Senhor Youkee Kong 
Solução de bomba de água solar na irrigação agrícola
A aplicação de bombas de água movidas a energia solar na irrigação agrícola representa uma transformação profunda. Ao integrar práticas agrícolas tradicionais com tecnologias de energia renovável, essa inovação não só reduz significativamente os custos de produção e libera mão de obra, como, mais importante ainda, possibilita o desenvolvimento agrícola em regiões áridas e remotas. Esse avanço impulsiona a evolução da agricultura rumo à conservação da água, à gestão inteligente e ao desenvolvimento sustentável.
| Nome da cultura | Fase de crescimento | Faixa de demanda diária de água (mm/dia) | Necessidade total de água durante todo o período de crescimento (m³/mu) | Período crítico de demanda de água |
|---|---|---|---|---|
| arrozal | Período de crescimento completo | 4,0 - 8,0+ (Excluindo evaporação do campo) | 300 - 500 | Estágios de perfilhamento, emborrachamento e floração. |
| trigo | Período de hibernação | 0,5 - 2,0 | ||
| Articulação - Antese | 4,0 - 7,0 | 250 - 400 | A fase de alongamento do colmo, a fase de formação da cabeça e floração, a fase de enchimento do caule. | |
| milho | Estágio de plântula | 1,5 - 3,0 | ||
| Antese - Preenchimento | 5,0 - 8,0 | 200 - 350 | "Período de floração e enchimento" "Período de floração e desenvolvimento da espiga" | |
| Algodão | Estágio de botão floral | 2.0 - 4.0 | 300 - 500 | Período de floração e desenvolvimento dos frutos |
| Floração - Cápsulas | 5,0 - 8,0 | |||
| Feijões | Floração - Enchimento de vagens | 4,5 - 7,5 | 250 - 400 | Período de floração, formação de vagens e fase de enchimento de grãos |
| Vegetais folhosos (alface, espinafre) | Todo o período de crescimento | 3,0 - 6,0 | 200 - 300 | Fase de crescimento rápido |
| Frutas e vegetais (tomate, pepino) | Estágio de plântula | 2.0 - 3.0 | 300 - 450 | Da fase de floração e formação de frutos até a fase de frutificação máxima. |
| Estágio de rolamento | 5,0 - 8,0+ | |||
| Legumes de raiz (cenouras, batatas) | Fase de expansão da raiz/caule | 4,5 - 7,0 | 250 - 400 | Período de expansão das raízes e tubérculos |
| Frutas cítricas | Fase de crescimento dos brotos na primavera e no verão | 3,0 - 6,0 | 400 - 700 | Período de emergência dos brotos na primavera, período de expansão dos frutos |
| Maçãs | Crescimento de novos brotos / Expansão dos frutos | 3,5 - 6,5 | 350 - 600 | Período de rápido crescimento dos novos brotos, período de rápida expansão dos frutos |
| Uvas | Floração - Expansão dos frutos | 4,0 - 7,0 | 400 - 650 | Período de emergência dos botões, período de floração, período de expansão dos frutos |
"De quanta água minha terra precisa por dia?" Calcule a demanda total diária de água (Q_dia):
Fórmula principal:
Q_dia (m³/dia) = área irrigada (A, unidade: hectares) × demanda hídrica da cultura (ET, unidade: mm/dia) × 10
Análise de parâmetros:
-Área de irrigação (A):
a área total de terra a ser irrigada, que pode ser medida. (Observação: conversão de unidades: 1 hectare = 15 mu.)
-Evapotranspiração (ET):
Este é o dado mais crítico, representando o consumo diário de água das culturas em condições específicas de crescimento. Ele é influenciado por múltiplos fatores, incluindo o tipo de cultura (por exemplo, milho, hortaliças, árvores frutíferas), o crescimento e a intensidade do crescimento.
estágio (com requisitos variáveis durante as fases de plântula, floração e frutificação), condições climáticas locais (como temperatura, umidade, velocidade do vento e exposição à luz solar) e composição do solo.
Como obter essas informações? Inicialmente, consulte o posto de extensão agrícola local ou revise o manual de irrigação agrícola local para coletar dados específicos da região. Se esses dados não estiverem disponíveis, pode-se recorrer a valores baseados na experiência. (por exemplo, 4-7 mm/dia para culturas de campo, 5-8 mm/dia para hortaliças e pomares)No entanto, é essencial priorizar os dados locais como referência.
-Constante 10:
Coeficiente de conversão de unidades (1 mm de profundidade da água = 10 metros cúbicos de água).
