АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина VII, брой 2, 2019

Соларни напоителни системи за устойчиво земеделие

Соларни напоителни системи за устойчиво земеделие

Употребата на слънчевата енергия за напояване е многообещаваща алтернатива на конвенционалните електрически и дизелови напоителни системи. Технологията е базирана на фотоволтаици, преобразуващи слънчевата енергия в електрическа, която задвижва водната помпа с постоянен или променлив ток.
Една от областите на селското стопанство, в която слънчевата енергия намира най-голямо приложение, е напояването, особено в по-сухите и топли региони. Основната причина за използването на слънцето за напояване се състои в един прост и гениален принцип - когато слънцето грее, то захранва напоителната система, а насажденията се нуждаят от повече вода в точно този момент. Следователно, системата разполага с по-голямо количество енергия, точно в моментите, когато е най-необходима.


В много селски региони достъпът до електрическата мрежа често е несигурен и селскостопанските производители не могат да разчитат на стандартните напоителни системи. Дизеловите помпи са малко по-ефективни от помпите с променлив ток, тъй като позволяват по-голяма гъвкавост. Но едно от основните им ограничения е зависимостта на системата от доставките на гориво, в добавка към негативното им въздействие върху околната среда. Дизеловите помпи имат по-ниска цена от соларните, но оперативните разходи са големи и силно зависят от цената на дизеловото гориво. При соларните системи е точно обратното - инсталацията е относително скъпа, но енергийният източник е напълно безплатен. Единствените разходи са за тези за поддръжка, което прави от соларните системи една достъпна дългосрочна инвестиция.

Как работи соларната система за напояване?
Помпите, които транспортират водата, са оборудвани със слънчеви панели. Слънчевата енергия, абсорбирана от клетките, се преобразува в електрическа с помощта на генератор. Той захранва електрическия мотор, който от своя страна задвижва помпата. Повечето традиционни напоителни системи работят с дизелов двигател или са свързани към електрическата мрежа. Тези две системи имат доста недостатъци в сравнение със соларните помпи. Соларната система се състои от няколко основни компоненти, на които ще се спрем по-надолу. Това са слънчевият колектор, монтажната конструкция, контролер и инвертор, акумулаторна батерия, водна помпа, система за мониторинг и резервоар.

Слънчев генератор
Слънчевият генератор осигурява енергията, която задвижва моторната помпа. Генераторът е съставен от соларни панели, всеки от които съдържа соларни клетки. В клетките се случва фотоволтаичният ефект, чрез който слънчевата светлина се преобразува в електричество. Соларните клетки са направени от полупроводникови материали като кристален силиций. Когато светлината огрява повърхността на полупроводника, се получава електрическо поле. Ефектът е най-голям, когато слънцето огрява директно клетките, но принципът работи и при непряка слънчева светлина. Слънчевите панели работят на 10% - 25% от капацитета си при облачно време.

За да се защитят клетките от механически въздействия и влага, стринговете са вградени в прозрачен свързващ материал, който електрически изолира клетките. За стабилност и електрическа изолация те обикновено имат пластмасово покритие на задната страна и стъклено на предната.

Слънчевите панели се сертифицират от Международната Електротехническа Комисия и сертификатите са гаранция за качество и се приемат по целия свят. МЕК обаче не оценяват устойчивостта на панелите над 25 години. Стандартните панели имат десетгодишна продуктова гаранция и двайсет и петгодишна гаранция за ефективност, като последната обещава поне 80% мощност в края на 25-тата година.

Мощността на панелите основно зависят от слънчевото греене и температурата на клетките. Тя се покачва значително по време на работа и може да достигне от 40°С до 65 °С, в зависимост от условията.

Слънчевите панели се свързват един към друг последователно, успоредно или и двете, в зависимост от нуждата от електрически ток, напрежение и мощност. Можете да достигнете напрежението, от което имате нужда, като свързвате положителния изход на един панел с отрицателния на следващия. За увеличаване на тока и ампеража свързването е успоредно.

