مکعب/روز
ساعات آفتاب موجود: 6 ساعت
Q_req = 50 / 6 = 8.33 متر مکعب/ساعت

در نظر گرفتن جریان چاه:
Q_pumping ≤ Q_well
جریان پمپاژ نباید از جریان موجود چاه بیشتر شود

27.8 انتخاب پمپ

انتخاب پمپ با در نظر گرفتن موارد زیر انجام می‌شود:

ارتفاع مانومتری کل: نوع و اندازه پمپ را تعیین می‌کند
جریان مورد نیاز: اندازه پمپ را تعیین می‌کند
نوع پمپ: غوطه‌ور یا سطحی بر اساس ارتفاع
منحنی مشخصه: منحنی پمپ باید از نقطه کار عبور کند
کارایی: پمپ باید در نقطه حداکثر کارایی خود کار کند

27.9 انتخاب نوع پمپ

ارتفاع مانومتری	نوع پمپ توصیه شده
< 15 متر	پمپ گریز از مرکز سطحی
15-50 متر	پمپ غوطه‌ور چند سلولی
50-150 متر	پمپ غوطه‌ور چند سلولی
> 150 متر	پمپ غوطه‌ور چند سلولی فشار بالا

27.10 محاسبه توان هیدرولیکی

توان هیدرولیکی:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

که در آن:
Ph = توان هیدرولیکی (کیلووات)
ρ = چگالی آب (1000 کیلوگرم/متر مکعب)
g = شتاب گرانش (9.81 متر بر ثانیه²)
Hmt = ارتفاع مانومتری کل (متر)
Q = جریان (متر مکعب بر ساعت)

مثال:
Hmt = 80 متر
Q = 8 متر مکعب/ساعت
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 کیلووات

27.11 محاسبه توان الکتریکی

توان الکتریکی موتور:
Pe = Ph / (ηpump × ηmotor)

که در آن:
Pe = توان الکتریکی (کیلووات)
Ph = توان هیدرولیکی (کیلووات)
ηpump = بازده پمپ (0.5-0.8)
ηmotor = بازده موتور (0.85-0.95)

مثال:
Ph = 1.74 کیلووات
ηpump = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 کیلووات

27.12 محاسبه توان فتوولتائیک

توان فتوولتائیک لازم:
Pfv = Pe / (ηinverter × Fsub)

که در آن:
Pfv = توان فتوولتائیک (کیلووات ذروه)
Pe = توان الکتریکی (کیلووات)
ηinverter = بازده اینورتر (0.95-0.98)
Fsub = فاکتور اندازه‌گیری فرعی (1.2-1.4)

فاکتور اندازه‌گیری فرعی:
- مناطق با تابش خوب: 1.2
- مناطق با تابش متوسط: 1.3
- مناطق با تابش کم: 1.4

مثال:
Pe = 2.97 کیلووات
ηinverter = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 کیلووات ذروه
انتخاب: 3.3 کیلووات ذروه (10 پنل 330 واط ذروه)

27.13 محاسبه جریان روزانه

جریان روزانه پمپاژ شده:
V_day = Q × t_sun × F_corr

که در آن:
V_day = حجم روزانه پمپاژ شده (متر مکعب)
Q = جریان پمپ (متر مکعب بر ساعت)
t_sun = ساعات آفتاب موثر (ساعت)
F_corr = فاکتور تصحیح (0.7-0.9)

فاکتور تصحیح:
- تغییرات تابش را در نظر می‌گیرد
- تغییرات دما را در نظر می‌گیرد
- تلفات سیستم را در نظر می‌گیرد
- معمولی: 0.8

مثال:
Q = 8 متر مکعب/ساعت
t_sun = 6 ساعت
F_corr = 0.8
V_day = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 متر مکعب/روز

27.14 محاسبه ذخیره‌سازی

حجم ذخیره‌سازی لازم:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days

که در آن:
V_storage = حجم ذخیره‌سازی (متر مکعب)
V_consumption = مصرف روزانه (متر مکعب/روز)
Autonomy_days = روزهای خودمختاری (2-5 روز)

روزهای خودمختاری توصیه شده:
- مناطق با تابش خوب: 2 روز
- مناطق با تابش متوسط: 3 روز
- مناطق با تابش کم: 4-5 روز

مثال:
V_consumption = 50 متر مکعب/روز
Autonomy_days = 3 روز
V_storage = 50 × 3 = 150 متر مکعب

27.15 انتخاب اینورتر

انتخاب اینورتر با در نظر گرفتن موارد زیر انجام می‌شود:

توان موتور: اینورتر باید برای توان موتور مناسب باشد
نوع موتور: سه فاز یا تک فاز
نوع کنترل: VVF (درایو فرکانس متغیر) برای پمپ‌ها
تابع MPPT: برای به حداکثر رساندن تولید ضروری است
حفاظت‌ها: حفاظت‌های کامل برای موتور و سیستم

27.16 پیکربندی پنل‌ها

پیکربندی پنل‌ها:

پیکربندی سری:
- ولتاژ را افزایش می‌دهد
- جریان را حفظ می‌کند
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel

پیکربندی موازی:
- ولتاژ را حفظ می‌کند
- جریان را افزایش می‌دهد
- V_total = V_panel
- I_total = I_panel × N_parallel

پیکربندی مختلط:
- ترکیب سری-موازی
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel

ملاحظات:
- ولتاژ باید در محدوده اینورتر باشد
- دما را در نظر بگیرید (بر ولتاژ تأثیر می‌گذارد)
- تلفات سایه را در نظر بگیرید

