Солнечная станция для орошения на юге: насосы капельного полива, пруд-накопитель и сезон без дизеля
Орошение — одно из лучших применений солнечной станции: насос нужен именно днём и именно в жару, а запас делается не в батарее, а в воде. Станция качает днём в пруд или резервуар, а полив идёт по графику самотёком или маленьким ночным насосом. Поэтому дорогой накопитель обычно не нужен. Ниже считаем станцию под насос 15 кВт для южных регионов.
Чем фермерское орошение отличается от дачного
Для частного дома расчёт скважины и бака описан в статье про станцию для скважины и полива: там мощность насоса измеряется сотнями ватт. У фермера масштаб другой: насосы на десятки киловатт, поля площадью в десятки гектаров, сезон с апреля по сентябрь и часто слабая линия или её отсутствие. Кроме того, линия может быть, но с ограничением по мощности, и тогда станция рядом с насосом разгружает сеть.
Принцип: вода как накопитель
Батарея хранит электричество, а резервуар хранит уже готовый результат — перекачанную воду. Это дешевле: резервуар или пруд у хозяйства обычно уже есть. Логика такая:
- днём насос работает на выработке панелей, подаёт воду в пруд-накопитель или в ёмкость на возвышении;
- полив идёт по графику: капельная система берёт воду из пруда самотёком или малым насосом;
- батарея нужна только для автоматики и, возможно, для ночной подкачки, если без неё график полива не выдержать.
Для регулирования насоса нужен частотный преобразователь, а лучше специальный солнечный насосный инвертор. Он подстраивает частоту под выработку: утром и вечером насос идёт на пониженной частоте, днём на полной.
Гидравлика: сколько воды даёт 1 кВт·ч
Мощность насоса считается по формуле P = ρ × g × Q × H ÷ η, где ρ — плотность воды (1 000 кг/м³), g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²), Q — подача (м³/с), H — напор (м), η — общий КПД насоса и мотора.
Возьмём допущения: напор H = 40 м (подъём из водоёма и потери в трубах и капельной сети), общий КПД η = 0,55. Подача при мощности 15 кВт:
Q = P × η ÷ (ρ × g × H) = 15 000 × 0,55 ÷ (1 000 × 9,81 × 40) = 8 250 ÷ 392 400 ≈ 0,021 м³/с, то есть около 76 м³/ч.
Энергия на кубометр: 1 000 × 9,81 × 40 = 392 400 Дж ≈ 0,109 кВт·ч полезной работы, с учётом КПД 0,109 ÷ 0,55 ≈ 0,198 кВт·ч электричества. Значит, 1 кВт·ч даёт около 5 м³ воды при этих допущениях. Для вашего напора и вашего насоса цифра будет другой: она берётся из паспортной характеристики насоса.
Выработка и объём воды по месяцам
Под насос 15 кВт берём станцию 20 кВт: запас компенсирует потери и облачность. Выработка — данные PVGIS из нашего калькулятора для города (оптимальный наклон, потери 14 %). Пересчёт в воду: суточная энергия × 5,04 м³ на кВт·ч.
| Месяц | Выработка, кВт·ч в месяц | Часы работы насоса 15 кВт в сутки | Вода, м³ в сутки |
|---|---|---|---|
| Апрель, Ростов | 2 448 | 5,4 | 411 |
| Июнь, Ростов | 2 888 | 6,4 | 485 |
| Июль, Ростов | 2 996 | 6,4 | 487 |
| Август, Ростов | 3 060 | 6,6 | 497 |
| Сентябрь, Ростов | 2 564 | 5,7 | 431 |
| Июль, Волгоград | 2 950 | 6,3 | 480 |
| Сентябрь, Волгоград | 2 472 | 5,5 | 415 |
| Июнь, Астрахань | 2 994 | 6,7 | 503 |
| Июль, Астрахань | 3 000 | 6,5 | 488 |
| Сентябрь, Астрахань | 2 598 | 5,8 | 436 |
Пример расчёта для июля в Ростове: выработка 149,8 кВт·ч с 1 кВт × 20 кВт = 2 996 кВт·ч за месяц, делим на 31 день — 96,6 кВт·ч в сутки; ÷ 15 кВт = 6,4 часа эквивалентной работы насоса на полной мощности; × 5,04 м³ на кВт·ч ≈ 487 м³ в сутки. Разница между тремя городами в сезон небольшая: июль даёт 480–488 м³ в сутки, а сентябрь — 415–436.
