Bagaimana Mendesain Pompa Air DC Tenaga Surya Fotovoltaik?

Panduan Merancang Pompa Air DC Bertenaga Fotovoltaik Tenaga Surya

Desain Khas Pompa Motor DC Tenaga Surya

Jenis sistem PV paling sederhana yang dapat dirancang adalah dengan menghubungkan modul PV tunggal atau ganda langsung ke beban DC seperti yang ditunjukkan pada gambar 1 di bawah.

Kapasitas keseluruhan modul sedemikian rupa sehingga hanya dapat memasok daya selama jam-jam sinar matahari. Tidak ada pengaturan khusus yang dibuat untuk memanfaatkan modul secara maksimal dengan melacak titik daya maksimum modul dengan pengontrol muatan sepanjang hari.

Sistem seperti itu adalah sistem yang tidak diatur karena output daya dari modul berubah karena perubahan jam sinar matahari dan tidak ada pengaturan baterai cadangan yang dibuat untuk memasok kebutuhan energi selama malam hari operasi. Sistem seperti ini lebih cocok untuk aplikasi rumah tangga seperti pemompaan air menggunakan pompa air motor DC.

Seperti yang dinyatakan, sistem seperti itu dapat digunakan untuk pemompaan air terutama dalam aplikasi irigasi. Jika kita membutuhkan air di malam hari, maka kita dapat menggunakan energi yang tersimpan di baterai untuk memompa air di malam hari. Namun seperti yang kita ketahui bahwa baterai hanya dapat diisi pada siang hari saat terik matahari.

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

Desain sistem seperti itu sangat sederhana karena kita harus mencocokkan peringkat daya dan tegangan modul PV dengan motor pompa DC sehingga ketika modul menerima energi surya radiasi pompa akan menarik air dan menyimpannya di tangki. Sistem seperti itu juga dapat dirancang untuk motor AC dengan peringkat daya berbeda yang tersedia di pasar.

Tetapi pompa motor AC akan membutuhkan rangkaian inverter (DC – AC) untuk membalikkan daya DC yang dihasilkan oleh modul PV menjadi daya AC untuk menjalankan motor. Selain itu, peringkat daya inverter harus sesuai dengan motor AC dan modul PV.

Pos Terkait:

• Bagaimana Merancang dan Memasang Sistem PLTS?
• Sistem Pengairan &Irigasi Tanaman Otomatis – Sirkuit, Kode &Laporan Proyek

Persyaratan Pompa Air DC Tenaga Surya

Sekarang sebelum kita mulai dengan desain sistem pemompaan air, penting untuk memahami beberapa istilah yang terkait erat dengan desain sistem mandiri tersebut.

1. Kebutuhan air harian (m ³ /hari):Kebutuhan air dapat bervariasi setiap hari, bulanan, dan musiman. Jumlah air yang dibutuhkan per hari menentukan biaya dan ukuran sistem. Jadi, jika kebutuhan air bervariasi per hari dari rata-rata mingguan atau bulanan dapat diambil untuk perhitungan desain. Namun kebutuhan air maksimum harus diperhatikan, karena jika sistem dapat memenuhi kebutuhan air puncak maka dapat memenuhi kebutuhan reguler.
2. Total Dynamic Head (TDH) (meter):Ini adalah parameter terpenting untuk desain sistem pemompaan. Ini adalah tekanan efektif di mana pompa air harus beroperasi dan diukur dalam meter. Ini memiliki dua sub-parameter yang pertama adalah gaya angkat vertikal total dan yang lainnya adalah kerugian gesekan total. Selanjutnya, total angkat vertikal adalah penjumlahan dari tiga parameter yang ditunjukkan pada gambar 3 di bawah ini sebagai; elevasi, ketinggian air tergenang, dan Drawdown.

• Ketinggian adalah ukuran perbedaan antara titik-titik yaitu antara tanah dan ketinggian di mana air akan dibuang.
• Ketinggian Air Berdiri adalah perbedaan antara ketinggian air di sumur dan permukaan tanah.
• Drawdown adalah ukuran ketinggian dari mana permukaan air turun karena memompa air keluar.

1. Kerugian gesekan (meter):Ini adalah tekanan yang diperlukan untuk mengatasi gesekan pada pipa yang ada antara outlet pompa air ke titik keluar air. Itu ditambahkan dalam tinggi vertikal total untuk mendapatkan nilai Total Dynamic Head (TDH) dan diukur dalam meter. Beberapa faktor berkontribusi pada penyebab kerugian gesekan seperti ukuran pipa, jenis fitting, udara yang ada di dalam pipa, jumlah tikungan, laju aliran, dll. Jika titik pembuangan air dekat dengan sumur daripada perkiraan nilai kerugian gesekan digunakan untuk perhitungan. Misalnya, jika titik pembuangan berada dalam jarak 10 m dari sumur, 5% dari total gaya angkat vertikal diambil sebagai kerugian gesekan.