27.17 جهت‌گیری و شیب پنل‌ها

جهت‌گیری:
- نیمکره شمالی: جنوب (سمت 0°)
- نیمکره جنوبی: شمال (سمت 180°)
- تحمل: ±15°

شیب بهینه:
- استفاده سالانه: β = عرض جغرافیایی
- استفاده در تابستان: β = عرض جغرافیایی - 10°
- استفاده در زمستان: β = عرض جغرافیایی + 10°
- پمپاژ خورشیدی: β = عرض جغرافیایی

ملاحظات:
- از سایه بین ردیف‌ها اجتناب کنید
- فاصله حداقل بین ردیف‌ها
- توپوگرافی زمین را در نظر بگیرید

27.18 محاسبه فاصله بین ردیف‌ها

فاصله بین ردیف‌ها:
d = h / tan(α)

که در آن:
d = فاصله بین ردیف‌ها (متر)
h = ارتفاع پنل (متر)
α = زاویه خورشیدی (به عرض جغرافیایی و زمان سال بستگی دارد)

زاویه خورشیدی برای انقلاب زمستانی:
α = 61° - عرض جغرافیایی

مثال (عرض جغرافیایی 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 متر × sin(40°) = 1.06 متر
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 متر
فاصله توصیه شده: 3 متر

27.19 تأیید طراحی

پس از انجام طراحی، باید تأیید شود:

جریان روزانه: تأیید که جریان روزانه نیازها را برآورده می‌کند
ارتفاع مانومتری: تأیید که پمپ می‌تواند در ارتفاع مورد نیاز کار کند
نقطه کار: تأیید که نقطه کار در منطقه حداکثر کارایی است
توان فتوولتائیک: تأیید که توان فتوولتائیک کافی است
ذخیره‌سازی: تأیید که ذخیره‌سازی کافی است

27.20 بهینه‌سازی طراحی

طراحی می‌تواند با در نظر گرفتن موارد زیر بهینه شود:

انتخاب پمپ: انتخاب پمپ کارآمدترین برای نقطه کار
پیکربندی پنل‌ها: بهینه‌سازی پیکربندی سری-موازی
جهت‌گیری و شیب: بهینه‌سازی بر اساس دوره استفاده
ذخیره‌سازی: بهینه‌سازی حجم ذخیره‌سازی
برنامه پمپاژ: بهینه‌سازی برنامه پمپاژ

27.21 مثال کامل طراحی

داده‌های پروژه:
- مصرف روزانه: 50 متر مکعب/روز
- عمق چاه: 80 متر
- سطح دینامیکی: 60 متر
- ارتفاع پمپاژ: 20 متر
- عرض جغرافیایی: 40°
- ساعات آفتاب: 6 ساعت/روز

محاسبات:
- ارتفاع مانومتری: Hmt = 60 + 20 + تلفات = 85 متر
- جریان مورد نیاز: Q = 50/6 = 8.33 متر مکعب/ساعت
- توان هیدرولیکی: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 کیلووات
- توان الکتریکی: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 کیلووات
- توان فتوولتائیک: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 کیلووات ذروه

انتخاب اجزا:
- پمپ: غوطه‌ور چند سلولی، 3.5 کیلووات، 85 متر، 8.5 متر مکعب/ساعت
- پنل‌ها: 12 پنل 330 واط ذروه (3.96 کیلووات ذروه)
- پیکربندی: 3 سری از 4 پنل به صورت موازی
- اینورتر: 4 کیلووات، MPPT، VVF
- ذخیره‌سازی: 150 متر مکعب (3 روز خودمختاری)

27.22 ملاحظات نهایی

ایمنی: تمام اقدامات ایمنی را در نظر بگیرید
نگهداری: نگهداری سیستم را تسهیل کنید
دسترسی: دسترسی به سیستم را تسهیل کنید
حفاظت: سیستم را در برابر اضافه ولتاژ و اضافه جریان محافظت کنید
مستندسازی: تمام طراحی و محاسبات را مستند کنید

خلاصه فصل 27: طراحی سیستم پمپاژ خورشیدی نیاز به تحلیل دقیق تمام پارامترهای سیستم دارد. باید ویژگی‌های چاه (عمق، سطح ایستا، سطح دینامیکی، جریان موجود)، نیازهای آب (جریان مورد نیاز، برنامه پمپاژ)، شرایط آب و هوایی (تابش خورشیدی، دما) و اجزای سیستم (پمپ، پنل‌ها، اینورتر) را در نظر گرفت. محاسبه ارتفاع مانومتری کل شامل ارتفاع هندسی، تلفات اصطکاک، تلفات منفرد و فشار مورد نیاز است. انتخاب پمپ با در نظر گرفتن ارتفاع مانومتری و جریان مورد نیاز انجام می‌شود. توان فتوولتائیک با در نظر گرفتن توان الکتریکی لازم، بازده اینورتر و فاکتور اندازه‌گیری فرعی محاسبه می‌شود.

27.1 Introdução ao Projeto de Sistemas de Bombeamento Solar

O projeto de um sistema de bombeamento solar requer uma análise detalhada de todos os parâmetros do sistema para garantir um funcionamento ótimo e eficiente. Um projeto correto deve considerar as características do poço, as necessidades de água, as condições climáticas e os componentes do sistema.

Um projeto adequado permite maximizar a produção de água, otimizar o uso da energia solar disponível e garantir um funcionamento confiável durante toda a vida útil do sistema.

