Panduan Langkah demi Langkah: Merancang Pompa Air DC Tenaga Surya

Panduan Merancang Pompa Air DC Tenaga Fotovoltaik Surya

Desain Umum Pompa Motor DC Tenaga Surya

Jenis sistem PV termudah yang pernah bisa dirancang adalah dengan menyambungkan satu atau beberapa modul PV langsung ke beban DC seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 di bawah ini.

Kapasitas keseluruhan modul adalah sehingga dapat menyuplai daya hanya selama jam sinar matahari. Tidak ada pengaturan khusus yang dilakukan untuk memanfaatkan maksimum modul dengan melacak titik daya maksimum modul dengan pengontrol charge sepanjang hari.

Sistem seperti ini adalah sistem tidak teratur karena daya keluaran dari modul berubah seiring perubahan jam sinar matahari dan tidak ada pengaturan baterai cadangan yang dibuat untuk menyuplai permintaan energi selama operasi malam. Sistem seperti ini lebih cocok untuk aplikasi domestik seperti pemompaan air menggunakan pompa air motor DC.

Seperti yang dinyatakan, sistem ini dapat digunakan untuk pemompaan air terutama dalam aplikasi irigasi. Jika kita membutuhkan air di malam hari, maka kita dapat menggunakan energi tersimpan dalam baterai untuk memompa air selama waktu malam. Namun, seperti yang kita ketahui, baterai hanya dapat diisi ulang selama jam sinar matahari siang hari.

Jadi, mengapa kita harus mengisi baterai jika kita dapat memanfaatkan energi surya yang tersedia untuk memompa air segera selama jam sinar matahari? Di sisi lain, kita tahu baterai tidak murah dan juga akan membutuhkan sirkuit elektronika daya seperti pengontrol charge yang akan menambah biaya. Jadi, dengan memanfaatkan energi surya yang tersedia segera selama jam sinar matahari untuk memompa air, kita dapat menghilangkan biaya dan ruang yang diperlukan untuk baterai dan pengontrol charge dalam aplikasi mandiri ini.

Desain sistem seperti ini sangat sederhana karena kita hanya perlu mencocokkan rating daya dan tegangan modul PV dengan motor pompa DC, sehingga ketika modul menerima radiasi surya, pompa akan menarik air dan menyimpannya dalam tangki. Sistem seperti ini juga dapat dirancang untuk motor AC dengan berbagai rating daya yang tersedia di pasaran.

Namun, pompa motor AC akan membutuhkan sirkuit inverter (DC – AC) untuk mengubah daya DC yang dihasilkan oleh modul PV menjadi daya AC untuk menjalankan motor. Juga, rating daya inverter harus dicocokkan dengan baik dengan motor AC dan modul PV.

Posting Terkait:

• Bagaimana Merancang dan Menginstal Sistem PV Surya?
• Sistem Penyiraman & Pengairan Tanaman Otomatis – Sirkuit, Kode & Laporan Proyek

Persyaratan Pompa Air DC Tenaga Surya

Sebelum kita mulai merancang sistem untuk pemompaan air, penting untuk memahami beberapa istilah yang berkaitan erat dengan merancang sistem mandiri seperti ini.

1. Kebutuhan air harian (m³/hari): Kebutuhan air dapat bervariasi harian, bulanan, dan musiman. Jumlah air yang diperlukan per hari menentukan biaya dan ukuran sistem. Jadi, jika kebutuhan air bervariasi per hari, maka rata-rata mingguan atau bulanan dapat diambil untuk perhitungan desain. Namun, kebutuhan air maksimum harus dipertimbangkan, karena jika sistem dapat memenuhi permintaan air puncak, maka sistem dapat memenuhi permintaan reguler.
2. Tinggi Dinamis Total (TDH) (meter): Ini adalah parameter paling penting untuk desain sistem pemompaan. Ini adalah tekanan efektif di mana pompa air harus beroperasi dan diukur dalam meter. Ini memiliki dua sub-parameter, yaitu elevasi vertikal total dan kehilangan gesekan total. Selanjutnya, elevasi vertikal total adalah penjumlahan tiga parameter yang ditunjukkan pada gambar 3 di bawah ini, yaitu elevasi, level air statis, dan Drawdown.

