Makalelerimiz

Sulama Pompaları için Güneş Enerjisi Sistemi Tasarımı

By 10/07/2018 No Comments

Şebeke hatlarından uzak yerlerde kalan tarımsal arazilerin elektrik ihtiyacının karşılanması için en uygun çözüm güneş enerjili sulama sistemlerdir. Sulama işlemi genellikle yer altı su kaynaklarına sondaj yöntemiyle ulaşılarak yapılır. Açılan kuyuya sarkıtılan sulama pompaları vasıtasıyla su yer altından veya kuyudan çekilerek sulama kanallarına ulaştırılır.


Güneş enerjisiyle bir bahçe, tarla v.b. sulaması yapılmak istendiği durumlarda öncelikle bu sulama için gerekli pompa gücü hesaplanmalıdır.

Pompa gücü hesabı nasıl yapılır?

Debi (Q): Birim zamanda pompadan geçen sıvının hacmidir.  (m3/h) ve (lt/sn) birimleri kullanılır.
Pompa Basma Yüksekliği (H): Pompanın akışkana verdiği faydalı kinetik enerjidir. Pompanın giriş ağzı ile çıkış ağzı arasından ölçülür. Yaygın olarak (mSS) birimi kullanılır.
Akışkan Yoğunluğu (ρ): Pompadan geçen akışkanın yoğunluğudur. Birimi (kg/m3)tür.
Motor Verimi (ηm):  Pompa mil gücünün (P2) şebekeden çekilen güce (P1) oranıdır. Her pompa aldığı gücün bir kısmını çıkış gücü olarak kullanırken geriye kalan gücü ise gürültü, ısı gibi faydasız olarak çevreye yayılır.
Hidrolik Verim (ηh ): Mil gücünün ne kadarının akışkana iletildiğini yüzdesel olarak ifade eden terimdir.  (%30 ile %60 arasında olmalıdır.)
Yoğunluk (ρ): Akışkan genellikle su olduğu için yoğunluğu 1 olarak kabul edilir ve güç hesabında dikkate alınmaz. Birimi (kg/m3) tür.
Kullanılacak motorun nominal gücünün seçiminde ise bu gücün üstüne genelde aşağıdaki verilen oranlarda emniyet payı eklenmektedir.

P ≤ 1,5kW’lık mil güçleri için %15 (çarpım faktörü 1.15)

P ≤ 15kW’lık mil güçlerine kadar %10 (çarpım faktörü 1.10)

P > 15 kW’lık mil güçlerin için %5 (çarpım faktörü 1.05)

Emniyet faktörü bu durumlar için 1 kabul edilir.

Örnek Olarak;

Pompanın mil gücü P ≤ 15kW olduğundan nominal gücü bulmak için 1,1 katsayısı ile çarpılır.

Pnominal= 5,4 kW x 1,1= 5,94 kW’dır. Seçilecek motor 7,5kW’lık bir motordur.

Pompa gücünü bulduktan sonra sistemden geriye doğru giderek panellerin üretmesi gereken güç bulunur.

Sistem Paneller>>Akü Şarj Kontrol Cihazı>>Akü>>(DC=AC) Evirici>> Pompa şeklinde olacaktır.

Şarj Kontrol cihazının ortalama verimi %97, bir akü sisteminin ortalama verimi %95 ve DC=AC evirici %95 dir.

ÖRNEK TASARIM;

# Öncelikle 120m derinliğinde 24 ton su çeken bir su pompası günde 6 saat çalıştırılarak yaz aylarında İzmir deki bir zeytin bahçesi sulanacaktır. Bununla ilgili bir sistem tasarımı yapacak olursak..

Yukarıda da verdiğimiz  formülünden yaralanarak öncelikle verimini %60 kabul edeceğimiz bir pompanın gücünü bulalım.

P=(24x120x1)/(367×0,6)=13.07kW

Bu hesapla P ≤ 15kW olduğundan çarpım faktörünü 1,1 alırsak => 14,4kW çıkar. Buna en yakın mevcut motor güçlerine bakılacak olursa 15kW lık motor bizim için uygun olacaktır.

Pompa gücümüzü bulduk. Bu güçle günde 6 saat çalışacağından 15×6=90kWh. Yani bizim kuracağımız sistem günde en az 90kWh enerjiyi motora iletmeli.

Pekala bunun için sistemde geriye doğru bir adım atacak olursak DC=AC Evirici var. Evirici verimi de %95 olduğundan eviriciye girmeden önce 90/0,95=95kWh enerji olmalıdır.

Aynı şekilde akü verimi %95 Aküden hemen önceki güç 95/0,95=100kWh.

Şarj Kontrol Cihazından önceki yani panel çıkışındaki güç ise 100/0,97=103kWh ancak yaklaşık 100kWh diyebiliriz.

Yani panellerimizin sulamanın gerçekleşeceği zamanlarda (Mayıs-Eylül) günlük en az 100kWh enerji üretmelidir.

İzmir için http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php adresinden ışınım değerine baktığımızda bu aylarda ortalama 5kWh/kW üretim değerini buluyoruz.

100/ 5= 20kW değerini buluruz yani bizim panellerimizin bir saatte üretmesi gereken miktar. Havanın hep güneşli olamayacağını da hesaba katarak 25kW lık bir sistem kurmayı tercih ediyoruz. Bu güçteki bir sistem 270W panellerle kurulduğunda 25000/270=93 panel çıkıyor ancak çift sayı olmasını tercih ettiğimizden PV sistemlerde 92 panel ile sistemi kurabiliriz.

Sıra akü seçimine geldi. Sulama işlemi bu örnekte güneşin olduğu zaman yapılacağı ve sadece Mayıs-Eylül ayları arasında yapılacağı için, gerekli enerjinin yarısının direkt güneşten geldiğini varsayarsak emin tarafta kalmış oluruz. Yani bize akülerden kullanabileceğimiz 50kWh enerji gerekmektedir. Standart Sulu akülerde dibe kadar deşarj etmek ömürlerini hızlıca azaltacağı için %50 DOD seviyesinde kullanırsak bize 100kWh’lik bir akü yeterli olacaktır.

Evirici seçiminde ise istenen 15kW trifaze gücü sağlamak için uygun eviriciyi seçmeliyiz. Bu durumda motorun kalkış gücünü de hesaplayarak 24kVA gücünde bir evirici sistemi seçilmiştir.