Projeto de Sistemas de Bombeamento Solar Solener - Otimização Total - Máxima Eficiência

27.2 Dados Necessários para o Projeto

Para realizar um projeto correto do sistema de bombeamento solar, são necessários os seguintes dados:

Dados do poço: Profundidade, nível estático, nível dinâmico, vazão disponível
Dados de demanda: Vazão requerida, horário de bombeamento, armazenamento
Dados climáticos: Radiação solar, temperatura, horas de sol
Dados do terreno: Topografia, acessibilidade, orientação
Dados da instalação: Distância ao ponto de consumo, altura de impulsão

27.3 Características do Poço

As características do poço são fundamentais para o projeto do sistema:

Parâmetro	Descrição	Importância
Profundidade total	Profundidade total do poço	Alta - Determina a altura total de impulsão
Nível estático	Nível da água em repouso	Alta - Determina a altura de aspiração
Nível dinâmico	Nível da água durante o bombeamento	Muito alta - Determina a altura real de impulsão
Vazão disponível	Vazão máxima que o poço pode fornecer	Muito alta - Determina a vazão máxima de bombeamento
Diâmetro do poço	Diâmetro interior do poço	Média - Determina o diâmetro máximo da bomba

27.4 Cálculo da Altura Manométrica Total

Altura manométrica total (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

Onde:
Hg = Altura geométrica (diferença de cotas)
Hf = Perdas por fricção na tubulação
Hr = Perdas na recarga do reservatório
Hp = Pressão requerida no ponto de consumo

Altura geométrica:
Hg = Cota_poço - Cota_consumo
Se há aspiração: Hg = Cota_bomba - Cota_nível_dinâmico + Cota_consumo - Cota_bomba

Perdas por fricção:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
Onde:
f = Coeficiente de fricção (depende do material e rugosidade)
L = Comprimento da tubulação (m)
D = Diâmetro interior da tubulação (m)
v = Velocidade da água (m/s)
g = Aceleração da gravidade (9.81 m/s²)

27.5 Cálculo das Perdas por Fricção

Fórmula de Darcy-Weisbach:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

Fórmula de Hazen-Williams (mais simples):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Onde:
Hf = Perdas por fricção (m)
L = Comprimento da tubulação (m)
Q = Vazão (m³/s)
D = Diâmetro interior (m)
C = Coeficiente de rugosidade (depende do material)

Coeficientes de rugosidade (C):
- PVC: 150
- PE: 150
- Aço novo: 130
- Aço usado: 100
- Fibrocimento: 120
- Concreto: 120

27.6 Perdas Singulares

As perdas singulares são as perdas de carga produzidas por acessórios e mudanças de direção na tubulação:

Acessório	Coeficiente (K)
Cotovelo 90°	0.9
Cotovelo 45°	0.4
Tee (fluxo direto)	0.3
Tee (fluxo lateral)	1.3
Válvula de comporta aberta	0.2
Válvula de retenção	2.5
Entrada de tubulação	0.5
Saída de tubulação	1.0

27.7 Cálculo da Vazão Requerida

Vazão requerida:
Q_req = V_req / t_bombeamento

Onde:
Q_req = Vazão requerida (m³/h)
V_req = Volume requerido (m³)
t_bombeamento = Horas de bombeamento disponíveis (h)

Exemplo:
Volume requerido: 50 m³/dia
Horas de sol disponíveis: 6 horas
Q_req = 50 / 6 = 8.33 m³/h

Considerar vazão do poço:
Q_bombeamento ≤ Q_poço
A vazão de bombeamento não deve superar a vazão disponível do poço

27.8 Seleção da Bomba

A seleção da bomba é realizada considerando:

Altura manométrica total: Determina o tipo e tamanho da bomba
Vazão requerida: Determina o tamanho da bomba
Tipo de bomba: Submersível ou superficial segundo a altura
Curva característica: A curva da bomba deve passar pelo ponto de trabalho
Eficiência: A bomba deve trabalhar em seu ponto de máxima eficiência

27.9 Seleção do Tipo de Bomba

Altura Manométrica	Tipo de Bomba Recomendado
< 15 m	Bomba centrífuga superficial
15-50 m	Bomba submersível multicelular
50-150 m	Bomba submersível multicelular
> 150 m	Bomba submersível multicelular de alta pressão

27.10 Cálculo da Potência Hidráulica

Potência hidráulica:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

Onde:
Ph = Potência hidráulica (kW)
ρ = Densidade da água (1000 kg/m³)
g = Aceleração da gravidade (9.81 m/s²)
Hmt = Altura manométrica total (m)
Q = Vazão (m³/h)

Exemplo:
Hmt = 80 m
Q = 8 m³/h
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 kW

27.11 Cálculo da Potência Elétrica

Potência elétrica do motor:
Pe = Ph / (ηbomba × ηmotor)

Onde:
Pe = Potência elétrica (kW)
Ph = Potência hidráulica (kW)
ηbomba = Rendimento da bomba (0.5-0.8)
ηmotor = Rendimento do motor (0.85-0.95)

Exemplo:
Ph = 1.74 kW
ηbomba = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 kW

27.12 Cálculo da Potência Fotovoltaica

Potência fotovoltaica necessária:
Pfv = Pe / (ηinversor × Fsub)

Onde:
Pfv = Potência fotovoltaica (kWp)
Pe = Potência elétrica (kW)
ηinversor = Rendimento do inversor (0.95-0.98)
Fsub = Fator de subdimensionamento (1.2-1.4)

Fator de subdimensionamento:
- Zonas com boa radiação: 1.2
- Zonas com radiação média: 1.3
- Zonas com baixa radiação: 1.4

Exemplo:
Pe = 2.97 kW
ηinversor = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 kWp
Selecionar: 3.3 kWp (10 painéis de 330 Wp)