• Elevasi adalah ukuran selisih antara titik-titik, yaitu antara tanah dan ketinggian tempat air akan diurungkan.
• Level Air Statis adalah selisih antara level air di sumur dan permukaan tanah.
• Drawdown adalah ukuran ketinggian tempat level air menurun karena pemompaan air keluar.

3. Kehilangan gesekan (meter): Ini adalah tekanan yang diperlukan untuk mengatasi gesekan dalam pipa yang berada antara keluar pompa air hingga titik keluar air. Ini ditambahkan ke ketinggian vertikal total untuk mendapatkan nilai Tinggi Dinamis Total (TDH) dan diukur dalam meter. Beberapa faktor berkontribusi pada penyebab kehilangan gesekan, seperti ukuran pipa, jenis fitting, udara yang ada dalam pipa, jumlah belokan, debit aliran, dan sebagainya. Jika titik urung air dekat dengan sumur, maka nilai perkiraan kehilangan gesekan digunakan untuk perhitungan. Misalnya, jika titik urung berada dalam jarak 10 m dari sumur, maka 5 % dari elevasi vertikal total diambil sebagai kehilangan gesekan.

Posting Terkait:

• Panduan Lengkap tentang Instalasi Panel Surya. Prosedur Langkah demi Langkah dengan Perhitungan & Diagram
• Komponen Dasar yang Diperlukan untuk Instalasi Sistem Panel Surya

Langkah Merancang Pompa Air DC Tenaga Fotovoltaik

Semua parameter di atas sangat berguna untuk desain sistem untuk pemompaan air menggunakan modul PV surya. Sekarang mari kita lihat bagaimana parameter ini dan berbagai langkah dapat berguna untuk merancang sistem mandiri seperti ini. Desain sistem dapat dilakukan dalam lima langkah sebagai berikut;

• Langkah 1: Tentukan kebutuhan air harian dalam (m³/hari)
• Langkah 2: Hitung Tinggi Dinamis Total (TDH) yang diperlukan untuk memompa air.
• Langkah 3: Hitung total energi hidrolik yang diperlukan per hari (Watt-hour/hari) untuk memompa air.
• Langkah 4: Hitung radiasi surya yang tersedia di lokasi.
• Langkah 5: Hitung ukuran dan jumlah modul PV yang diperlukan, rating motor, efisiensinya, dan kerugian.

Posting Terkait:

• Diagram Sirkuit Indikator Level Air- Dua Proyek Sederhana
• Pengontrol Level Air Otomatis Penuh menggunakan SRF04

Contoh & Perhitungan untuk Merancang Pompa Air DC Tenaga Surya

Untuk memahami ini dengan sederhana, mari kita ambil contoh desain di mana kita membutuhkan 50 m³ air per hari dari kedalaman 20 m. Mempunyai elevasi, level air statis, dan drawdown masing-masing 10 m, 10 m, dan 4 m.

Densitas air adalah 2000 kg/m³ dan percepatan gravitasi (g) adalah 9.8 m/s². Rating daya puncak modul surya adalah 36 W_P, karena modul tidak beroperasi pada kapasitas daya puncak yang ditentukan, maka faktor operasi adalah 0.75. Efisiensi pompa sekitar 40 % dan faktor ketidakcocokan adalah 0.85 karena modul tidak beroperasi pada titik daya maksimum.

Perhatikan bahwa faktor ketidakcocokan harus diambil sebagai 1 jika kita menggunakan MPPT bersama dengan pengontrol charge, tetapi dalam kasus kami faktor ketidakcocokan adalah 0.85 karena kita menyambungkan modul PV langsung ke motor pompa DC.

Langkah 1: Tentukan kebutuhan air harian dalam (m³/hari)

Kebutuhan air harian = 50 m³/hari

Langkah 2: Hitung Tinggi Dinamis Total (TDH) yang diperlukan untuk memompa air.