Exemplo:
Suponha que você tenha 3 hectares de terra para cultivo de hortaliças. Dados locais mostram que a média é de 3 hectares por hectare.
A necessidade diária de água para hortaliças no verão é de 6 mm.
Q = 3 ha × 6 mm/dia × 10 = 180 m³/dia
Q_dia (m³/dia) = área irrigada (A, unidade: hectares) × demanda hídrica da cultura (ET, unidade: mm/dia) × 10
Análise de parâmetros:
-Área de irrigação (A):
a área total de terra a ser irrigada, que pode ser medida. (Observação: conversão de unidades: 1 hectare = 15 mu.)
-Evapotranspiração (ET):
Este é o dado mais crítico, representando o consumo diário de água das culturas em condições específicas de crescimento. Ele é influenciado por múltiplos fatores, incluindo o tipo de cultura (por exemplo, milho, hortaliças, árvores frutíferas), o crescimento e a intensidade do crescimento.
estágio (com requisitos variáveis durante as fases de plântula, floração e frutificação), condições climáticas locais (como temperatura, umidade, velocidade do vento e exposição à luz solar) e composição do solo.
Como obter essas informações? Inicialmente, consulte o posto de extensão agrícola local ou revise o manual de irrigação agrícola local para coletar dados específicos da região. Se esses dados não estiverem disponíveis, pode-se recorrer a valores baseados na experiência. (por exemplo, 4-7 mm/dia para culturas de campo, 5-8 mm/dia para hortaliças e pomares)No entanto, é essencial priorizar os dados locais como referência.
-Constante 10:
Coeficiente de conversão de unidades (1 mm de profundidade da água = 10 metros cúbicos de água).
Exemplo:
Suponha que você tenha 3 hectares de terra para cultivo de hortaliças. Dados locais mostram que a média é de 3 hectares por hectare.
A necessidade diária de água para hortaliças no verão é de 6 mm.
Q = 3 ha × 6 mm/dia × 10 = 180 m³/dia
Como calcular a altura de elevação?
Altura manométrica total (elevação total):
Altura manométrica total = Altura de elevação vertical + Perda por atrito
Altura de elevação vertical:
A altura vertical desde o nível da água bombeada até o ponto mais alto da saída. Esta é a parte mais importante.
Perda por atrito em dutos (perda por atrito):
A perda de pressão da água que flui por uma tubulação devido ao atrito. Quanto menor o diâmetro, o comprimento da tubulação e o número de curvas, maior a perda. Normalmente, adiciona-se uma altura manométrica de 10% a 20% para compensar essa perda.h1: Elevação subaquática (a distância vertical entre a bomba de água e a superfície da água)
h2: Elevação acima da água (a distância vertical entre a superfície da água e a boca do poço)
h3: A distância horizontal entre o poço e o reservatório de água
h4: Altura do tanque
Elevação real necessária: H=h1+h2+h3/10+h4
| Modelo | Potência do motor | Vazão nominal | Cabeça avaliada | O melhor é usar o cabeçote de fluxo. | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Trifásico | kW | HP | m³/h | m | L/min m³/h | 0 | 333 | 500 | 666 | 750 | 833 |
| 6SP40-41S-8-2.3 | 3 | 4 | 40 | 18 | Cabeça (m) | 26 | 20 | 30 | 40 | 45 | 50 |
| 6SP40-18-3-5 | 5,5 | 7,5 | 40 | 27 | 40 | 37 | 31 | 18 | 13 | ||
| 6SP40-27-3-5.5 | 5,5 | 7,5 | 40 | 27 | 40 | 37 | 31 | 27 | 25 | 20 | |
| 6SP40-36-4-7.5 | 7,5 | 10 | 40 | 36 | 53 | 50 | 43 | 36 | 32 | 26 | |
| 6SP40-46-5-7.5 | 7,5 | 10 | 40 | 46 | 67 | 63 | 54 | 46 | 41 | 33 | |
| 6SP40-55-6-9.2 | 9.2 | 12,5 | 40 | 55 | 80 | 75 | 65 | 55 | 49 | 40 | |
| 6SP40-64-7-11 | 11 | 15 | 40 | 64 | 94 | 88 | 73 | 64 | 57 | 47 | |
| 6SP40-74-8-13 | 13 | 17,5 | 40 | 74 | 107 | 101 | 86 | 74 | 65 | 54 | |
| 6SP40-92-10-15 | 15 | 20 | 40 | 92 | 134 | 126 | 108 | 92 | 82 | 67 | |
| 6SP40-110-12-18.5 | 18,5 | 25 | 40 | 110 | 161 | 151 | 130 | 110 | 98 | 80 | |
| 6SP40-129-14-22 | 22 | 30 | 40 | 129 | 188 | 176 | 151 | 129 | 115 | 94 | |
| 6SP40-156-17-26 | 26 | 35 | 40 | 156 | 228 | 214 | 184 | 156 | 139 | 114 | |
| 6SP40-184-20-30 | 30 | 40 | 40 | 184 | 268 | 252 | 216 | 184 | 164 | 134 | |
| 6SP40-221-24-37 | 37 | 45 | 40 | 221 | 322 | 302 | 259 | 221 | 196 | 161 | |
Fórmula de cálculo aproximada:
Potência da bomba (kW) ≈ [Vazão (m³/h) × Altura manométrica (m) × Densidade da água (kg/m³) × Aceleração devido]
para Gravidade (9,8 m/s²)] / (360.000 × Eficiência da Bomba × Eficiência do Inversor).