27.13 Cálculo da Vazão Diária

Vazão diária bombeada:
V_dia = Q × t_sol × F_corr

Onde:
V_dia = Volume diário bombeado (m³)
Q = Vazão da bomba (m³/h)
t_sol = Horas de sol efetivas (h)
F_corr = Fator de correção (0.7-0.9)

Fator de correção:
- Considera variações de radiação
- Considera variações de temperatura
- Considera perdas do sistema
- Típico: 0.8

Exemplo:
Q = 8 m³/h
t_sol = 6 h
F_corr = 0.8
V_dia = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 m³/dia

27.14 Cálculo do Armazenamento

Volume de armazenamento necessário:
V_alm = V_consumo × Dias_autonomia

Onde:
V_alm = Volume de armazenamento (m³)
V_consumo = Consumo diário (m³/dia)
Dias_autonomia = Dias de autonomia (2-5 dias)

Dias de autonomia recomendados:
- Zonas com boa radiação: 2 dias
- Zonas com radiação média: 3 dias
- Zonas com baixa radiação: 4-5 dias

Exemplo:
V_consumo = 50 m³/dia
Dias_autonomia = 3 dias
V_alm = 50 × 3 = 150 m³

27.15 Seleção do Inversor

A seleção do inversor é realizada considerando:

Potência do motor: O inversor deve ser adequado para a potência do motor
Tipo de motor: Trifásico ou monofásico
Tipo de controle: VVF (Variable Frequency Drive) para bombas
Função MPPT: Imprescindível para maximizar a produção
Proteções: Proteções completas para o motor e o sistema

27.16 Configuração dos Painéis

Configuração dos painéis:

Configuração em série:
- Aumenta a tensão
- Mantém a corrente
- V_total = V_painel × N_série
- I_total = I_painel

Configuração em paralelo:
- Mantém a tensão
- Aumenta a corrente
- V_total = V_painel
- I_total = I_painel × N_paralelo

Configuração mista:
- Combinação série-paralelo
- V_total = V_painel × N_série
- I_total = I_painel × N_paralelo

Considerações:
- A tensão deve estar dentro da faixa do inversor
- Considerar a temperatura (afeta a tensão)
- Considerar as perdas por sombreamento

27.17 Orientação e Inclinação dos Painéis

Orientação:
- Hemisfério norte: Sul (azimute 0°)
- Hemisfério sul: Norte (azimute 180°)
- Tolerância: ±15°

Inclinação ótima:
- Uso anual: β = Latitude
- Uso no verão: β = Latitude - 10°
- Uso no inverno: β = Latitude + 10°
- Bombeamento solar: β = Latitude

Considerações:
- Evitar sombreamento entre fileiras
- Distância mínima entre fileiras
- Considerar a topografia do terreno

27.18 Cálculo da Distância entre Fileiras

Distância entre fileiras:
d = h / tan(α)

Onde:
d = Distância entre fileiras (m)
h = Altura do painel (m)
α = Ângulo solar (depende da latitude e época do ano)

Ângulo solar para o solstício de inverno:
α = 61° - Latitude

Exemplo (Latitude 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 m × sin(40°) = 1.06 m
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 m
Distância recomendada: 3 m

27.19 Verificação do Projeto

Uma vez realizado o projeto, deve-se verificar:

Vazão diária: Verificar que a vazão diária cumpre com as necessidades
Altura manométrica: Verificar que a bomba pode trabalhar à altura requerida
Ponto de trabalho: Verificar que o ponto de trabalho está na zona de máxima eficiência
Potência fotovoltaica: Verificar que a potência fotovoltaica é suficiente
Armazenamento: Verificar que o armazenamento é suficiente

27.20 Otimização do Projeto

O projeto pode ser otimizado considerando:

Seleção da bomba: Selecionar a bomba mais eficiente para o ponto de trabalho
Configuração de painéis: Otimizar a configuração série-paralelo
Orientação e inclinação: Otimizar segundo a época de uso
Armazenamento: Otimizar o volume de armazenamento
Horário de bombeamento: Otimizar o horário de bombeamento

27.21 Exemplo Completo de Projeto

Dados do projeto:
- Consumo diário: 50 m³/dia
- Profundidade do poço: 80 m
- Nível dinâmico: 60 m
- Altura de impulsão: 20 m
- Latitude: 40°
- Horas de sol: 6 h/dia

Cálculos:
- Altura manométrica: Hmt = 60 + 20 + perdas = 85 m
- Vazão requerida: Q = 50/6 = 8.33 m³/h
- Potência hidráulica: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 kW
- Potência elétrica: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 kW
- Potência fotovoltaica: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 kWp

Seleção de componentes:
- Bomba: Submersível multicelular, 3.5 kW, 85 m, 8.5 m³/h
- Painéis: 12 painéis de 330 Wp (3.96 kWp)
- Configuração: 3 séries de 4 painéis em paralelo
- Inversor: 4 kW, MPPT, VVF
- Armazenamento: 150 m³ (3 dias de autonomia)

27.22 Considerações Finais

Segurança: Considerar todas as medidas de segurança
Manutenção: Facilitar a manutenção do sistema
Acessibilidade: Facilitar o acesso ao sistema
Proteção: Proteger o sistema contra sobretensões e sobrecorrentes
Documentação: Documentar todo o projeto e os cálculos

Resumo do Capítulo 27: O projeto de um sistema de bombeamento solar requer uma análise detalhada de todos os parâmetros do sistema. Devem-se considerar as características do poço (profundidade, nível estático, nível dinâmico, vazão disponível), as necessidades de água (vazão requerida, horário de bombeamento), as condições climáticas (radiação solar, temperatura) e os componentes do sistema (bomba, painéis, inversor). O cálculo da altura manométrica total inclui a altura geométrica, as perdas por fricção, as perdas singulares e a pressão requerida. A seleção da bomba é realizada considerando a altura manométrica e a vazão requerida. A potência fotovoltaica é calculada considerando a potência elétrica necessária, o rendimento do inversor e um fator de subdimensionamento.

