Artiklid

Päikeseenergial töötav nn solaarpump töötab fotoelektriliste paneelide või päikesekollektori abil toodetud elektriga. Erinevalt elektrivõrgust või diiselmootoriga töötavatest veepumpadest peab solaarpumba juhtimissüsteem arvestama oma kõikuva võimsusega energiaallika eripärasid. Päikesepatareidel töötavate pumpade töö on säästlikum peamiselt nullilähedase töö- ja hoolduskulude tõttu ning väiksema keskkonnamõjuga kui diiselmootoriga pumpadel. Päikesepumbad on kasulikud seal, kus elektrivõrku pole saadaval, näiteks saartel, suurtel põldudel, aga ka ebakindla elektritoite korral.

 Solaarpumba süsteem

Fotoelektrilise solaarpumba süsteem koosneb 3 põhiosast – elektrimootoriga pump (enamasti sukelpump), vaheldi ja fotoelektrilised päikesepaneelid. PV-süsteemi vaheldi juhtsüsteem peab sobitama pumba väljundvõimsuse päikesepaneelidest saadva sisendvõimsusega. Teiseks tagab vaheldi üle- ja alapingekaitse, mis lülitab süsteemi välja, kui pinge on vaheldi toitepinge vahemiku jaoks liiga madal või liiga kõrge. See pikendab pumba eluiga ja vähendab hooldusvajadust. Harjadega alalisvoolumootorid ei sobi pumpadele hooldusvajaduse tõttu. Asünkroonmootorid on kõige töökindlamad, kuid vajavad vahelduvvoolu. Seega on vaja vaheldit, mis muundab PV-elementide alalispinge sobiva sagedusega vahelduvvooluks.

Solaarpump – kellele see vajalik on?

Solaarpumbad võivad tarnida vett joogiks, majapidamiseks, kariloomadele või kastmiseks. Päikesepumbad on eriti kasulikud väiksemates ja keskmistes, näiteks aianduskooperatiivide niisutussüsteemides. Suuremahuliseks tööstuslikuks niisutamiseks on vaja suuri veekoguseid, mis omakorda nõuavad suurt päikeseenergia massiivi. Kuna vett on vaja ainult mõnel kuul aastas, toodaks suur PV massiiv liigset elektrienergiat, mida pole võimalik kasutada, mis muudab süsteemi mittetasuvaks. Näiteks Indias kasutatakse solaarpumpi laialdaselt niisutuseks ja joogiveevarustuseks. Enamik pumpasid on varustatud 0,75 – 7,5 kW asünkroonmootoriga, mis saavad energiat sobivast päikesepatareist. Suuremad süsteemid võivad ulatuda kuni 22 kW võimsuseni.

Päikeseenergial töötavad niisutuspumbad teevad põllumajanduse võimalikuks piirkondades, mida varem ei saanud kasutada. Päikesepumba konstruktsiooni uuendused võimaldavad nüüd tilkniisutust, vihmuteid, mikroemittereid, üleujutusniisutust ja isegi pöördniisutussüsteeme, mis võivad töötada ilma kütuseta ja elektrivõrgu ühenduseta. Päikeseenergia niisutuspumbad võivad aidata suurendada saagikust, tagades tõhusa kastmise põuasel ajal.

Pumbamootori juhtimine

Kõige olulisem on tagada pumbamootori juhtimine vastavalt päikesepaneelide toodetud võimsusele.  Viimased ei talu ülekoormust, kuna pinge langeb järsult ja kasulik võimsus jääb madalaks. Kui PV paneelide pinge langeb allapoole miinimumi, võib vaheldi seiskuda ja pump ei tööta. Seetõttu on vajalik eriline suurima võimsuse otsimise funktsioon (MPPT – maximum power point tracking), mis juhib vaheldi väljundsagedust ja pinget sedasi, et igal hetkel päikesepaneelide võimsus ja pumba tootlikkus oleks maksimaalne võimalik vastavalt päikesekiirgusele. Tööstuslikel sagedusmuunduritel selliseid funktsioone reeglina ei ole. Samuti võib neil probleemiks osutuda sisendalaldi dioodide ülekoormus alalisvoolu toitel, mil vool läbib pidevalt ühtesid ja samu dioode, mitte ei kommuteeru dioodide vahel. Seetõttu peaks kasutama võimsamat vaheldit, mis aga on kallim.

Solaarpumba vaheldiks sobivad näiteks VFD-E ja VFD-CB seeriate sagedusmuundurid (Delta Electronics), millel on MPPT funktsioon sisse ehitatud. Need vaheldid sobivad nii solaar kui võrgutoitega pumpadele, on sisseehitatud kuivkäigukaitsega ning on sertifitseeritud IEC 61683 ja IEC 60682 alusel. VFD-CB on saadaval 0,75 – 5,5 kW, VFD-E 0,75 – 18,5 kW mootoritele. 0,75 – 2,2 kW mudelitel on mootori nimipinge 3AC 230 V, võimsamatel aga kuni 3AC 415 V. Päikesepaneeli pingevahemik peab olema vastavalt 150 – 400 V või 350 – 700 V DC.

Kui teil tekkis huvi solaarpumba süsteemi rajamiseks, küsige julgesti elektriosa pakkumist Energiatehnika OÜ-st, kes on firma Delta Electronics esindaja Eestis.

Jüri Joller
Volitatud elektriinsener, D.Sc.

24.3.2022