TP #20:
02/85
UNDERSTANDING
SOLARE WASSER-PUMPEN
durch
C. J. SWET
Technische Rezensenten:
PAUL E. DORVEL
John D. Furber
Daniel Ingold
Published durch:
VITA
1600 Wilson Boulevard, Zimmerflucht 500,
Arlington, Virginia 22209 USA
TEL:
703/276-1800 * Fax:
703/243-1865
Internet: pr-info@vita.org
ISBN #0-86619-220-4
PREFACE
Dieses Papier ist eine einer Folge, die von Freiwilligen in Technisch veröffentlicht wird,
Hilfe, eine Einführung für bestimmte Staat-von-der-Kunst bereitzustellen
Technologien von Interesse zu Leuten in Entwicklungsländern.
Die Dokumente werden beabsichtigt, als Richtlinien benutzt zu werden, um zu helfen
Leute wählen Technologien, die zu ihren Situationen geeignet sind.
Sie werden nicht beabsichtigt, Konstruktion oder Implementierung bereitzustellen
details. People werden gedrängt, VITA oder eine ähnliche Organisation zu verständigen
für weitere Informationen und technische Hilfe wenn sie
Fund, den eine besondere Technologie scheint, ihren Bedürfnissen zu entsprechen.
Die Dokumente in der Folge wurden geschrieben, wurden überprüft, und wurden illustriert
fast ganz von VITA Volunteer technische Experten auf ein rein
freiwilliger basis. , den Einige 500 Freiwillige in die Produktion verwickelt wurden,
von den ersten 100 Titeln, die ausgestellt werden, und trägt ungefähr bei
5,000 Stunden von ihrem time. VITA, die Personal Maria Giannuzzi einschloß,
und Leslie Gottschalk als Redakteure, Julie Berman Behandlung-typesetting
und Anordnung, und Margaret Crouch als Projekt-Manager.
C.J. Swet, der Autor dieses Papieres, hat einen Hintergrund im Konstruieren,
und ist ein Berater in solaren und anderen " zärtlichen " Technologien,
mit besonderer Betonung auf Energie-Lagerung.
, den Er 20 Jahre hat,
erfahren Sie im Feld solarer Energie und hat auf konsultiert
solare Energie und andere geeignete Technologie projiziert im Entwickeln
countries. , den Er mehrere Dokumente auf solarer Energie veröffentlicht hat,
und andere Energie brachte Themen in Verbindung.
Rezensenten Paul E. Dorvel, John,
D. Furber, und Daniel Ingold ist auch Experten im Feld von
solare energy. , die Paul E. Dorvel ist, assoziieren gegenwärtig Hauptperson
Konstruieren Sie in der Macht-Systeme-Teilung von das International
Maschinenbau Company. He läßt über sieben Jahre in Afrika erfahren
verkaufen Sie Forschung und Feld Maschinenbau für solaren micropump
Bewässerung systems. , den John D. Furber Präsident von Angenehm ist,
Tal Software Firma und Sternenlicht-Energie Technology. Er
häufig Vorträge und konsultiert in Übersee auf solaren Energie-Technologien.
Daniel Ingold ist ein biophysicist, indem er trainiert, und ein
Forschung-Ingenieur bei Geeigneter Technologie-Firma.
VITA ist ein Gefreiter, gemeinnützige Organisation, die Leute unterstützt,
das Arbeiten an technischen Problemen in Entwicklungsländern.
VITA Angebote
Informationen und Hilfe richteten bei behilflichen Individuen und
Gruppen auszuwählen und Gerät-Technologien eignen zu an ihr
situations. VITA behält einen internationalen Anfrage-Dienst bei, ein
spezialisiertes Dokumentation-Zentrum, und ein computerisierter Dienstplan von
Freiwilliger technische Berater; leitet langfristige Feld-Projekte;
und veröffentlicht eine Vielfalt von technischen Handbüchern und Dokumenten.
Für mehr Informationen über VITA Dienste im allgemeinen, oder das
Technologie präsentierte in diesem Papier, Kontakt VITA bei 1815 Norden
Lynn Straße, Zimmerflucht 200, Arlington, Virginia 22209 USA.
UNDERSTANDING SOLARE WASSER-PUMPEN
Von VITA Freiwilliger C.J.
Swet
I. INTRODUCTION
Dieses Papier untersucht Wasser, das Systeme pumpt, die solare Strahlung benutzen,
als eine direkte Quelle von Energie.