27.1 太阳能泵送系统设计简介

太阳能泵送系统的设计需要对所有系统参数进行详细分析,以保证最佳和高效的运行。正确的设计必须考虑井的特性、水的需求、气候条件和系统组件。

适当的设计允许最大化水产量,优化可用太阳能的使用,并在系统的整个使用寿命期间保证可靠的运行。

太阳能泵送系统设计 Solener - 全面优化 - 最大效率

27.2 设计所需数据

为了进行太阳能泵送系统的正确设计,需要以下数据:

井数据: 深度、静态水位、动态水位、可用流量
需求数据: 所需流量、泵送时间表、储存
气候数据: 太阳辐射、温度、日照时数
地形数据: 地形、可达性、方向
安装数据: 到消耗点的距离、扬程高度

27.3 井的特性

井的特性对系统设计至关重要:

参数	描述	重要性
总深度	井的总深度	高 - 决定总扬程高度
静态水位	静止时的水位	高 - 决定吸水高度
动态水位	泵送期间的水位	非常高 - 决定实际扬程高度
可用流量	井可以提供的最大流量	非常高 - 决定最大泵送流量
井直径	井的内径	中等 - 决定泵的最大直径

27.4 总扬程计算

总扬程(Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

其中:
Hg = 几何高度(高程差)
Hf = 管道中的摩擦损失
Hr = 储罐再充电中的损失
Hp = 消耗点所需的压力

几何高度:
Hg = 井_高程 - 消耗_高程
如果有吸水: Hg = 泵_高程 - 动态_水位_高程 + 消耗_高程 - 泵_高程

摩擦损失:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
其中:
f = 摩擦系数(取决于材料和粗糙度)
L = 管道长度(m)
D = 管道内径(m)
v = 水速度(m/s)
g = 重力加速度(9.81 m/s²)

27.5 摩擦损失计算

达西-魏斯巴赫公式:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

哈森-威廉姆斯公式(更简单):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

其中:
Hf = 摩擦损失(m)
L = 管道长度(m)
Q = 流量(m³/s)
D = 内径(m)
C = 粗糙度系数(取决于材料)

粗糙度系数(C):
- PVC: 150
- PE: 150
- 新钢: 130
- 旧钢: 100
- 纤维水泥: 120
- 混凝土: 120

27.6 局部损失

局部损失是由配件和管道方向变化产生的扬程损失:

配件	系数(K)
90°弯头	0.9
45°弯头	0.4
三通(直流)	0.3
三通(侧流)	1.3
闸阀打开	0.2
止回阀	2.5
管道入口	0.5
管道出口	1.0

27.7 所需流量计算

所需流量:
Q_req = V_req / t_pumping

其中:
Q_req = 所需流量(m³/h)
V_req = 所需体积(m³)
t_pumping = 可用泵送时间(h)

示例:
所需体积: 50 m³/天
可用日照时数: 6小时
Q_req = 50 / 6 = 8.33 m³/h

考虑井流量:
Q_pumping ≤ Q_well
泵送流量不应超过井的可用流量

27.8 泵选择

泵的选择考虑:

总扬程: 决定泵的类型和尺寸
所需流量: 决定泵的尺寸
泵类型: 根据高度潜水或表面
特性曲线: 泵曲线必须通过工作点
效率: 泵必须在其最大效率点工作

27.9 泵类型选择

扬程	推荐泵类型
< 15 m	表面离心泵
15-50 m	多细胞潜水泵
50-150 m	多细胞潜水泵
> 150 m	高压多细胞潜水泵

27.10 水力功率计算

水力功率:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

其中:
Ph = 水力功率(kW)
ρ = 水密度(1000 kg/m³)
g = 重力加速度(9.81 m/s²)
Hmt = 总扬程(m)
Q = 流量(m³/h)

示例:
Hmt = 80 m
Q = 8 m³/h
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 kW

27.11 电功率计算

电机电功率:
Pe = Ph / (ηpump × ηmotor)

其中:
Pe = 电功率(kW)
Ph = 水力功率(kW)
ηpump = 泵效率(0.5-0.8)
ηmotor = 电机效率(0.85-0.95)

示例:
Ph = 1.74 kW
ηpump = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 kW

27.12 光伏功率计算

所需光伏功率:
Pfv = Pe / (ηinverter × Fsub)

其中:
Pfv = 光伏功率(kWp)
Pe = 电功率(kW)
ηinverter = 逆变器效率(0.95-0.98)
Fsub = 子尺寸因子(1.2-1.4)

子尺寸因子:
- 辐射好的地区: 1.2
- 辐射中等的地区: 1.3
- 辐射低的地区: 1.4

示例:
Pe = 2.97 kW
ηinverter = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 kWp
选择: 3.3 kWp(10块330 Wp面板)

27.13 日流量计算

每日泵送流量:
V_day = Q × t_sun × F_corr

其中:
V_day = 每日泵送体积(m³)
Q = 泵流量(m³/h)
t_sun = 有效日照时数(h)
F_corr = 校正因子(0.7-0.9)

