النصر للطاقة الشمسية

طلمبات الطاقة الشمسية

تعمل طلمبات الطاقة الشمسية على الكهرباء التي تولدها الألواح الضوئية المنبعثة من أشعة الشمس بدلا من كهرباء الشبكة القومية أو الديزل.
تستخدم أنظمة ضخ المياه بالطاقة الشمسية للري ومياه الشرب في الهند في الغالبية العظمى من المزارع الصغيرة التي تحتاج الي طلمبات قدرتها اقل من 3000 وات
قد أظهرت السوق المصرية طلب كبير على ضخ المياه بالطاقة الشمسية.
وحاليأ تم إعتماد مضخات المياه بالطاقة الشمسية من قبل الحكومة في جميع أنحاء الجمهورية

تصميم طلمبات الطاقة الشمسية:

هذا البرنامج يقوم بحساب حجم الطلمبات الشمسية المطلوبة و كمية المياه التي يتم ضخها
يتم ادخال البيانات التالية:

  1. كمية المياه المطلوبة: يجب مراعاة ان مواصفات البئر تسمح بمعدلات سحب لكميات المياه المطلوبة بناء علي تقرير استشاري
  2. موقع المشروع
  3. عمق بئر المياه
  4. بيانات خزان المياه: في حالة عدم ادخال بيانات الخزان البرنامج سوف يحسب معدلات ضخ المياه حتي منسوب سطح البئر فقط
    يتم الحساب علي اساس وجود الخزان بجانب البئر علي خط مستقيم لا يوحد به اكواع تسبب في زيادة فاقد احتكاك اضافي بالمواسير

يقوم البرنامج بحساب عدد الألواح الشمسية و حجم الانفرتر المطلوب و معدلات ضخ المياه في شهور السنة المختلفة




برنامج تصميم مضخات المياه الشمسية

بيانات الأشعاع الشمسي طبقا لقاعدة بيانات وكالة الفضاء الأمريكية

احداثيات الموقع: اختار المكان علي الخريطة او اكتب احداثيات الموقع مباشرة



احتياجات المياه اليومي


زاوية ميل الألواح الشمسية




بيانات البئر


اترك هذه البيانات فارغة في حال عدم وجود شبكة تنقيط


بيانات الخزان— اترك هذه البيانات فارغة في حال عدم وحود خزان





تطبيقات طلمبات الطاقة الشمسية

تستخدم في ثلاث تطبيقات أساسية :

  1. توصيل مياه الشرب للقري النائية
    هنا يكون الطلب على الماء ثابتاً على مدار السنة.
    في الأيام الغائمة التـي يكـون فيهـا الإشعاع الشمسي منخفض تكون هناك حاجة لتخزين الماء.
    المناطق التي تتميز بفصول ممطـرة يعوض ماء المطر الانخفاض الناتج في عمل المضخة الشمسية .
  2. توفير مصدر شرب مياه نظيفة للمواشي في المناطق التي لا تصلها شبكة مياه الشرب
  3. الري للأراضي الزارعية.

طلمبات الطاقة الشمسية

هناك نظامين لتشغيل انظمة الري بالطاقة الشمسية

  1. انظمة طلمبات التيار المستمر DC

    مضخة شمسية تيار مستمر

    تستخدم هده الطلمبات في المشاريع الصغيرة في تطبيقات تصل قدرتها إلى حوالي 3  كيلوواط.
    هي مناسبة لتطبيقات مثل نوافير الحدائق، ومياه الشرب للماشية، أو مشاريع الري الصغيرة.
    يوجد سلسلة من الأنظمة تغطي أعماق تصل الي 150 متر ومعدلات ضخ للمياه حتي 10 متر مكعب في الساعة.
    يتم تحديد قدرة النظام عن طريق تحديد عمق البئر وكمية المياه المنتجة في اليوم.
    ويعمل هذا النظام بطريقة تلقائية سهلة جدا من وقت شروق الشمس وحتي غروبها دون الحاجة الي بطاريات تخزين للطاقة.
    يتكون النظام من اربع أجزاء:

    1. الألواح الشمسية
    2. وحدة التحكم و تتكون من منظم للتيار الكهربائي وأجهزة الاستشعار لمنسوب المياه و الملحقات الأخرى
      والغرض من وحدة التحكم ذو شقين:
      اولأ: مطابقة الطاقة التي تحصل علىها مضخة مع  الطاقة المتاحة من الألواح الشمسية.
      ثانيا: حماية المصخة من الجهد المنخفض، حيث يتم ايقاف نظام خروج الكهرباء  إذا كان الجهد منخفض جدا أو مرتفعة جدا لمدى جهد التشغيل المضخة.
      هذا يزيد من عمر المضخة وبالتالي تقليل الحاجة إلى الصيانة.
    3. طلمبة غاطسة تيار مستمر DC
      تميل هذه الطلمبات إلى أن تكون مستويات الكفاءة الكلية بها أعلى من الطلمبات AC ذات الحجم المماثل.
      و بذلك يتم تخفيض تكاليف لوحات الطاقة الشمسية المستخدمة في المشروع.
    4. خزان المياه

      الطريقة العامة لتحديد حجم الخزا ن هو أن يكون على الأقل يكفي لمدة ثلاثة أيـام استخدام
      في نظم مياه الشرب الصغيرة حتي سعة 50 متر مكعب يتم استخدام خزانات المياه الPVC العادية وتوضع فوق اسطح اي مبني قائم او يتم عمل هيكل معدني لرفعها فوق سطح الأرض بارتفاع مناسب للأستفادة من الجاذبية في ضخ المياه بالمواسير.

  2. انظمة طلمبات التيار المتردد AC

    يتم استخدام انظمة طلمبات التيار المتردد في المشاريع الاكبر حجما. كما تستخدم هذه الانظمة في تنقية وتدوير المياه في حمامات السباحة وتحلية مياه البحر ومشروعات مياه الشرب
    و يتكون النظام من ثلاثة أجزاء:

    1. الألواح الشمسية
      تشكل معظم تكلفة النظام (حوالي 80٪). و يعتمد حجم الالوح بشكل مباشر على حجم المضخة وكمية المياه المطلوبة (متر مكعب / يوم) والإشعاع الشمسي المتاح في مكان الموقع .
    2. عاكس المضخة الشمسية Solar pump Inverter
      يتم تركيبه لتحويل التيار المباشر القادم من الألواح الشمسية إلى تيار متردد للطلمبة.
      القدرات المتاحة للمحولات تبداء من 1 حتي 300 كيلو وات وذلك يغطي معدلات تدفق للمياه تصل الي 450 متر مكعب في الساعة.
    3. مضخات التيار المتردد و يجب ان تكون قادرة علي العمل بسرعات متفاوتة variable speed تبداء من قيم دنيا , لأن الكهرباء القادمة من الطاقة الشمسية هي كهرباء متفاوتة الشدة علي مدار اليوم
      من الأخطاء الفادحة و المنتشرة لدي الكثير من المبتدئين في مجال الطاقة الشمسية هو محاولة تركيب مضخات تيار متردد عادية.
      هذه المضخات الAC التقليدية تتطلب مرتين أو أكثر قوة (القوة الكهربائية) لبدء ضخ ألتشغيل مما هو مطلوب Surge Power، و انفرتر النظام يجب أن يكون قادرا على التعامل مع هذا الحمل الاضافي لبدء العمل. مما يجعل استخدامها في مجال الطاقة الشمسية غير عملي
    4. الخزان الأرضي

      خزان مياه ارضي
      في نظم مياه الشرب و الأراضي الزراعية الكبيرة يجب عمل خزان ارضي
      هذا الخزان الذي قد يصل سعته الي 2000 متر مكعب او اكثر و يجب ان تتوافر فيه الشروط الأتية:

      • يمكن عزل الأرضية و الجوانب لمنع تسرب المياه باستخدام الغشاء الثقيل Membranes بسمك 1.0مم، توضع هذه الطبقة على أرضية وجوانب القنوات وتدفن نهاياتها بالتراب.
      • صب الأرضية و الجوانب بالخرسانة العادية. وتنفذ عملية الصب على هيئة مسطحات لا تزيد أبعادها عن 5 × 5 متر للحد من التشققات نتيجة التمدد والانكماش. وسمك الخرسانة عادة يتراوح بين 7.5 و 10 سم.
        و هذه أقوى طريقة لتبطين خزانات المياه ، لأنها تساعد علي تدفق الماء بسرعات عالية، علاوة على أنها تمنع نمو الأعشاب و تدوم لفترات طويلة قد تصل إلى 40 سنة أو أكثر.
      • الجوانب مائلة بزاوية لأ تزيد عن 45 درجة
      • عمق الخزان يجب ان لأ يقل عن 2 متر للتقليل من فاقد تبخر المياه نتيجة سطوع الشمس

ضغط المياه في شبكات الري و مياه الشرب

  1. الضغط بالجاذبية:
    في المشاريع الصغيرة يتم وضع خزان علوي فوق سطح مبني او في منسوب عالي في الأرض للاستفادة من الجاذبيـة و الأستغناء عن مضخة ضغط المياه .
  2. الضغط في شبكات الري

    عند الرغبة في تنفيذ شبكات الري يتم الأتي:

    • يتم تقسيم المساحة الكلية الي اجزاء (حوشة) بحيث يتراوح مساحة كل جزء بين 4 ال 8 فدان.
    • حساب قيمة فاقد الأحتكاك في الشبكة و اضافة هذه القيمة الي الأرتفاع الديناميكي الكلي للحصول علي قدرة المضخة الشمسية المطلوبة:
      مثال : ارتفاع المياه في البئر = 50 متر
      فاقد الأحتكاك في شبكة التنقيط = 20 متر
      ارتقاع الضغط الديناميكي = 50+20 = 70 متر
  3. توزيع المياه في شبكات الري بالغمر

    قناة ري زراعية

    في المشاريع الكبيرة التي تستخدم نظام الري بالغمر , يتم عمل الخزان علي هيئة قناة ري ( ترعة) طولية Tube Well بطول الأرض.
    تكون هذه الترعة مرفوعة بمقدار كافي عن سطح الأرض الزاعية حتي يتم الري بالجاذبية دون الحاجة الي مضخات لرفع المياه
    فمثلأ لو ارض مساحة 50 فدان بطول 500 متر و عرض420 متر و مطلوب عمل خزان سعة 2100 متر مكعب
    يكون ابعاد الخزان = 300 متر طول * 3.5 متر عرض متوسط * 2 متر عمق.

    قناة ري بمظلة شمسية
    الصورة المرفقة توضح فكرة مبتكرة تم تنفيذها بواسطة شركاء النصر للطاقة الشمسية في الصين CNBM Engineering
    حيث تم وضع الألواح الشمسية فوق قناة تخزين المياه لتحقيق هدفين:

    • خلق مظلة فوق قناة الري لتقليل من فاقد تبخر المياه نتيجة تعرض القناة لأشعة الشمس المباشرة
    • التوفير في مساحة الأرض حيث لأ يتم اهدار ارض لتخصيصها كمساحة لتركيب الألواح الشمسية