, den Wir hauptsächlich bei kleinangelegt sehen,
ländliche Anwendungen in der Dritten Welt wo das Potential
Nutzen sind am größten und der nah-Begriff, den Wirtschaftswissenschaften am meisten scheinen,
favorable. Zwei technische Ansätze ohne Markennamen für solares Wasser
das Pumpen von Systemen wird untersucht werden:
(1) thermodynamisch (in dem
die leuchtende Energie wird zuerst konvertiert, um zu heizen); und (2) photovoltaisch
(in dem es zuerst zu Elektrizität konvertiert wird).
Seit
photovoltaische Technologie ist reifer, es wird für wirtschaftlich benutzt
Vergleiche mit anderen Methoden vom Pumpen von Wasser.
Unsere Behandlung
von diesem komplexen Thema ist notwendigerweise flüchtig; das Ziel ist zu
versorgen Sie künftige Benutzer mit genügendem Einblick, um zu bestimmen
ob solares Wasser Pumpen eine glaubhafte Möglichkeit für ist, ihr
bestimmte Situation, und einen Führer für weitere Untersuchung zu möblieren. (*)
GESCHICHTE
Die Geschichte von thermodynamischem solarem Wasser, das Technologie pumpt, geht
zurück beinahe vier hundert Jahre, wenn Solomon deCaux in Frankreich
gehobenes Wasser für einen Springbrunnen durch die Ausdehnung solar-geheizter Luft.
Durch den Anfang dieses Jahrhunderts, viele vom Konkurrieren gegenwärtig
Design-Vorstellungen waren schon erforscht worden, und mehrere, die versprechen,
Versuche bei Kommerzialisierung waren unterwegs, als Aktivität sank,
wegen des Beginnes des innereren Verbrennung-Motors und
billiger kommerzieller fuels. , den Viel dieser Entwicklung gerichtet worden war,
bei relativ großangelegten Anwendungen.
, den Es war, erst wenn das
Wiederaufleben von Interesse in solarer Energie, die von den 1973-1974 verursacht wird,
ölen Sie Embargo, das größere Aufmerksamkeit anfing, bei kleinangelegt gelenkt zu werden,
ländliche Anwendungen in Entwicklungsländern.
(*) Von besonderem Interesse zum ernsten Leser in diesem Feld ist
das die definitive und umfassende Arbeit, die in Verbindung gemacht wird,
mit der Vereinigten Nationen-Entwicklung Programme/World Bank Kleinangelegt
Solar-angetriebene Bewässerung, die Systeme pumpt, projiziert durch Herrn
William Halcrow & Partner und die Dazwischenliegende Technologie-Entwicklung
Gruppieren Sie, Ltd. The wichtigster Hinweis für das künftig
solarer Pumpe-Benutzer ist Handbuch auf Solarem Wasser, das pumpt, (sehen Sie
Bibliographie).
Im Gegensatz dazu hat die Entwicklung photovoltaischer Wasser-Pumpen
betonte kleinangelegte ländliche Anwendungen schwer inzwischen das
1960s. , Während beide dieser technischen Ansätze zu fortsetzen,
reifen Sie, weder kann noch eigen überlegen beurteilt werden.
Most von
die letzten Anstrengungen haben aber auf photovoltaisch konzentriert
Systeme und eine Mehrheit von solarem Pumpe-Feld, das Erfahrung operiert,
ist mit photovoltaischen Installationen gewesen.
BEDÜRFNISSE, DIE VON DER TECHNOLOGIE GEDIENT WERDEN,
Solare Wasser-Pumpse werden vielleicht für Bewässerung, Gemeinde-Wasser, benutzt
liefern Sie, Viehbestand Bewässern, und in verschiedenen industriellen Prozessen.
Im Prinzip werden sie vielleicht praktisch irgendwo benutzt, aber der meiste
zwingende Bedürfnisse und Gelegenheiten werden im Brennstoff-armen gefunden, aber
Sonne-reiche ländliche Gebiete der Dritten Welt.
Solar Pumpse sind vielleicht auch
fast irgendeine Größe, aber die meisten kleinen Bauernhöfe, Dörfer, und tierische Herden
in Entwicklungsländern erfordern Sie hydraulische Ausgabe-Macht von weniger
als ein kilowatt. , weit weg von dem Viele dieser potentiellen Benutzer auch sind,
ein elektrisches Gitter, wirtschaftlich anzuzapfen der Quelle von Macht, und
Motor-angetriebenes Pumpen tendiert, auch prohibitevely teuer zu sein
als unzuverlässig wegen des hohen Preises gekauften Brennstoffes und ungenügend
Aufrechterhaltung und Reparatur-Fähigkeiten.