校正因子:
- 考虑辐射变化
- 考虑温度变化
- 考虑系统损失
- 典型: 0.8

示例:
Q = 8 m³/h
t_sun = 6 h
F_corr = 0.8
V_day = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 m³/天

27.14 存储计算

所需存储体积:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days

其中:
V_storage = 存储体积(m³)
V_consumption = 每日消费(m³/天)
Autonomy_days = 自主天数(2-5天)

推荐的自主天数:
- 辐射好的地区: 2天
- 辐射中等的地区: 3天
- 辐射低的地区: 4-5天

示例:
V_consumption = 50 m³/天
Autonomy_days = 3天
V_storage = 50 × 3 = 150 m³

27.15 逆变器选择

逆变器的选择考虑:

电机功率: 逆变器必须适合电机功率
电机类型: 三相或单相
控制类型: VVF(变频驱动器)用于泵
MPPT功能: 最大化生产必不可少
保护: 电机和系统的完整保护

27.16 面板配置

面板配置:

串联配置:
- 增加电压
- 保持电流
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel

并联配置:
- 保持电压
- 增加电流
- V_total = V_panel
- I_total = I_panel × N_parallel

混合配置:
- 串联-并联组合
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel

考虑:
- 电压必须在逆变器范围内
- 考虑温度(影响电压)
- 考虑阴影损失

27.17 面板方向和倾斜

方向:
- 北半球: 南(方位角0°)
- 南半球: 北(方位角180°)
- 容差: ±15°

最佳倾斜:
- 年度使用: β = 纬度
- 夏季使用: β = 纬度 - 10°
- 冬季使用: β = 纬度 + 10°
- 太阳能泵送: β = 纬度

考虑:
- 避免行之间的阴影
- 行之间的最小距离
- 考虑地形

27.18 行之间距离计算

行之间距离:
d = h / tan(α)

其中:
d = 行之间距离(m)
h = 面板高度(m)
α = 太阳角(取决于纬度和一年中的时间)

冬至的太阳角:
α = 61° - 纬度

示例(纬度40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 m × sin(40°) = 1.06 m
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 m
推荐距离: 3 m

27.19 设计验证

一旦完成设计,必须验证:

日流量: 验证日流量满足需求
扬程: 验证泵可以在所需高度工作
工作点: 验证工作点在最大效率区域
光伏功率: 验证光伏功率足够
存储: 验证存储足够

27.20 设计优化

设计可以通过考虑以下方面进行优化:

泵选择: 为工作点选择最高效的泵
面板配置: 优化串联-并联配置
方向和倾斜: 根据使用时期优化
存储: 优化存储体积
泵送时间表: 优化泵送时间表

27.21 完整设计示例

项目数据:
- 每日消费: 50 m³/天
- 井深度: 80 m
- 动态水位: 60 m
- 扬程高度: 20 m
- 纬度: 40°
- 日照时数: 6小时/天

计算:
- 扬程: Hmt = 60 + 20 + 损失 = 85 m
- 所需流量: Q = 50/6 = 8.33 m³/h
- 水力功率: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 kW
- 电功率: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 kW
- 光伏功率: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 kWp

组件选择:
- 泵: 多细胞潜水,3.5 kW,85 m,8.5 m³/h
- 面板: 12块330 Wp面板(3.96 kWp)
- 配置: 3串4个面板并联
- 逆变器: 4 kW,MPPT,VVF
- 存储: 150 m³(3天自主)

27.22 最终考虑

安全: 考虑所有安全措施
维护: 促进系统维护
可达性: 促进系统访问
保护: 保护系统免受浪涌和过电流
文档: 记录所有设计和计算

第27章摘要: 太阳能泵送系统设计需要对所有系统参数进行详细分析。必须考虑井的特性(深度、静态水位、动态水位、可用流量)、水的需求(所需流量、泵送时间表)、气候条件(太阳辐射、温度)和系统组件(泵、面板、逆变器)。总扬程计算包括几何高度、摩擦损失、局部损失和所需压力。泵的选择考虑扬程和所需流量。光伏功率的计算考虑所需的电功率、逆变器效率和子尺寸因子。

27.1 Введение в проектирование систем солнечного насоса

Проектирование системы солнечного насоса требует детального анализа всех параметров системы для гарантии оптимальной и эффективной работы. Правильное проектирование должно учитывать характеристики скважины, потребности в воде, климатические условия и компоненты системы.

Адекватное проектирование позволяет максимизировать производство воды, оптимизировать использование доступной солнечной энергии и гарантировать надежную работу в течение всего срока службы системы.

Проектирование систем солнечного насоса Solener - Полная оптимизация - Максимальная эффективность

27.2 Данные, необходимые для проектирования

Для выполнения правильного проектирования системы солнечного насоса необходимы следующие данные:

Данные скважины: Глубина, статический уровень, динамический уровень, доступный поток
Данные спроса: Требуемый поток, график насоса, хранение
Климатические данные: Солнечная радиация, температура, часы солнца
Данные местности: Топография, доступность, ориентация
Данные установки: Расстояние до точки потребления, высота подъема

27.3 Характеристики скважины

Характеристики скважины фундаментальны для проектирования системы:

Параметр	Описание	Важность
Общая глубина	Общая глубина скважины	Высокая - Определяет общую высоту подъема
Статический уровень	Уровень воды в покое	Высокая - Определяет высоту всасывания
Динамический уровень	Уровень воды во время насоса	Очень высокая - Определяет фактическую высоту подъема
Доступный поток	Максимальный поток, который может обеспечить скважина	Очень высокая - Определяет максимальный поток насоса
Диаметр скважины	Внутренний диаметр скважины	Средняя - Определяет максимальный диаметр насоса

