Zonnepompen op constante druk:
sproeier, beregeningskanon en pivot
Een beregeningsboom, een kanon of een pivot vragen een stabiel debiet en een stabiele druk gedurende de hele beurt. LE LAB dimensioneert het werkpunt, de pomp, het fotovoltaïsche veld en de hulpbron die nodig is zodra het zonnevermogen tekortschiet.
Een debiet, bij een druk, gedurende een tijd
Bij pompen op het ritme van de zon slaat de opdracht op een hoeveelheid: zoveel kubieke meter per dag, opgehaald wanneer de instraling het toelaat en bewaard in een bassin. Beregening stelt een andere vergelijking. Het toestel heeft een bedrijfsdruk en een nominaal debiet, en het beregent alleen goed bij dat koppel. Zestig kubieke meter te verdelen over zes uur beurt leest dus zo: tien kubieke meter per uur, continu aan te houden, onder drie bar op het afleverpunt. Het doel van de berekening is niet langer de hoeveelheid die 's avonds wordt afgelezen, maar het aanhouden van het werkpunt gedurende het hele venster.
De druk die het beregeningsmaterieel vraagt, wordt omgezet in waterhoogte en komt bovenop wat de pomp al moet overwinnen: de onttrekkingsdiepte, het hoogteverschil tot het perceel en de wrijvingsverliezen in de leiding. Eén bar komt overeen met 10,2 meter zoetwaterkolom. Een instelling van 3,0 bar weegt dus 30,6 meter, evenveel als een extra boring van dertig meter.
Het aan te houden debiet bepaalt ook de leiding. Een diameter die voor het traag vullen van een bassin is gekozen, wordt krap zodra hetzelfde volume er in enkele uren doorheen gaat: de snelheid stijgt, de wrijving stijgt mee, en elke verloren meter komt terug in de hoogte die de pomp moet leveren. De leiding wordt dus gedimensioneerd op het geregelde debiet, niet op een daggemiddelde.
Een instelling die door regeling en hulpbron wordt aangehouden
Een druksensor komt aan de uitgang van de leiding, na het filter, zo dicht mogelijk bij het afleverpunt. De regelaar leest die meting en past de snelheid van de pomp aan. Die lus beperkt het effect van de schommelingen van het zonnevermogen op de druk die aan het beregeningsnet wordt geleverd.
Zolang het fotovoltaïsche veld het nodige vermogen levert, werkt het pompen op zonne-energie. Wanneer dat vermogen zakt, levert het net of een aggregaat de aanvulling via de wisselstroomingang die op de gekozen architectuur is voorzien. De regelaar behoudt dan de instelling van druk en debiet die voor het project is bepaald.
Twee families dragen die wisselstroomingang: de PSk3 integreert ze in zijn regelaar, terwijl de PSk2 ze van een aparte kast krijgt, de smartPSUk2. LE LAB dimensioneert de constante druk op beide families; het detail van de twee architecturen staat op de fiche LORENTZ PSk hybride.
Het starten van het aggregaat kan aan het systeem zelf worden overgelaten: de smartStart sluit een potentiaalvrij contact zodra de hulpbron wordt gevraagd, en start de machine via haar functie voor starten op afstand met twee draden, zonder handeling op het perceel.
De pagina zon en aggregaat beschrijft de keuze en de eisen van de hulpbron. De fiche LORENTZ PSk hybride stelt de architectuur van de regelaars, de smartPSUk2 en de smartStart voor.
Zestig kubieke meter per dag in Granada, onder 3,0 bar
Een groenteperceel van 1,2 hectare in Andalusië, beregend met sproeiers. De piekbehoefte bedraagt 60 m³ per dag, het venster duurt zes uur en de gevraagde druk op het afleverpunt bedraagt 3,0 bar. Het water komt uit een boring op 55 meter, de beregeningskop ligt 5 meter hoger, en dertig meter leiding scheidt beide. Hier is de studie zoals de applicatie ze weergeeft.
| Invoergegeven | Waarde | Wat het wordt in de berekening |
|---|---|---|
| Dagelijkse behoefte | 60 m³/d | bij zes uur beregening: 10 m³/h continu aan te houden |
| Druk op het afleverpunt | 3,0 bar | 30,6 m toegevoegd aan de opvoerhoogte |
| Pompdiepte | 55 m | het vaste deel van de hoogte |
| Aankomsthoogte | 5 m | het hoogteverschil tot het afleverpunt |
| Leiding | 30 m | buitendiameter 63 mm in PN 16, snelheid van 1,33 m/s bij het geregelde debiet |
| Drukverliezen | 5,4 m | 3,4 m door wrijving, 2 m in bochten en afsluiters, oftewel 6 % van het totaal |
| Totale opvoerhoogte | 96 m | de hoogte die bij 10 m³/h continu moet worden geleverd |
De zes waarden die de studie samenvatten, zoals ze in de applicatie verschijnen.