Entwicklungsländer erfordern zunehmend weniger kostspielig und mehr
zuverlässige Methoden vom Pumpen von Wasser, das sich nicht auf Werbespot verläßt,
Energie supplies. Solar Wasser Pumpen ist potentiell ein von mehrere
befriedigende Alternativen, die auch Wind einschließen, bewässern,
Biomasse, Tier, und menschliche Macht.
Größere Verwendung von Bewässerung muß den Ertrag eindeutig vergrößern
von existierendem kultiviertem Land und Kultivierung gegenwärtig von zu erlauben
geringfügiger oder unbrauchbarer land. Nearly alle dieses zusätzlich
Bewässerung wird gepumptes Wasser zu benutzen haben, seit das meisten von das
verfügbare Quellen Schwerkraft-gefütterten Wassers werden schon vollständig ausgebeutet.
In Dritten Welt-Ländern ist am meisten bewässertes Land in Familie
Handlungen von weniger als vier Hektarn, ein großes Verhältnis von diesen,
das Sein Diese Übung unter einem hectare. kann erwartet werden, sich auszustrecken
zu Ländern noch nicht unter Kultivierung, weil kleine Handlungen gewesen sind,
finden Sie, in Hinsicht auf produktiver als große Landwirtschaft-Einheiten zu sein
geben Sie pro Hektar nach obwohl mehr fordernd in Hinsicht auf Arbeit
Eingabe.
Tägliche Forderung für gepumptes Bewässerung-Wasser variiert das Abhängen überall
auf der Jahreszeit, kupieren Sie, Phase von Wuchs, Gebiet, Methode von Wasser,
Verteilung, und Wasser-Management-Effektivität, mit Maximum,
Werte, die von ungefähr 20 bis 120 kubischen Metern pro Hektar pro schwanken,
day. Water Quellen schließen Boden-Wasser von ein, öffnen Sie (Zitze) Brunnen oder
boreholes, der Oberfläche-Wasser von Flüssen, Teichen, oder Kanälen ist,
und typisch bei Tiefen von zwei bis 10 Metern unter Boden-Niveau.
Bewässerung-Wasser wird selten von Tiefen größer als 10 herausgenommen
Meter, weil der Wert seiner Nutzen selten zu hoch genug ist,
rechtfertigen Sie den extra Preis von tieferen Brunnen und zusätzlichem Pumpen
energy. , für landwirtschaftliche Anwendungen wirtschaftlich durchführbar zu sein,
der Preis von Wasser, der geliefert wird, muß weniger als der Wert von sein
die Nutzen erhielten durch Verwendung des Bewässerung-Wassers entweder
durch verbesserte Erträge oder durch das Ermöglichen mehr Ernten, pro angebaut zu werden
year. In 1982 eine globale Norm für die Preis-Decke denn Wasser lieferte
zum Feld (nicht zur Ernte) war ungefähr US$0.06
pro kubischer Meter, obwohl eindeutig die eigentliche Zahl in ein besondere
Situation wird von den Ernten, die angebaut werden, die Feld-Anwendung, abhängen
Tüchtigkeit, und Markt-Preise.
Wenn 60 Prozent von den pumpten
Wasser wird von der Ernte selbst benutzt (ein ganz typischer Zustand für
Erde-Furchen), die Preis-Decke denn dieses Wasser wären US$0.10
pro kubischer Meter.
Die meisten Dörfer in Entwicklungsländern haben weniger als 1,500 Bewohner,
und in vielen jener Dörfer das pro Kopf-Wasser
Verbrauch ist weit weniger als die 40 oder mehr Liter pro Tag, der erachtet wird,
wünschenswert von einem Gesundheit-Standpunkt.
EIN gewöhnlicher Grund für dieses niedrig
Verbrauch ist, daß alles Wasser gut von einem Einzelzimmer gezeichnet wird,
in Linien resultierend, und in größeren Dörfern, das Bedürfnis zu tragen
Wasser beträchtliche Entfernungen.
