Солнечная станция для скважины и полива: расчёт насоса, панелей и бака
Скважинный насос — одна из самых удобных нагрузок для солнечной станции: вода для полива нужна в тёплые месяцы и в светлое время, когда панели работают в полную силу. Энергии на это уходит немного — 1–2 кВт·ч в день для обычного участка. Трудность в другом: насос мощностью около киловатта в момент пуска берёт ток в несколько раз выше рабочего, и станцию подбирают не по киловатт-часам, а по способности запустить двигатель. Вторая половина решения — накопительный бак, который хранит уже поднятую воду и стоит дешевле аккумулятора.
Сколько энергии нужно на воду
Бытовые скважинные насосы потребляют 0,75–1,5 кВт. Сколько воды насос поднимает за час, зависит от глубины и напора — это видно по напорной характеристике в паспорте. Для примера возьмём насос с потребляемой мощностью 1,1 кВт, который с вашей глубины подаёт 2,5 кубометра в час.
| Сценарий | Вода в сутки, м³ | Работа насоса, ч | Расход, кВт·ч |
|---|---|---|---|
| Дом без полива (душ, кухня, стирка) | 0,5 | 0,2 | 0,2 |
| Дом и умеренный полив | 2,5 | 1,0 | 1,1 |
| Дом и полив в жару | 4,5 | 1,8 | 2,0 |
| Большой участок, теплица, газон | 8 | 3,2 | 3,5 |
Расчёт в каждой строке один и тот же: объём ÷ подача = часы работы, часы × 1,1 кВт = энергия. Даже в жару это меньше, чем съедает холодильник с чайником. Свой суточный объём проще всего узнать по счётчику воды или по времени, за которое наполняется бочка известного объёма.
Главная трудность — пуск насоса
Асинхронный двигатель в момент включения потребляет ток в 3–7 раз выше рабочего; кратность указана в паспорте насоса. Для нашего примера: 1,1 кВт при коэффициенте мощности около 0,8 — это примерно 1,4 кВА в работе и до 7 кВА на доли секунды при пятикратном пуске.
Сеть такой бросок не замечает. Инвертор — замечает: если его перегрузочной способности не хватает, он уходит в защиту, и насос не стартует. Отсюда правила подбора.
- Смотреть в паспорте инвертора не только номинальную мощность, но и допустимую кратковременную перегрузку и её длительность.
- Для насоса 1,1 кВт без плавного пуска рассчитывать на инвертор от 5 кВт. Инвертор на 3 кВт, формально втрое мощнее насоса, может его не запустить.
- Устройство плавного пуска или частотный преобразователь снижают пусковой ток до полутора-двух рабочих. Тогда хватает инвертора меньшей мощности, а заодно пропадает гидроудар в трубах.
- Насосы со встроенным частотным регулированием стартуют мягко сами — это лучший вариант для питания от инвертора.
Подробный разбор с примерами — в статье про пусковые токи.
Бак вместо батареи
Электрический аккумулятор хранит киловатт-часы. Бак хранит результат их работы — поднятую воду. Кубовая ёмкость на высоте или рядом с небольшим поверхностным насосом позволяет развести во времени две задачи: глубинный насос качает воду днём, когда солнце в зените, а полив идёт вечером, когда растениям это полезнее.
Арифметика простая. Чтобы вечером вылить 2 кубометра, скважинный насос должен отработать днём 2 ÷ 2,5 = 0,8 часа. Сам вечерний полив самотёком из поднятого бака не требует электричества совсем, а через поверхностный насос на 300–400 Вт за час уходит 0,3–0,4 кВт·ч — нагрузка, с которой справится небольшая батарея. Без бака на тот же вечерний полив пришлось бы запасти в аккумуляторе 0,8 × 1,1 ≈ 0,9 кВт·ч и, главное, держать инвертор, способный запустить глубинный насос от батареи.
У схемы с баком есть и бытовой плюс: вода успевает прогреться, а скважина работает длинными ровными циклами вместо частых коротких включений.