Сколько это гектаров
Слой воды 1 мм на гектаре — это 10 м³. Допустим, в пик нужно давать около 5 мм в сутки (допущение: реальная потребность зависит от культуры, почвы и погоды, её определяет агроном). Это 50 м³ на гектар в сутки. Тогда 487 м³ в сутки хватит примерно на 9–10 гектаров. Для 50 гектаров такого же расчёта понадобится станция 100 кВт и насосы соответственно. Станцию можно строить и по частям: насосный инвертор и панели добавляются по мере расширения участка.
Сравнение с дизельным насосом
Дизельный агрегат подаёт столько же воды, но расходует топливо. Для оценки: генераторы и дизельные приводы обычно тратят порядка 0,25–0,30 литра солярки на 1 кВт·ч механической или электрической работы, точная цифра — в паспорте агрегата. Тогда на 96,6 кВт·ч в сутки (июль в Ростове) уйдёт примерно 24–29 литров топлива. Умножьте на цену литра, которая у вас сейчас, и на число поливных дней: это и есть годовая сумма, которую заменяет станция. Свою цену топлива мы не приводим, она слишком меняется. К экономии добавляются обслуживание дизеля (масло, фильтры, ремонты), шум и необходимость возить топливо к удалённому полю. Подробнее про такие схемы — в статье солнце и накопитель вместо дизеля в удалённых районах.
Минус солнечного варианта тоже есть: в пасмурный день подача падает пропорционально выработке. Для критичного полива предусматривают запас воды в пруду на несколько дней и резервный источник.
Что ещё учесть при проектировании
Первое — напряжение и кабель: от поля панелей до насоса постоянный ток идёт по длинной трассе, и сечение кабеля подбирают по допустимому падению напряжения, это делает калькулятор сечения кабеля. Второе — защита: насос не должен работать всухую, поэтому ставят датчики уровня в источнике и в пруду. Третье — фильтры капельной системы: когда насос работает на пониженной частоте утром и вечером, давление в линии падает, и капельницы могут работать неравномерно, так что график полива лучше привязать к часам полной мощности.
Монтаж на земле и ветер
Поле — это наземная установка на сваях или винтовых опорах. Расстояние между рядами и фундамент разобраны в статье про наземную установку панелей. В степных районах юга ветровая нагрузка заметная: её считают по СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия», проверить можно в калькуляторе ветровой нагрузки. Крепёж для земли — в разделе грунтовых систем Mibet. Монтаж выполняет подрядчик, который работал с наземными конструкциями. Про выработку и особенности региона — в статье о панелях на юге России.
Частые вопросы
Нужна ли батарея для насоса?
Обычно нет: накопитель роль играет пруд. Батарея оправдана, если автоматике нужно питание ночью или если вы хотите поливать по ночному графику без забора воды из пруда.
Можно ли запустить обычный насос от станции?
Асинхронный насос нужен с частотным преобразователем или специальным насосным инвертором. Обычный сетевой инвертор насос на ходу не запустит и не подстроит частоту под выработку.
Что при облачности?
Подача снижается вместе с выработкой. Решается запасом воды в пруду, а при необходимости подключением к сети или генератору.
Как посчитать для моего поля?
Нужны напор, длина трубопровода, площадь и культура. Пришлите их через форму расчёта, а для общей оценки выработки есть калькулятор.