Elevasi vertikal total = Elevasi + Level Air Statis + Drawdown

Elevasi vertikal total = 10 m + 10 m + 4 m = 24 m

Kehilangan gesekan = 5 % dari elevasi vertikal total = 24 × 0.05 = 1.2 m

Tinggi Dinamis Total (TDH) = Elevasi vertikal total + Kehilangan gesekan

Tinggi Dinamis Total (TDH) = 24 m + 1.2 m = 25.2 m

Langkah 3: Hitung total energi hidrolik yang diperlukan per hari (Watt-hour/hari) untuk memompa air.

Energi hidrolik yang diperlukan = Massa × g × TDH

Energi hidrolik yang diperlukan = Densitas × Volume × g × TDH

Energi hidrolik yang diperlukan = 2000 kg/m³ × 50 m³/hari × 9.8 m/s² × 25.2 m = 6860 Wh/hari

Langkah 4: Hitung radiasi surya yang tersedia di lokasi.

Radiasi surya yang tersedia di lokasi (Jumlah jam sinar matahari puncak per hari) = 6 jam/hari (setara 1000 W/m²)

Jam sinar matahari puncak paling umum digunakan karena menyederhanakan perhitungan. Jangan bingung dengan “Jam Sinar Matahari Rata-rata” dan “Jam Sinar Matahari Puncak” yang Anda kumpulkan dari stasiun meteorologi. “Jam sinar matahari rata-rata” menunjukkan jumlah jam sinar matahari, sedangkan “Jam sinar matahari puncak” adalah jumlah jam jumlah energi yang sebenarnya diterima dalam kWh/m²/hari.

Langkah 5: Hitung ukuran dan jumlah modul PV yang diperlukan, rating motor, efisiensinya, dan kerugian.

Total watt panel PV = Total energi hidrolik / Jumlah jam sinar matahari puncak per hari

Total watt panel PV = 6860 / 6 = 1143.33 W

Total watt panel PV mempertimbangkan kerugian sistem = Total watt panel PV / (Efisiensi pompa × Faktor ketidakcocokan)

Total watt panel PV mempertimbangkan kerugian sistem = 1143.33 / (0.40 × 0.85) = 3362.73 W

Total watt panel PV mempertimbangkan faktor operasi modul PV = Total watt panel PV mempertimbangkan kerugian sistem / Faktor operasi

Total watt panel PV mempertimbangkan faktor operasi modul PV = 3362.73 / 0.75 = 4483.64 W

Jumlah panel PV yang diperlukan sebesar 36 W_P = Total watt panel PV mempertimbangkan faktor operasi modul PV / 36

Jumlah panel PV yang diperlukan sebesar 36 W_P = 4483.64 / 36 =124.54 = (125 angka bulat)

Rating daya motor DC = Total watt panel PV mempertimbangkan faktor operasi modul PV / 746 W (yaitu 1 hp) = 6.0102 hp motor = (7 hp angka bulat)

Pengaturan panel dalam seri dan paralel dapat dilakukan berdasarkan rating tegangan dan arus modul dan motor DC. Sistem seperti ini juga dapat dirancang dengan sirkuit MPPT dan inverter untuk motor AC, tetapi penting bahwa efisiensi dan rating daya harus dipertimbangkan saat merancang sistem.

Posting Terkait:

• Berapa Watt Panel Surya yang Kita Butuhkan untuk Alat Listrik Rumah Kita?
• Jenis Panel Surya dan Jenis Panel Surya Mana yang Terbaik?

Kesimpulan

Kami telah mempelajari pendekatan sederhana dan ekonomis untuk merancang pompa air DC tenaga surya PV yang membutuhkan komponen terbatas, tanpa kebutuhan baterai dan pengontrol. Kami singkat mempelajari istilah dasar terkait pemompaan air dan perhitungan desain terperinci untuk memompa level air yang diperlukan untuk tujuan irigasi. Sistem seperti ini juga dapat dirancang menggunakan motor AC dan dapat diimplementasikan di tingkat domestik, perumahan, dan komersial.