De gekozen oplossing is een LORENTZ PSk3-15-dompelpomp met de hydrauliek C-SJ17-18, goed voor 22 m³/h en 180 meter aan de grens van haar bereik. Bij 10 m³/h tegen 96 meter neemt ze 4,3 kW op aan de motor. Het veld telt 17 modules van 515 Wp in één enkele string, oftewel 8 755 Wp, onder 34 graden helling. Het aggregaat dat voor de hulpbron wordt aanbevolen, komt op 6,5 kW continu vermogen. Het volgt uit de regel van de fabrikant, die het opgenomen vermogen op het werkpunt met 1,5 vermenigvuldigt: de 4,26 kW opgenomen vermogen geven 6,39 kW, afgerond naar de hogere halve kilowatt. De dimensionering staat in detail op de pagina over het aggregaat ter ondersteuning van het zonnepompen.
Verdeling tussen zon en hulpbron, maand na maand
De berekening zet het beregeningsvenster af tegen zestien jaar werkelijke instraling, uur per uur. Het gevraagde vermogen blijft constant tijdens het venster, terwijl de fotovoltaïsche productie varieert. De hulpbron levert het verschil dat nodig is om het debiet en de druk aan te houden; de verdeling tussen beide bronnen verandert naargelang het uur en het seizoen.
Het maandvolume en de verdeling ervan over de twee bronnen.
| Maand | Verpompt volume | Zonneaandeel | Aandeel hulpbron |
|---|---|---|---|
| Januari | 1 860 m³ | 83 % | 17 % |
| Februari | 1 680 m³ | 83 % | 17 % |
| Maart | 1 860 m³ | 85 % | 15 % |
| April | 1 800 m³ | 87 % | 13 % |
| Mei | 1 860 m³ | 91 % | 9 % |
| Juni | 1 800 m³ | 97 % | 3 % |
| Juli | 1 860 m³ | 99 % | 1 % |
| Augustus | 1 860 m³ | 98 % | 2 % |
| September | 1 800 m³ | 94 % | 6 % |
| Oktober | 1 860 m³ | 90 % | 10 % |
| November | 1 800 m³ | 83 % | 17 % |
| December | 1 860 m³ | 85 % | 15 % |
Over het jaar komt 90 % van het verpompte volume van de zon en 10 % van de hulpbron, geconcentreerd van november tot april. In energie vertaald gaat het om ongeveer 965 kWh per jaar die de tweede bron moet leveren, en bijna 570 draaiuren. Het contrast tussen juli, waar de hulpbron 1 % weegt, en de wintermaanden, waar ze tot 17 % oploopt, komt door twee oorzaken die dezelfde kant op werken: de dag is korter en de instraling zwakker.
De typische dag in november
Het fotovoltaïsche veld wordt gedimensioneerd op de minst zonnige maand van het pompseizoen. In Granada, met beregening het hele jaar door, is dat november. De typische dag van die maand toont waar de inspanning van de aanvulling ligt, uur per uur over de zes uur van het venster.
Alle staven hebben dezelfde hoogte: het debiet is constant, alleen de verdeling verandert.
Het venster loopt van 10 u tot 16 u in zonnetijd. De zon verzorgt 79 % van het debiet op het eerste en het laatste uur, 86 % rond de ware middag; de hulpbron doet de rest. Die waarden zijn maandgemiddelden: in het detail van de dagen dekt de zon het hele venster alleen op zestien van de dertig dagen, en op de andere dagen vult de tweede bron aan.
| Zonnetijd | Aangehouden debiet | Gemiddeld zonneaandeel |
|---|---|---|
| 10 u tot 11 u | 10 m³/h | 79 % |
| 11 u tot 12 u | 10 m³/h | 84 % |
| 12 u tot 13 u | 10 m³/h | 86 % |
| 13 u tot 14 u | 10 m³/h | 86 % |
| 14 u tot 15 u | 10 m³/h | 84 % |
| 15 u tot 16 u | 10 m³/h | 79 % |
Grenzen en gevallen buiten de standaard
Drie vaststellingen begeleiden de studie en verdienen het om vóór de bestelling van het materieel te worden gesteld.
Kleine volumes kunnen tot overgedimensioneerd materieel leiden
Constante druk vraagt een machine die het werkpunt gedurende de hele opgegeven duur kan aanhouden. Op dezelfde locatie in Granada levert het kleinste verenigbare geheel bij 20 m³ per dag en zes uur beregening 3,3 m³/h met een veld van 5 850 Wp: een derde van het volume van het hoofdvoorbeeld vraagt nog altijd twee derde van zijn fotovoltaïsche vermogen. De applicatie toont de beschikbare oplossingen en meldt het op het scherm: onder ongeveer 40 m³ per dag overtreft de kleinste reeks die tot constante druk in staat is de behoefte ruimschoots, en haar prijs ook.