Normalmente, a eficiência da bomba e a eficiência do inversor são estimadas em 0,5 e 0,95, respectivamente.
Esta fórmula é relativamente complexa de calcular. Recomendamos vivamente que utilize os parâmetros fornecidos diretamente pelo fabricante da bomba.
Calcule a vazão da bomba necessária (Q_bomba).
Fórmula principal:
Q_bomba (m³/h) = Q_dia (m³/dia) ÷ [média diária de horas de pico de sol (T, unidade: horas) × eficiência de irrigação (η)]
Q_bomba (m³/h) = Q_dia (m³/dia) ÷ [média diária de horas de pico de sol (T, unidade: horas) × eficiência de irrigação (η)]
Análise de parâmetros:
- Horas diárias de pico de insolação (T): Um valor de referência padronizado, não a duração da insolação. Pode ser entendido como "horas efetivas de geração de energia", geralmente de 4 a 6 horas. Você pode verificar o valor específico para sua localização através do banco de dados da NASA ou de softwares de previsão do tempo.
- Eficiência da irrigação (η): deve ser considerada! Diferentes métodos de irrigação resultam em grandes diferenças na perda de água. Este é um coeficiente de eficiência inferior a 1.
-Irrigação por inundação: η ≈ 0,5
-Irrigação por sulcos: η ≈ 0,6-0,7
Irrigação por aspersão: η ≈ 0,7-0,8
-Irrigação por gotejamento (altamente recomendada): η ≈ 0,85-0,95
Essa fórmula significa que a bomba precisa extrair a água necessária para um dia inteiro (e considerando as perdas) em um período de T horas.
Exemplo:
Considere T=5 horas e use irrigação por gotejamento η=0,9.
Q_bomba = 180 m³/dia ÷ (5 h/dia × 0,9) = 40 m³/h
Conclusão: É necessário escolher uma bomba com uma vazão de pelo menos 40 m³/h a uma altura manométrica de 60 metros.
Seleção de bomba
De acordo com a altura manométrica e o tipo de fluxo:
-Alta pressão, vazão pequena e média (como em poços profundos): bomba submersível (a mais comum).
-Baixa altura manométrica e grande vazão (como água de rios e lagoas): recomenda-se o uso de bomba centrífuga de superfície (observe que a altura de sucção não deve exceder 8 metros).
Diretrizes de seleção:
Com base nos valores calculados de H_total e Q_bomba, consulte a curva de desempenho (curva HQ) fornecida pelo fabricante da bomba. O ponto de operação necessário (H=60m, Q=40m³/h) deve estar dentro da zona de alta eficiência da bomba, e não na extremidade. Confirmação da potência da bomba: Localize o ponto de operação correspondente na curva de desempenho para determinar a potência de entrada necessária (kW).
Com base nos valores calculados de H_total e Q_bomba, consulte a curva de desempenho (curva HQ) fornecida pelo fabricante da bomba. O ponto de operação necessário (H=60m, Q=40m³/h) deve estar dentro da zona de alta eficiência da bomba, e não na extremidade. Confirmação da potência da bomba: Localize o ponto de operação correspondente na curva de desempenho para determinar a potência de entrada necessária (kW).
Como escolher um controlador de bomba de água solar
O controlador da bomba de água solar é o cérebro de todo o sistema de irrigação e deve ser rigorosamente compatível com a bomba.
-Compatibilidade de tipo: selecione o controlador CC ou o inversor CA correspondente, dependendo se a bomba é CC ou CA.