مزايا طلمبات الطاقة الشمسية

  1. تمتاز الطاقة الشمسية باستمرارية توافرها بصورة منتظمة.
    علي عكس طاقة الرياح الغير منتظمة فيصعب الأعتماد عليها لتوليد الطاقة للنظم المنفصلة عن الشبكة دون وجود مصدر بديل
  2. توفير الماء للوديان والمنازل البعيدة عن العمران و شبكة الكهرباء العمومية.
  3. تستخدم الشمس كمصدر للطاقة بدل من الوقود مما يقلل من مصاريف التشغيل
  4. المضخة تعمل تلقائيا بعد شروق الشمس, أو علي حسب برنامج تشغيل وحدة التحكم دون الحاجة للمتابعة البشرية مما يقلل من تكاليف التشغيل
  5. سهولة التركيب بدون الحاجة لتمديد كابلات للربط بشبكة الكهرباء العامة
  6. الطاقة الشمسية نظيفة و لأ تسبب تلوث للمياه الجوفية أو الهواء كما في المضخات التي تعمل بالوقود .

عيوب طلمبات الطاقة الشمسية

  1. التكلفة الأولية للنظام مرتفعة
  2. معدل تدفق المياه من المضخات يقل بنسبة تصل الي 30% خلال الشتاء لأن الخلايا الشمسية تنتج كميات أقل من الطاقة.
    بشكل عام في نظم الري هناك توافق بين ازدياد الإشعاع الشمسي في الصيف و ازدياد الطلب على الماء.
    اما في نظم ضخ مياه الشرب فالطلب علي المياه ثابت علي مدار العام و لذلك يتم التصميم علي اساس انتاجية النظام الشمسي خلال الشتاء, مع وجود فائض غير مستغل صيفآ
  3. يجب اخلاء موقع النظام الشمسي من اي اشجار او مباني مرتفعة او عوائق قد تتسبب في وجود ظلال تقلل من انتاجية الألواح.
    و قد ينتج عن ذلك عدم الأستغلال الامثل لكل مساحة الموقع
  4. طلمبات التيار المستمر DC صيانتها صعبة تتطلب خبرات فنية خاصة في هذا المجال.
    علي عكس الطلمبات التقليدية التي تتمتع بانتشار واسع للخبرات و قطع الغيار .

خطوات تصميم طلمبات الطاقة الشمسية بطريقة يدوية

لتحديد حجم نظام ضخ المياه يتم اتباع الخطوات الأتية:

  1. معدلات استهلاك المياه

    حساب الحد الأدني للكمية الكلية للمياه المطلوبة في اليوم الواحد.
    المحصولاستهلاك المياه للفدان م3/يوم
    موز65
    ارز45
    أشجار الموالح و مانجومن 15 الي 40 حسب عمر الأشجار
    بطاطس31.5
    طماطم30
    قصب سكر27
    بصل26
    قطن22
    خضار مثل الفلفل و السبانخ21
    ذرة19
    قمح18
    شعير17
    فول16
    عباد شمس16
    رمان و زيتونمن 5 ال 13 حسب عمر الأشجار
  2. ارتفاع الضخ الديناميكي TDH

    حساب قيمة المسافات الرأسية والأفقية التـي سـيتم ضخ الماء إليها .
    هذه القيمة هي مجموع 3 ارقام.
    Total Dynamic Head = Pumping Level + Vertical Rise + Friction Loss
    • ارتفاع البئر و يقاس اعتباراً من سطح الأرض بجانب البئر إلى أدنـى مسـتوى يمكن أن يصل إليه سطح الماء في البئر
    • ارتفاع الخزان و يقاس من سطح الأرض بجانب البئر إلى أعلى نقطة في الخزان
    • فاقد الاحتكاك في الأنابيب, و هي مقاومة السطح الداخلي لماسورة البئر.
    يقدر فاقد الاحتكاك بهبوط الضغط الذي يكافأ بارتفاع و تحدد قيمته بمعرفة قطر الماسورة الداخلية للبئر.
    بشكل عـام فـإن الماسورة ذو القطر الأصغر و قيمة الضخ الأعلى يعطي مقاومة أعلى.
    في معظم الحالات يمكن تبسيط وحساب فقدان الاحتكاك .
    إذا كان خزان النظام يقع بالقرب من البئر 10 متر أو أقل ، و يتم استخدام حجم المواسير الموصى بها، هناك قاعدة بسيطة ممكن استخدامها.
    فقدان الاحتكاك يمكن تقدر ب 5 ٪ من مجموع الأرتفاع LIFT العمودي.
    و في الحالات التي يقع الخزان بعيدا عن البئر ،يجب استخدام المعادلة الأتية:

    فاقد الأحتكاك = (طول الماسورة بالمتر * 10.67 * (سرعة التدفق متر /ثانية)^1.852) / (140^1.852) *(قطر الماسورة بالمنر^4.8704)
    مثال:
    ماسورة طولها 50 متر
    قطرها =2 بوصة (0.058 متر)
    معدل تدفق المياه = 15 متر مكعب / ساعة = 0.00416 متر3/ ثانية

    فاقد الأحتكاك = (50 * 10.67* 0.00416^1.852 )/ (140^1.852) * 0.058^4.8704
    = 0.0208 / 0.00895 = 2.35 متر

  3. حساب معدل تدفق المياه

    للتبسيط يمكن عمل الحسابات في الدول العربية ان عدد ساعات الذروة للشمس في اليوم = 5 ساعات
    معدل تدقف المياه بالمتر المكعب في الساعة = كمية المياه المطلوبة في اليوم / عدد ساعات الذروة للشمس في اليوم .

  4. حساب قطر ماسورة الطرد – Discharge Pipe

    في كثير من الأحيان تتطلب المضخات الغاطسة قطر ماسورة طرد اصغر من الأقطار المستخدمة في الخطوط الأفقية
    لأن في مواسير الطرد يتم استخدام كامل مساحة الماسورة لتوصيل المياه إلى السطح.
    الحد الأدنى من السرعة في الماسورة لا ينبغي أن يكون أقل من 1.1 متر/ثانية.
    كما يجب ايضا مراعاة ان لأ تزيد سرعة تدفق المياه في المواسير عن 2 متر/ ثانية في اي حال من الأحوال فيتم اتباع الجدول الأتي:

    قطر الماسورة بالبوصةاقصي معدل تدفق م3/ساعة
    3/42.25
    13.5
    1.58
    214
    2.522
    332
    456.5
    588
    6127
    8226
    10353
    12508
  5. حساب قدرة طلمبات الطاقة الشمسية

    يتم حساب قدرة طلمبات الطاقة الشمسية المطلوبة طبقا للمعادلة الأتية:
    القدرة بالكيلو وات = 0.002725 * ارتفاع الضخ الديناميكي بالمتر * معدل تدقف المياه بالمتر المكعب / كفائة المضخة
    مثال:
    كمية المياه المطلوبة في اليوم = 20 متر مكعب
    عمق البئر 110 متر
    ارتفاع الخزان 7 متر
    كفائة المضخة 0.85
    الحسابات:
    ارتفاع الضخ الديناميكي= 1.05*(110+7)=122.85 متر
    معدل تدقف المياه بالمتر المكعب في الساعة = 20 / 5 = 4 متر مكعب/ ساعة
    قدرة الطلمبة الشمسية = 0.002725* 122.85*4 /0.85= 1.58 كيلو وات
    و من المعروف ان الحصان = 745 وات
    و بالتالي حجم الطلمبة = 1.339/0.745 = 2 حصان

  6. حساب حجم المصفوفة الشمسية

    بصورة تقريبية حجم المصفوفة الشمسية بالوات = قدرة الطلمبة (تعمل لمدة 5 ساعات) * 1.35
    مثال: طلمبة قدرتها 1500 وات
    حجم المصفوفة الشمسية = 1500 * 1.35 = 2000 وات

stamp©جميع الحقوق محفوظة
- النصر للطاقة الشمسية
- 126 حي 3/4 التجمع الخامس , مصر
- تليفون: 01117777488