Het venster ligt rond de ware middag
Het beregeningsvenster dat de berekening aanhoudt, is gecentreerd op de ware middag van de locatie, dus op de beste plaats van de curve. Een venster dat naar de ochtend of de avond is verschoven, blijft technisch mogelijk met dezelfde onderdelen, en verhoogt het aandeel van de tweede bron. De aanname staat onder de grafiek geschreven en komt terug in het rapport, zodat het aangekondigde cijfer bij een bekend tijdstip hoort.
Druppelbevloeiing volgt een andere logica
Een gelokaliseerde irrigatie werkt op lage druk en aanvaardt een variabel debiet: ze vult een bassin of irrigeert op het ritme van de bron, en blijft de zuinigste werkwijze qua energie. Het dimensioneringstraject blijft voor haar hetzelfde, met een maandproductie en een autonomie van de voorraad. Het beregeningstoestel dat in stap 3 wordt opgegeven, stuurt dus de hele berekening stroomafwaarts.
Constante druk in LE LAB
In stap 3 vraagt de applicatie naar het type beregeningstoestel. De keuze van een sproeier, een beregeningskanon of een pivot laat de dagelijkse duur en de vereiste druk op het afleverpunt verschijnen; het aan te houden debiet wordt dan berekend en samen met de dagbehoefte getoond.
Stap 3 met een gekozen sproeier: de duur, de druk en het debiet dat eruit volgt.
De dagelijkse duur wordt tussen één en zestien uur ingevoerd. De druk is vooringevuld naargelang het toestel en blijft aanpasbaar van 0,5 tot 10 bar: 3,0 bar voor een sproeier, 5,5 bar voor een beregeningskanon en 2,5 bar voor een pivot, met het gebruikelijke bereik in herinnering onder het veld. Het scherm toont samen het dagvolume, het geregelde debiet en de instelling op het afleverpunt.
In stap 6 is de hulpbron van meet af aan aangevinkt en blijft dat zolang het toestel onder druk is gekozen, met de reden op de kaart geschreven. De resultaten vervangen dan de gebruikelijke maandproductie door de twee blokken die hierboven zijn beschreven, de verdeling maand na maand en de typische dag van de ontwerpmaand. Het professionele rapport voegt een eigen sectie toe: de instelling met haar minimum en maximum op een halve bar, de plaats van de sensor, het aan te houden debiet met zijn venster, en vervolgens het aanbevolen aggregaat, het zonneaandeel over het jaar, de energie en de draaitijd die van de tweede bron worden gevraagd.
De toerengeregelde gehelen die met gelijkstroom worden gevoed, beantwoorden aan andere behoeften, met name grote debieten op diepe boringen: de pagina over de gehelen SPE en RSI beschrijft hun dimensioneringslogica in detail.
Waar deze cijfers vandaan komen
- Toepassingsnota « Hybrid Irrigation in Spain », LORENTZ: ontwerp van een systeem met constant debiet en constante druk met hulpbron, plaats van de druksensor na het filter, dimensionering van het aggregaat door het motorvermogen met 1,5 te vermenigvuldigen.
- Toepassingsnota « Automatic flow control », LORENTZ: aanhouden van een instelling door toerenregeling, oproep van de wisselstroombron alleen wanneer ze nodig is, startvertraging afgesteld bij de inbedrijfstelling.
- Toepassingsnota « PSk2, smartPSUk2 hybrid system layout and design », LORENTZ: omschakeling en menging van de twee bronnen, specificaties van de toegelaten aggregaten, potentiaalvrij contact van de smartStart en functie voor starten op afstand met twee draden.
- Handleiding van de regelaar PSk3, LORENTZ: geïntegreerde wisselstroomingang, combinatie van de twee energiebronnen, niet-sinusvormige ingangsstroom van de gelijkrichter, installatie van de druksensor.
- Debiet-hoogtecurven en vermogenscurven uit de LORENTZ-productfiches voor de hydrauliek die als voorbeeld wordt genoemd.
- Uurlijkse instralingsgegevens van de locatie, zestien jaar historiek voor Granada, en officiële fiche van de gekozen fotovoltaïsche module voor haar temperatuurcoëfficiënten.
Cijfers gelezen in de officiële documentatie van de fabrikanten, versies geldig op de publicatiedatum; de handleiding blijft de referentie. Een pagina uitgegeven door SINES.