-Compatibilidade de parâmetros: A tensão nominal, a potência e a corrente máxima do controlador devem ser maiores ou iguais aos valores nominais da bomba. Considerando o cabo de extensão, geralmente recomendamos um modelo de inversor com potência um pouco superior à potência nominal da bomba.
-Requisitos funcionais: deve possuir função MPPT (rastreamento do ponto de máxima potência) e funções de proteção perfeitas (como proteção contra desligamento a seco, sobretensão, sobrecorrente, subtensão, etc.).
O controlador da bomba de água solar é o cérebro de todo o sistema de irrigação e deve ser rigorosamente compatível com a bomba.
-Compatibilidade de tipo: selecione o controlador CC ou o inversor CA correspondente, dependendo se a bomba é CC ou CA.
-Compatibilidade de parâmetros: A tensão nominal, a potência e a corrente máxima do controlador devem ser maiores ou iguais aos valores nominais da bomba. Considerando o cabo de extensão, geralmente recomendamos um modelo de inversor com potência um pouco superior à potência nominal da bomba.
-Requisitos funcionais: deve possuir função MPPT (rastreamento do ponto de máxima potência) e funções de proteção perfeitas (como proteção contra desligamento a seco, sobretensão, sobrecorrente, subtensão, etc.).
Como calcular a potência de um sistema fotovoltaico (P_pv)
Fórmula principal:
P_pv (kW) = [Potência de entrada da bomba (kW) ÷ eficiência total do sistema (η_sys)] × coeficiente de redundância
Análise de parâmetros:
-Eficiência total do sistema (η_sys): inclui a eficiência do controlador (eficiência MPPT, cerca de 95%) e a perda na linha (cerca de 95%), que geralmente é considerada como 0,9.
-Coeficiente de redundância: Para lidar com a atenuação de potência dos painéis fotovoltaicos, sombreamento por poeira, aumento de temperatura e outros fatores, geralmente aumenta-se a redundância em 1,2 a 1,3.
Exemplo:
P_pv = (11 kW ÷ 0,9) × 1,3 ≈ 15,9 kW
Conclusão: Você precisa instalar painéis solares com uma potência total de cerca de 16 kW.
| Passos | Tarefas principais | Fórmula/método chave | Exemplo de resultado |
|---|---|---|---|
| 1. Análise de Requisitos | Determine a demanda total diária de água Q_day | Q_dia = A × ET × 10 | 180 m³/dia |
| Determine a carga hidráulica total H_total | H_total = H_vertical + H_fricção | 60 m | |
| 2. Seleção da Bomba | Calcule a vazão da bomba necessária, Q_pump. | Q_bomba = Q_dia ÷ (T × η) | 40 m³/h a 60 m |
| Determine o modelo e a potência da bomba. | Examine a curva de desempenho HQ da bomba de água. | ~11 kW | |
| 3. Conjunto fotovoltaico | Calcule a potência total P_pv dos painéis fotovoltaicos. | P_pv = (Potência da Bomba ÷ η_sys) × 1,3 | ~16 kW |
| 4. Integração de sistemas | Selecione o controlador e construa instalações de armazenamento de água. | Alinhar parâmetros, construir o pool |
Para projetos de grande porte, recomendamos fortemente consultar a equipe de vendas especializada da ZRI, que possui vasta experiência e conhecimento técnico para fornecer a configuração ideal, garantindo a operação estável do sistema por décadas e, consequentemente, retornos a longo prazo do seu investimento inicial.
Sugestão e otimização
Armazenamento de energia versus armazenamento de água:
A irrigação agrícola prioriza soluções de armazenamento de água.
A construção de um reservatório ou torre de água suficientemente grande (com capacidade equivalente ao consumo de água de 1 a 2 dias, ou seja, 180 a 360 m³) em vez de utilizar baterias dispendiosas permite o bombeamento em plena capacidade durante as horas de sol, armazenando água para uso noturno ou em dias nublados. Esta abordagem aumenta significativamente a confiabilidade do sistema e a eficiência operacional.
Detalhes da instalação:
-Painéis solares: voltados para o sul (Hemisfério Norte) com um ângulo de inclinação semelhante à latitude local para maximizar a geração total de energia anual.
-Proteção contra raios e aterramento: devem ser instalados para proteger equipamentos caros.
-Ferramentas profissionais: É altamente recomendável o uso do software de seleção online gratuito fornecido pelas principais marcas (como Lorentz, Grundfos, etc.).
Desde que você insira a localização, o espaçamento, a demanda diária de água e outros parâmetros, o software pode recomendar automaticamente uma solução completa, reduzindo bastante a dificuldade de projeto e o risco de erros.
01020304050607