Introduction to solar water pumps

Pompe à eau solaire: principes techniques, composition du système et évolution future

Les pompes à eau solaire sont essentiellement un système complet qui convertit directement l'énergie du rayonnement solaire en énergie cinétique hydraulique, réalisant ainsi les opérations de levage d'eau. Sa valeur fondamentale réside dans la réalisation d'un degré élevé d'unité entre l'acquisition d'énergie et la consommation d'énergie dans le temps et le lieu, en particulier en fournissant des solutions révolutionnaires pour l'irrigation agricole, l'eau vive et la gestion écologique dans les zones hors réseau.

1. Core technique: pas d'épissage simple, mais couplage profond

Un système de pompe à eau solaire efficace a une nature technologique avancée principalement reflétée dans les stratégies de contrôle "souples" plutôt que par des composants mécaniques "durs". Il se compose principalement de trois parties:

Tableau photovoltaïque (couche de capture d'énergie)

Fonction: Convertissez l'énergie lumineuse en puissance CC. Ses caractéristiques de sortie sont hautement non linéaires, et la tension de sortie et le courant changent considérablement avec l'intensité lumineuse et la température ambiante.

Clé technique: La configuration du tableau (en série / parallèle) doit être accordée précisément aux besoins en tension / puissance du moteur de la pompe pour éviter les déchets d'alimentation ou les dommages à l'équipement.

Contrôleur spécial / onduleur (cerveau du système et cœur)

C'est le cœur du contenu technique de l'ensemble du système, et ses performances déterminent directement l'efficacité globale du système. Il entreprend deux fonctions de base:

Suivi de point de puissance maximum (MPPT): Il s'agit de l'algorithme le plus critique. Étant donné que la puissance de sortie du panneau solaire fluctuera avec le changement de l'environnement externe, il existe un point de sortie de sortie maximal (MPP). Le contrôleur MPPT ajuste dynamiquement les points de travail électriques par l'échantillonnage en temps réel et l'utilisation d'algorithmes tels que la «méthode d'observation de perturbation» ou la «méthode d'incrément de conductance» pour garantir que les panneaux solaires sont toujours sortis à la puissance maximale. Cette technologie peut augmenter l'efficacité du système de 25% à 30%, ce qui est le signe fondamental qui le distingue d'un système de connexion simple et direct.

Variable Fréquence Drive (VFD): Le contrôleur convertit la puissance CC variable générée par le panneau solaire en puissance CC stable, puis inverse en puissance AC en fréquence de fréquence réglable pour conduire le moteur de la pompe à eau. Cela permet à la vitesse de pompe d'être adaptée linéairement à la puissance disponible en temps réel: lorsque la lumière est forte, la fréquence est élevée, la vitesse est rapide et la sortie de l'eau est grande; Lorsque la lumière est faible, la fréquence est faible, la vitesse est lente, mais elle reste en marche au lieu de s'arrêter. Ce mécanisme "opération flexible" maximise l'utilisation de chaque rayon de soleil.

Unité de pompe à eau (terminal d'exécution d'énergie)

Selon le scénario d'application, il est principalement divisé en deux catégories:

Pompe submersible: Il convient à l'extraction en eau du puits profond, le moteur et la pompe sont intégrés dans l'eau, avec une structure compacte et une tête élevée.

Pompe de surface: placée au-dessus de la surface de l'eau, adaptée aux sources d'eau libre telles que les rivières, les lacs, les étangs, etc., avec un grand débit mais une tête relativement basse.

La conception du moteur doit également être adaptée aux caractéristiques variables du lecteur de fréquence pour s'adapter à une large gamme de changements de vitesse.

2. Avantages systémiques: Dimensions au-delà de la substitution énergétique

Par rapport aux pompes à eau à propulsion traditionnelle, ses avantages sont systématiques:

Économie opérationnelle: le coût du cycle de vie (LCC) est son principal avantage. Bien que l'investissement initial soit élevé, le coût du carburant d'exploitation (lumière du soleil) est nul et la demande de maintenance est extrêmement faible (consommables tels que les moteurs diesel sans pétrole, filtres, bougies d'allumage, etc.), ce qui rend la période de récupération d'investissement généralement terminée en quelques années, suivie de l'étape nette du revenu.

Fiabilité et automatisation: le système est à l'état solide, sans pièces consommables, longue durée de vie. Extrêmement facile à intégrer avec les capteurs (humidité du sol, le niveau de l'eau) et les actionneurs pour obtenir une irrigation intelligente entièrement automatique ou l'approvisionnement en eau sans intervention manuelle.

Association environnementale et flexibilité du déploiement: zéro émissions de carbone, pas de bruit, pas de pollution. La conception modulaire lui permet d'être déployée presque partout où il y a du soleil et de l'eau sans s'appuyer sur des infrastructures de grille, créant un nouveau modèle de «fourniture d'eau distribuée».

3. Défis techniques et tendances futures

La technologie actuelle évolue toujours, et les défis et les tendances sont:

Problème intermittent: L'intermitténtité inhérente de l'énergie solaire est son plus grand défi. L'orientation future est l'intégration profonde de "Photovoltaic + Energy Storage". Ce n'est pas seulement une simple installation de batteries, mais aussi une optimisation de la logique de charge et de décharge et des stratégies de gestion de l'énergie hybride pour obtenir un approvisionnement en eau stable 24/7.

Intelligence du système: allez au-delà du MPPT de base et développez-vous vers l'optimisation au niveau du système de niveau supérieur. Par exemple, grâce à la technologie de l'Internet des objets (IoT), en combinant les systèmes de pompe à eau avec les prévisions météorologiques, les modèles de demande de l'eau des cultures et les données d'humidité du sol, les algorithmes d'IA peuvent prédire la production d'énergie et la demande d'utilisation de l'eau dans les prochains jours, formulant ainsi la stratégie de planification de pompage optimale pour réaliser l'optimisation collaborative de la «énergie d'eau».

Matériaux et optimisation des coûts: Continuer à améliorer l'efficacité de la conversion photovoltaïque, le développement de matériaux moteurs magnétiques permanents plus efficaces et durables, et réduisant davantage le coût du système par watt grâce à une production à grande échelle est la clé pour promouvoir sa popularisation à grande échelle.

en conclusion

Les pompes à eau solaire sont une technologie numérique d'énergie typique. Il convertit efficacement, de manière fiable et intelligente de l'énergie primaire instable (énergie solaire) en l'énergie mécanique ultime (pompage) via la technologie de l'électronique de puissance (onduleurs), les algorithmes de contrôle avancés (MPPS) et les logiciels. Ce n'est plus seulement un outil d'énergie alternative, mais est devenu un nœud intelligent de base pour réaliser l'agriculture de précision et la gestion durable des ressources en eau. Sa connotation technique se développe rapidement vers une direction plus intégrée, plus intelligente et plus fiable.