SNEC PV POWER+ EXPO vom 13. bis 15. Juni 2024 im Nationalen Kongress- und Ausstellungszentrum Shanghai

Das Solarwasserpumpensystem ist ein photomechanisch-elektrisches System, das Solarenergie zur Wasserförderung nutzt und sich in den letzten Jahren rasant entwickelt hat. Das Funktionsprinzip besteht darin, Solarzellen zu einem Array zu formen, die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umwandeln und damit verschiedene Motoren antreiben. Diese treiben hocheffiziente und energiesparende Wasserpumpen an, die Wasser aus Flüssen, Seen, Tiefbrunnen und anderen Wasserquellen fördern. Das Solarwasserpumpensystem arbeitet vollautomatisch, geräuschlos und äußerst zuverlässig. Es findet weltweit, insbesondere in Entwicklungsländern, breite Anwendung. Das Photovoltaik-Wasserpumpensystem besteht im Wesentlichen aus vier Komponenten: Photovoltaik-Array, Steuerung, Motor und Wasserpumpe.

1. Photovoltaikanlage
Viele Solarzellen werden in Reihe und parallel geschaltet, um eine Photovoltaikanlage zu bilden, die Sonnenenergie direkt in Gleichstrom umwandelt. Die meisten der derzeit in Photovoltaik-Wasserpumpensystemen verwendeten Solarzellen sind Silizium-Solarzellen, darunter monokristalline, polykristalline und amorphe Silizium-Solarzellen. Die maximale Nennleistung einer Solarzelle entspricht ihrer maximalen Ausgangsleistung.

2. Steuerung
Die Leistung einer Photovoltaikanlage hängt eng mit der Sonneneinstrahlung, der Umgebungstemperatur, der Bewölkung (Sonnenschein, Regen, Nebel) und anderen Wetterbedingungen zusammen. Die mit der Sonneneinstrahlung variierende Leistung wird als Gleichstrom (DC) erzeugt. Die Photovoltaik-Wasserpumpe und der Gleichstrommotor, die die Photovoltaikanlage antreiben, werden mit Gleichstrom betrieben. Alternativ können auch Wechselstrommotoren oder andere, neuartige Motoren zum Einsatz kommen. In diesem Fall muss das Photovoltaik-Pumpensystem optimale Betriebsbedingungen gewährleisten und die maximale Leistung der Photovoltaikanlage bei jeder Sonneneinstrahlung ausschöpfen. Hierfür ist ein Adapter erforderlich. Dieser Adapter enthält im Wesentlichen einen Maximum Power Point Tracker (MPPT), einen Wechselrichter und Schutzeinrichtungen.

3. Motor und Wasserpumpe
Weitere Maßnahmen des Photovoltaik-Wasserpumpensystems zielen darauf ab, eine stabile und zuverlässige Wasserförderung zu gewährleisten. Sie müssen also in die Funktionsweise von Motor und Pumpe integriert werden. Diese bilden eine Einheit, die höchste Zuverlässigkeit und Effizienz erfordert. Die Abstimmung von Motor und Pumpe bei Photovoltaik-Wasserpumpen ist komplexer als bei herkömmlichen Systemen. Da die Leistung und Spannung des Motors maßgeblich von der Leistung und Spannung des Solarzellenfelds abhängen, muss der Motor hinsichtlich Förderhöhe und Durchfluss speziell unter Berücksichtigung der Feldstruktur ausgelegt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Nutzer umfassen die Antriebsmotoren für Photovoltaik-Wasserpumpen: herkömmliche Gleichstrommotoren unterschiedlicher Spannungsstufen, bürstenlose Gleichstrom-Permanentmagnetmotoren, Drehstrom-Asynchronmotoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren, Reluktanzmotoren usw. Betrachtet man die aktuelle Nutzung, sind Drehstrom-Asynchronmotoren und bürstenlose Gleichstrommotoren am weitesten verbreitet, wobei Hochleistungssysteme hauptsächlich hocheffiziente Drehstrom-Asynchronmotoren verwenden. Die Auswahl und Auslegung von Wasserpumpen in Photovoltaik-Wasserpumpensystemen weist ebenfalls Besonderheiten auf. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen der Nutzer an Fördermenge und Förderhöhe sowie Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit kann der Pumpentyp häufig nach folgenden Prinzipien ausgewählt werden: Nutzer, die Verdrängerpumpen bevorzugen, benötigen in der Regel eine hohe Förderhöhe und eine geringe Fördermenge; Nutzer, die eine hohe Fördermenge und eine hohe Förderhöhe benötigen, sollten in der Regel selbstansaugende Wasserpumpen einsetzen.

Im Vergleich zu Dieselwasserpumpen haben Solarwasserpumpen eine Lebensdauer von über 20 Jahren und zeichnen sich durch niedrige Betriebskosten und geringen Wartungsaufwand aus. Die Förderung und Anwendung von Solarwasserpumpensystemen trägt nicht nur effektiv zur Bekämpfung von Umweltproblemen wie Wüstenbildung und Vegetationsverlust bei, sondern gewährleistet auch die Wasserversorgung von Menschen in weitläufigen Gebieten wie Weideflächen, Grenzanlagen, Außenposten, Inseln und Naturschutzgebieten.