Монтажна конструкция
Продуктивността на соларния панел зависи от греенето и температурата, но също и от ориентацията и ъгъла, под който падат слънчевите лъчи. Съществуват два варианта за монтаж - с фиксиран ъгъл и със слънчев тракер. Най-често соларните панели се монтират неподвижно, което е по-евтино и по-стабилно. Слънчевият тракер същи има предимства - количеството слънчева радиация е между 25% и 35 %. При напоителните системи, изпомпващи водата директно в насажденията, а не в резервоар, се получава постоянен воден поток.

Контролер и инвертор
Контролерът е връзката между соларния генератор и моторната помпа. Той регулира колебанията на изходящата честота, които се дължат на неравномерното греене през деня. Контролерът регулира оборотите на двигателя и предпазва помпата от претоварване.

Повечето електрически мотори на соларните помпи се захранват от прав ток, какъвто слънчевите генератори произвеждат. Тъй като моторите с прав ток са по-ефективни от тези с променлив, те често са предпочитани от производителите на соларни помпи. Ако помпата е на променлив ток, то контролерът трябва да има инвертор. Инверторът преобразува произведения от фотоволтаичния панел прав ток в променлив, така че да е подходящ за захранване на помпата. Несъвместими инвертор и двигател могат да съкратят живота на конвенционалния мотор.

Акумулаторна батерия
Функцията на акумулаторната батерия е да увеличи времето, в което помпата работи, като при поява на облаци или привечер. Тя позволява също системата да спре работа през деня при необходимост, и полученият резерв енергия да активира помпата, дори когато слънцето не грее.

Не е необходима батерия, тъй като електричеството не се съхранява. Изпомпената вода може да се съхранява в резервоар, вместо електричеството в акумулатор, тъй като той има ограничен живот и му е необходима сериозна поддръжка.

Водна помпа
В зависимост от водния източник съществуват две опции за инсталиране на водната помпа - потопяема и непотопяема. Непотопяемите помпи се монтират в близост до водния източник. Те могат да извличат вода от дълбочина не повече от 6 метра. Потопяемите се инсталират на дълбочина от 10 до 120 метра. Те не изискват толкова внимание, но са по-скъпи и трудни за монтаж.

Соларните водни помпи обикновено се правят от неръждаема стомана. Животът им зависи от чистотата на водата и често стига 7-10 години. При лошо конструирани кладенци и вода с високо съдържание на утайка, може да се наложи помпата да се замени само след 2-3 години.

Система за мониторинг
Много ферми все още контролират ръчно напоителните системи. Работниците трябва да пътуват до отдалечени райони. Това може да се замени с безжичен мониторинг, който позволява следенето на налягането, водния поток и други работни параметри чрез компютър или дори смартфон. Системата за мониторинг позволява да се следят налягането, нивото на водата и водния поток и спомага да се оцени ефективността на системата. Събраните данни могат да бъдат изтеглени в софтуера за изчисляване и анализ на използването на вода и електричество. Потребителите могат да следят много показатели, за да получат по-добра представа за напоителните операции и да направят подходящи корекции.

Резервоар
Има многобройни начини за съхраняване на водата - от прости отворени изкопани резервоари, бетонни и пластмасови резервоари до скъпи метални резервоари. Резервоарът има няколко функции – съхранява вода, изпомпена през деня, осигурява напояване до най-отдалечените части от полето, приготвя разтворими торове. Тъй като продуктивността на соларните помпи се променя през деня в резултат на неравномерното слънчево греене, резервоарът може да се използва за регулация на количеството вода за напояване.

Инсталация
Мястото за инсталиране на соларните панели и помпата трябва да се съобразено с някои важни критерии. Най-подходящо за панелите е равно място, около което няма сгради или други структури, които да правят сянка. Панелите трябва да са достъпни за почистване и да са разположени възможно най-близо до помпата и водоизточника. Ако фотоволтаиците са монтирани на следяща система, необходимо е достатъчно пространство за движение на конструкцията. Водната помпа трябва да е повърхностна, когато нивото на водата е до десет метра дълбочина, или потопяема в останалите случаи. Ако разполагате с повече от един водоизточник, изберете този с най-високото ниво на водата.

Времето, необходимо за инсталиране и пускане в експлоатация на соларната помпа, е кратко. При вече монтирана дизелова помпа и съществуващ сондажен отвор, 3-4 дни са достатъчни за подмяната. В случай, че трябва да бъде направен сондаж, времето се увеличава с още 5-7 дни