27.4 Расчет общей манометрической высоты

Общая манометрическая высота (Hmt):
Hmt = Hg + Hf + Hr + Hp

Где:
Hg = Геометрическая высота (разница высот)
Hf = Потери из-за трения в трубопроводе
Hr = Потери в перезарядке резервуара
Hp = Требуемое давление в точке потребления

Геометрическая высота:
Hg = Высота_скважины - Высота_потребления
Если есть всасывание: Hg = Высота_насоса - Высота_динамического_уровня + Высота_потребления - Высота_насоса

Потери из-за трения:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)
Где:
f = Коэффициент трения (зависит от материала и шероховатости)
L = Длина трубопровода (м)
D = Внутренний диаметр трубопровода (м)
v = Скорость воды (м/с)
g = Ускорение гравитации (9.81 м/с²)

27.5 Расчет потерь из-за трения

Формула Дарси-Вейсбаха:
Hf = f × (L/D) × (v²/2g)

Формула Хазена-Уильямса (проще):
Hf = 10.67 × L × Q^1.852 / (C^1.852 × D^4.87)

Где:
Hf = Потери из-за трения (м)
L = Длина трубопровода (м)
Q = Поток (м³/с)
D = Внутренний диаметр (м)
C = Коэффициент шероховатости (зависит от материала)

Коэффициенты шероховатости (C):
- ПВХ: 150
- ПЭ: 150
- Новая сталь: 130
- Использованная сталь: 100
- Фиброцемент: 120
- Бетон: 120

27.6 Единичные потери

Единичные потери - это потери напора, производимые аксессуарами и изменениями направления в трубопроводе:

Аксессуар	Коэффициент (K)
Колено 90°	0.9
Колено 45°	0.4
Тройник (прямой поток)	0.3
Тройник (боковой поток)	1.3
Задвижка открытая	0.2
Обратный клапан	2.5
Вход трубопровода	0.5
Выход трубопровода	1.0

27.7 Расчет требуемого потока

Требуемый поток:
Q_req = V_req / t_pumping

Где:
Q_req = Требуемый поток (м³/ч)
V_req = Требуемый объем (м³)
t_pumping = Доступные часы насоса (ч)

Пример:
Требуемый объем: 50 м³/день
Доступные часы солнца: 6 часов
Q_req = 50 / 6 = 8.33 м³/ч

Учитывать поток скважины:
Q_pumping ≤ Q_well
Поток насоса не должен превышать доступный поток скважины

27.8 Выбор насоса

Выбор насоса выполняется с учетом:

Общая манометрическая высота: Определяет тип и размер насоса
Требуемый поток: Определяет размер насоса
Тип насоса: Погружной или поверхностный согласно высоте
Характеристическая кривая: Кривая насоса должна проходить через рабочую точку
Эффективность: Насос должен работать в своей точке максимальной эффективности

27.9 Выбор типа насоса

Манометрическая высота	Рекомендуемый тип насоса
< 15 м	Поверхностный центробежный насос
15-50 м	Многоклеточный погружной насос
50-150 м	Многоклеточный погружной насос
> 150 м	Высокого давления многоклеточный погружной насос

27.10 Расчет гидравлической мощности

Гидравлическая мощность:
Ph = ρ × g × Hmt × Q / 3600

Где:
Ph = Гидравлическая мощность (кВт)
ρ = Плотность воды (1000 кг/м³)
g = Ускорение гравитации (9.81 м/с²)
Hmt = Общая манометрическая высота (м)
Q = Поток (м³/ч)

Пример:
Hmt = 80 м
Q = 8 м³/ч
Ph = 1000 × 9.81 × 80 × 8 / 3600 = 1.74 кВт

27.11 Расчет электрической мощности

Электрическая мощность двигателя:
Pe = Ph / (ηpump × ηmotor)

Где:
Pe = Электрическая мощность (кВт)
Ph = Гидравлическая мощность (кВт)
ηpump = Эффективность насоса (0.5-0.8)
ηmotor = Эффективность двигателя (0.85-0.95)

Пример:
Ph = 1.74 кВт
ηpump = 0.65
ηmotor = 0.90
Pe = 1.74 / (0.65 × 0.90) = 2.97 кВт

27.12 Расчет фотоэлектрической мощности

Необходимая фотоэлектрическая мощность:
Pfv = Pe / (ηinverter × Fsub)

Где:
Pfv = Фотоэлектрическая мощность (кВтп)
Pe = Электрическая мощность (кВт)
ηinverter = Эффективность инвертора (0.95-0.98)
Fsub = Фактор под-размерения (1.2-1.4)

Фактор под-размерения:
- Зоны с хорошей радиацией: 1.2
- Зоны со средней радиацией: 1.3
- Зоны с низкой радиацией: 1.4

Пример:
Pe = 2.97 кВт
ηinverter = 0.96
Fsub = 1.3
Pfv = 2.97 / (0.96 × 1.3) = 3.18 кВтп
Выбрать: 3.3 кВтп (10 панелей по 330 Втп)

27.13 Расчет дневного потока

Дневной накачанный поток:
V_day = Q × t_sun × F_corr

Где:
V_day = Дневной накачанный объем (м³)
Q = Поток насоса (м³/ч)
t_sun = Эффективные часы солнца (ч)
F_corr = Фактор коррекции (0.7-0.9)

Фактор коррекции:
- Учитывает изменения радиации
- Учитывает изменения температуры
- Учитывает потери системы
- Типичный: 0.8