Postingan Terkait: 

• Panduan Lengkap Tentang Pemasangan Panel Surya. Prosedur Langkah demi Langkah dengan Perhitungan &  Diagram
• Komponen Dasar yang Dibutuhkan untuk Pemasangan Sistem Panel Surya

Langkah-Langkah Merancang Pompa Air DC Bertenaga Fotovoltaik

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

• Langkah 1: Tentukan kebutuhan air harian dalam (m ³ /hari)
• Langkah 2: Hitung Total Dynamic Head (TDH) yang dibutuhkan untuk memompa air.
• Langkah 3: Hitung total energi hidrolik yang dibutuhkan per hari (Watt-hour/hari) untuk memompa air.
• Langkah 4: Hitung radiasi matahari yang tersedia di lokasi.
• Langkah 5: Hitung ukuran dan jumlah modul PV yang diperlukan, peringkat motor, efisiensi, dan rugi-ruginya.

Pos Terkait: 

• Diagram Sirkuit Indikator Ketinggian Air- Dua Proyek Sederhana
• Pengendali Ketinggian Air Sepenuhnya Otomatis menggunakan SRF04

Contoh &Perhitungan untuk Merancang Pompa Air DC Tenaga Surya 

Untuk memahami ini, mari kita ambil contoh desain di mana kita membutuhkan 50 m ³ air per hari dari kedalaman 20 m. Ini memiliki elevasi, ketinggian air, dan penarikan masing-masing 10 m, 10 m, dan 4 m.

Kerapatan air 2000 kg/m ³ dan percepatan gravitasi (g) adalah 9,8 m/s ² . Peringkat daya puncak modul surya adalah 36 W_P , karena modul tidak beroperasi pada kapasitas daya puncak pengenalnya sehingga faktor operasinya adalah 0,75. Efisiensi pompa sekitar 40% dan faktor ketidaksesuaian adalah 0,85 karena modul tidak beroperasi pada PowerPoint maksimum.

Perhatikan bahwa faktor ketidakcocokan harus diambil sebagai 1 jika kita menggunakan MPPT bersama dengan pengontrol muatan, tetapi dalam kasus kita faktor ketidakcocokan adalah 0,85 karena kita langsung menghubungkan PV modul ke motor pompa DC.

Langkah 1: Tentukan kebutuhan air harian dalam (m ³ /hari)

Kebutuhan air harian =50 m ³ /hari

Langkah 2: Hitung Total Dynamic Head (TDH) yang dibutuhkan untuk memompa air.

Total angkat vertikal =Ketinggian + Ketinggian Air Berdiri + Penarikan

Total angkat vertikal =10 m + 10 m + 4 m =24 m

Kehilangan gesekan =5% dari total gaya angkat vertikal =24 × 0,05 =1,2 m

Total Dynamic Head (TDH) =Total pengangkatan vertikal + Kehilangan gesekan

Total Dynamic Head (TDH) =24 m + 1,2 m =25,2 m

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

Energi hidrolik yang dibutuhkan =Massa × g × TDH

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

Energi hidrolik yang dibutuhkan =2000 kg/m ³ × 50 m ³ /hari × 9,8 m/s ² × 25,2 m =6860 Wh/hari

Langkah 4: Hitung radiasi matahari yang tersedia di lokasi.

Radiasi matahari yang tersedia di lokasi (Jumlah jam puncak sinar matahari per hari) =6 jam/hari (1000 W/m ² setara)

Jam matahari puncak paling sering digunakan karena menyederhanakan perhitungan. Jangan bingung dengan “Rata-rata Jam Sinar Matahari” dan “Peak Sun Hours” yang akan Anda kumpulkan dari stasiun meteorologi. "Rata-rata jam sinar matahari" menunjukkan jumlah jam sinar matahari karena "Jam matahari puncak" adalah jumlah jam jumlah energi aktual yang diterima dalam KWh/m ² /hari.

Langkah 5: Hitung ukuran dan jumlah modul PV yang diperlukan, peringkat motor, efisiensi, dan rugi-ruginya.

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

Total watt panel PV =6860 / 6 =1143,33 W

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

Total watt panel PV dengan mempertimbangkan kerugian sistem =1143,33 / (0,40 × 0,85) =3362,73 W

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

Total watt panel PV dengan mempertimbangkan faktor pengoperasian modul PV =3362,73 / 0,75 =4483,64 W

Tidak. panel PV yang dibutuhkan 36 W_P =Total watt panel PV dengan mempertimbangkan faktor pengoperasian modul PV / 36

Tidak. panel PV yang dibutuhkan 36 W_P =4483,64 / 36 =124,54 =(125 angka bulat)

Peringkat daya motor DC =Total watt panel PV dengan mempertimbangkan faktor pengoperasian modul PV / 746 W (yaitu 1 hp) =6,0102 hp motor =(7 hp angka bulat )

Penyusunan panel secara seri dan paralel dapat dilakukan berdasarkan nilai tegangan dan arus modul dan motor DC. Sistem seperti itu juga dapat dirancang dengan rangkaian MPPT dan inverter untuk motor AC, tetapi efisiensi dan peringkat dayanya harus dipertimbangkan saat merancang sistem.

Posting Terkait:

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

Kesimpulan

Kami mempelajari pendekatan sederhana dan ekonomis untuk merancang pompa air DC berbasis solar PV yang membutuhkan komponen terbatas, tidak memerlukan baterai dan pengontrol. Kami mempelajari secara singkat istilah-istilah dasar yang terkait dengan pemompaan air dan perhitungan desain terperinci untuk memompa tingkat air yang diperlukan untuk keperluan irigasi. Sistem seperti itu juga dapat dirancang menggunakan motor AC dan dapat diterapkan di tingkat domestik, perumahan, dan komersial.