Сколько дают панели в сезон полива
Возьмём станцию на 2 кВт панелей и два города из базы PVGIS: Волгоград, где без полива ничего не растёт, и Москву. Данные — для оптимального наклона (37° и 41°) и южной ориентации.
| Месяц | Волгоград, кВт·ч за месяц | Волгоград, в среднем в сутки | Москва, кВт·ч за месяц | Москва, в среднем в сутки |
|---|---|---|---|---|
| Апрель | 246 | 8,2 | 222 | 7,4 |
| Май | 280 | 9,0 | 260 | 8,4 |
| Июнь | 294 | 9,8 | 262 | 8,7 |
| Июль | 295 | 9,5 | 256 | 8,3 |
| Август | 296 | 9,5 | 241 | 7,8 |
| Сентябрь | 247 | 8,2 | 172 | 5,7 |
По энергии запас многократный: насосу нужно 1–2 кВт·ч, станция даёт 8–10. Но панели выдают мощность, близкую к номинальной, только в ясный полдень. Утром, вечером и под облаками 2 кВт панелей дают сотни ватт — меньше, чем нужно насосу в работе. Поэтому напрямую, без буфера, насос на 1,1 кВт будет устойчиво работать лишь несколько полуденных часов в ясную погоду. Варианта два: либо панелей в два-три раза больше мощности насоса, либо небольшая батарея, которая сглаживает облака и пуск.
Оставшиеся 6–8 кВт·ч в сутки не пропадут, если станция питает и дом: холодильник, кондиционер, бойлер. Для Волгограда это особенно уместно — пик жары совпадает с пиком выработки. Прикинуть цифры для своего города можно в калькуляторе выработки.
Три схемы: от простой к универсальной
| Схема | Состав | Плюсы | Ограничения |
|---|---|---|---|
| Сеть есть, станция сетевая | панели, сетевой инвертор, таймер на насосе | самая дешёвая; насос стартует от сети, панели закрывают его расход | при отключении сети воды нет |
| Гибридная с батареей | панели, гибридный инвертор от 5 кВт, батарея 5 кВт·ч | вода и резерв дома при отключениях; работает и без сети | дороже; инвертор подбирают под пуск насоса |
| Только насос, без батареи | панели с запасом и специализированный солнечный насосный преобразователь | нет аккумулятора, обороты насоса следуют за солнцем | работает только днём, обязателен бак; дом от неё не питается |
Для участка с подведённой сетью почти всегда достаточно первой схемы: таймер включает насос на наполнение бака с 11 до 15 часов, и вода получается на собственной энергии. Если сети нет или она пропадает на дни, выбирают вторую — её состав и расчёт близки к описанным в статье про дачу без электричества. Инверторы для неё — в разделе гибридных моделей.
Кабель, защита и сухой ход
От дома до скважины бывает 30–50 метров, и ещё столько же кабель идёт вниз по стволу. На длинной линии падает напряжение, причём при пуске — в несколько раз сильнее, чем в работе. Насос, которому при старте не хватает напряжения, запускается тяжело и греется. Сечение проверяют по рабочему току с учётом полной длины; удобно сделать это в калькуляторе сечения кабеля.
Обязательны защита от сухого хода (датчик уровня или реле по току) и поплавковый выключатель в баке, чтобы автоматика не зависела от того, вспомнил ли хозяин про кран. При питании от инвертора защита важна вдвойне: в солнечный день насос может работать часами без присмотра. Если воды нужно много, как в теплице или на небольшой ферме, смотрите отдельный разбор для ферм и теплиц.
Частые вопросы
Заработает ли насос от портативной зарядной станции?
Только если её инвертор выдерживает пусковой ток. Для насоса 0,75–1,1 кВт без плавного пуска нужна станция с номинальной мощностью от 2–3 кВт и заявленной перегрузочной способностью — сверяйте с паспортом насоса. Небольшие станции на 500–1 000 Вт глубинный насос не запустят.
Какой объём бака выбрать?
Не меньше суточного расхода на полив, лучше с запасом на один пасмурный день. Для участка с расходом 2–2,5 кубометра в сутки разумен бак на 3–5 кубометров или несколько связанных ёмкостей.
Насосу с гидроаккумулятором и реле давления тоже нужен мощный инвертор?
Да, и требования даже жёстче: реле включает насос много раз в день, и каждый пуск — это бросок тока. Гидроаккумулятор большего объёма сокращает число включений, но не уменьшает сам пусковой ток.
Можно ли поставить панели прямо у скважины, далеко от дома?
Можно, но тогда рядом нужен защищённый от погоды шкаф для инвертора и батареи. Обычно выгоднее держать оборудование в доме и протянуть кабель к насосу: линия переменного тока на 230 В проще в защите, чем аккумулятор в поле.