Ефективності Роботи Сонячної Водопомпової Установки На Основі Термодинамічного Аналізу Перетворення Енергії У Відцентровій Помпі

Abstract

Одним із перспективних способів використання сонячної енергії є автономні фотоелектричні сонячні установки для помпування води, які призначені для зрошення та міського/сільського водопостачання замість електричних під’єднаних до мережі або дизельних водопомпових систем. Найпростішими і найпоширенішими серед таких установок є системи прямого привода, які не потребують дорогих і ненадійних акумуляторних батарей. Проте в них у зв’язку з неминучими сезонними, добовими та погодними зменшеннями інтенсивності падаючої сонячної радіації пропорційно знижується частота обертання електродвигуна, що приводить в рух помпу, причому гідравлічна продуктивність останньої знижується вже в кубічній залежності її швидкості. Все це призводить як до звуження приблизно наполовину робочого діапазону інтенсивності сонячної радіації, так і до стрімкого зниження ККД помпи. З метою обґрунтування раціональних параметрів відцентрової помпи в цій статті остання розглянута як механо-гідравлічний перетворювач потужності. Для опису роботи такого перетворювача застосовано положення лінійної нерівноважної термодинаміки, причому нелінійні статичні характеристики «напір – витрата» лінеаризувалися в робочих точках помпи. Такий підхід дав змогу отримати універсальну характеристику перетворювача потужності – залежність енергетичної ефективності помпи, її ККД від відносного параметра режиму роботи. Оптимальна точка максимальної ефективності перетворювача залежить від безрозмірного ступеня спряження між його входом та виходом. Дослідження, проведені для реальної помпи, яка працює в реальній гідравлічній системі, показали, що зі зниженням частоти її обертання змінюються всі вказані параметри помпи: зменшується ступінь спряження, знижується ККД, а робоча точка поступово переміщується з лівої на праву ділянку спадаючих частин термодинамічної ефективності. Для оперативного обчислення вказаних безрозмірних параметрів та побудови відповідних безрозмірних характеристик перетворювача потужності розроблено програму в середовищі MathCad. З її використанням проведено низку досліджень щодо впливу основних параметрів гідравлічної системи на ККД помпи за різних частот її обертання. У результаті проведених досліджень показано, що для розширення робочого діапазону інтенсивності сонячної радіації та суттєвого підвищення енергетичної ефективності відцентрової помпи в автономних установках прямого привода доцільно застосовувати помпи з номінальною висотою підйому води, вищою ніж задана в конкретній гідравлічній системі.