Пример:
Q = 8 м³/ч
t_sun = 6 ч
F_corr = 0.8
V_day = 8 × 6 × 0.8 = 38.4 м³/день

27.14 Расчет хранения

Необходимый объем хранения:
V_storage = V_consumption × Autonomy_days

Где:
V_storage = Объем хранения (м³)
V_consumption = Дневное потребление (м³/день)
Autonomy_days = Дни автономии (2-5 дней)

Рекомендуемые дни автономии:
- Зоны с хорошей радиацией: 2 дня
- Зоны со средней радиацией: 3 дня
- Зоны с низкой радиацией: 4-5 дней

Пример:
V_consumption = 50 м³/день
Autonomy_days = 3 дня
V_storage = 50 × 3 = 150 м³

27.15 Выбор инвертора

Выбор инвертора выполняется с учетом:

Мощность двигателя: Инвертор должен быть подходящим для мощности двигателя
Тип двигателя: Трехфазный или однофазный
Тип контроля: VVF (Variable Frequency Drive) для насосов
Функция MPPT: Необходима для максимизации производства
Защиты: Полные защиты для двигателя и системы

27.16 Конфигурация панелей

Конфигурация панелей:

Последовательная конфигурация:
- Увеличивает напряжение
- Сохраняет ток
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel

Параллельная конфигурация:
- Сохраняет напряжение
- Увеличивает ток
- V_total = V_panel
- I_total = I_panel × N_parallel

Смешанная конфигурация:
- Комбинация серия-параллель
- V_total = V_panel × N_series
- I_total = I_panel × N_parallel

Соображения:
- Напряжение должно быть в диапазоне инвертора
- Учитывать температуру (влияет на напряжение)
- Учитывать потери от затенения

27.17 Ориентация и наклон панелей

Ориентация:
- Северное полушарие: Юг (азимут 0°)
- Южное полушарие: Север (азимут 180°)
- Толерантность: ±15°

Оптимальный наклон:
- Годовое использование: β = Широта
- Летнее использование: β = Широта - 10°
- Зимнее использование: β = Широта + 10°
- Солнечный насос: β = Широта

Соображения:
- Избегать затенения между рядами
- Минимальное расстояние между рядами
- Учитывать топографию местности

27.18 Расчет расстояния между рядами

Расстояние между рядами:
d = h / tan(α)

Где:
d = Расстояние между рядами (м)
h = Высота панели (м)
α = Солнечный угол (зависит от широты и времени года)

Солнечный угол для зимнего солнцестояния:
α = 61° - Широта

Пример (Широта 40°):
α = 61° - 40° = 21°
h = 1.65 м × sin(40°) = 1.06 м
d = 1.06 / tan(21°) = 2.77 м
Рекомендуемое расстояние: 3 м

27.19 Проверка проектирования

После выполнения проектирования, следует проверить:

Дневной поток: Проверить, что дневной поток удовлетворяет потребности
Манометрическая высота: Проверить, что насос может работать на требуемой высоте
Рабочая точка: Проверить, что рабочая точка в зоне максимальной эффективности
Фотоэлектрическая мощность: Проверить, что фотоэлектрическая мощность достаточна
Хранение: Проверить, что хранение достаточно

27.20 Оптимизация проектирования

Проектирование может быть оптимизировано с учетом:

Выбор насоса: Выбрать наиболее эффективный насос для рабочей точки
Конфигурация панелей: Оптимизировать конфигурацию серия-параллель
Ориентация и наклон: Оптимизировать согласно периоду использования
Хранение: Оптимизировать объем хранения
График насоса: Оптимизировать график насоса

27.21 Полный пример проектирования

Данные проекта:
- Дневное потребление: 50 м³/день
- Глубина скважины: 80 м
- Динамический уровень: 60 м
- Высота подъема: 20 м
- Широта: 40°
- Часы солнца: 6 ч/день

Расчеты:
- Манометрическая высота: Hmt = 60 + 20 + потери = 85 м
- Требуемый поток: Q = 50/6 = 8.33 м³/ч
- Гидравлическая мощность: Ph = 1000 × 9.81 × 85 × 8.33 / 3600 = 1.93 кВт
- Электрическая мощность: Pe = 1.93 / (0.65 × 0.90) = 3.30 кВт
- Фотоэлектрическая мощность: Pfv = 3.30 / (0.96 × 1.3) = 3.65 кВтп

Выбор компонентов:
- Насос: Многоклеточный погружной, 3.5 кВт, 85 м, 8.5 м³/ч
- Панели: 12 панелей по 330 Втп (3.96 кВтп)
- Конфигурация: 3 серии по 4 панели параллельно
- Инвертор: 4 кВт, MPPT, VVF
- Хранение: 150 м³ (3 дня автономии)

27.22 Заключительные соображения

Безопасность: Учитывать все меры безопасности
Обслуживание: Облегчить обслуживание системы
Доступность: Облегчить доступ к системе
Защита: Защитить систему от перенапряжений и перегрузок
Документация: Документировать все проектирование и расчеты

Резюме главы 27: Проектирование системы солнечного насоса требует детального анализа всех параметров системы. Должны учитываться характеристики скважины (глубина, статический уровень, динамический уровень, доступный поток), потребности в воде (требуемый поток, график насоса), климатические условия (солнечная радиация, температура) и компоненты системы (насос, панели, инвертор). Расчет общей манометрической высоты включает геометрическую высоту, потери из-за трения, единичные потери и требуемое давление. Выбор насоса выполняется с учетом манометрической высоты и требуемого потока. Фотоэлектрическая мощность рассчитывается с учетом необходимой электрической мощности, эффективности инвертора и фактора под-размерения.