, Obwohl Vielfache Brunnen verstreute,
werden Sie diese Probleme erleichtern, verschmutzte Quellen werden schwieriger
zu avoid. Ground wird Wasser normalerweise von Tiefen herausgenommen
von 30 Metern oder mehr, weil sein Wert für menschlichen Verbrauch ist,
viel größer als, daß für Bewässerung; Wasser-Verkäufer im Entwickeln
Länder befehlen oft ein Preis-Gegenstück zu mehr als
US$3.00 pro kubischer Meter für 10 bis 30 Liter pro Tag.
Für dieses
Anwendung, die wirtschaftliche Durchführbarkeit von solarem Wasser Pumpen ist
viel weniger ein Faktor als sein wettbewerbsfähiger Position-Verwandter zu
andere Methoden von mechanisiertem Pumpen.
Für das Viehbestand-bewässern in entfernten Gebieten, tägliche Forderung pro Kopf
variiert das Abhängen überall von Rasse und Art von Futter; ungefähr 40
Liter sind für Molkerei-Vieh ganz repräsentativ.
In letzt
Jahre sind viele Motor-angetriebene borehole-Pumpse für installiert worden
dieser Zweck, beim Pumpen von Tiefen so niedrig wie 30 Meter.
Thus, ein
Herde von Vieh und einem Dorf der gleichen Bevölkerung hat vielleicht
vergleichbare pumpende Macht-Anforderungen.
However, für diese Anwendung,
es ist oft wünschenswert, Vielfache Pumpen in verstreuen zu lassen
befehlen Sie, um overgrazing nah jede bewässernde Stelle zu minimieren.
Diese
Überlegungen betonen das Bedürfnis für Pumpen, die zuverlässig operieren können,
wenn unbegleitet lange Perioden von Zeit, und dieses machen Sie nicht
erfordern Sie geborgene Brennstoff-Läden bei jeder bewässernden Stelle.
II. OPERATING PRINZIPIEN
Obwohl thermodynamisches und photovoltaisches solares Wasser Pumpen
Systeme sind darin begrifflich ähnlich, daß beide angetrieben werden,
direkt durch solare Strahlung sind ihre operierenden Prinzipien ziemlich
different. Die folgende Diskussion hebt hervor das auffällig
Merkmale dieser Systeme. (*)
THERMODYNAMISCHE SYSTEME
Total thermodynamische Systeme benutzen einen solaren Sammler, um solar zu konvertieren
Strahlung, um zu heizen und ein Hitze-Motor, um die Hitze zu mechanisch zu konvertieren
Macht für pumping. In Hitze-Motoren eine Flüssigkeit oder Gas nimmt auf
heizen Sie bei einer höheren Temperatur, die es verursacht, sich auszudehnen,; es
dann Verträge auf Entfernung der Hitze bei einer niedrigeren Temperatur.
Diese Ausdehnung und Zusammenziehung wird angeschirrt, um ein Erwidern zu bewegen
Kolben in einem Zylinder, oder es kann sich gegen eine Turbine ausdehnen
Rad.
Glauben Sie, 1 illustriert, die Grund Energie fließt und zeigt qualitativ
31p05.gif (600x600)
die notwendige Temperatur unterscheidend über dem Hitze-Motor
und die unvermeidlichen Ausfälle assoziierten mit jeder Phase von das
process. der zwei gezeigten Temperaturen, das niedrigere kann nicht
seien Sie vom gepumpten Wasser niedriger als das zu dem das unbrauchbar
erniedrigte Hitze wird typisch abgelehnt, während das obere ist,
kontrollierte zum größten Teil durch die Art von Sammler.
Increasing das
obere Temperatur (innerhalb praktischer Begrenzungen) hebt das gesamt
System-Tüchtigkeit und reduziert die erforderliche Sammler-Größe, aber
normalerweise beim Preis größerer Kompliziertheit oder teuerer
materials. , den Dies begriffliche Ansatz-Dose allgemein charakterisierte,
haben Sie viele andere Verkörperungen, mit verschiedenen Arten und Kombinationen,
von Sammlern, beim Bedienen von Flüssigkeiten, Hitze-Motor kreist, Motoren,
und Pumpen, wie in Teil-III diskutiert.
PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME
Diese Systeme beuten die photovoltaische Wirkung aus, um solar zu konvertieren
Strahlung zu Gleichstrom-Elektrizität, die antreibt, ein Motor
pump. , in dem EINE Grund photovoltaische System-Anordnung gezeigt wird,
Glauben Sie, 2. Photovoltaische Umwandlung kommt vor wenn leichte Stürze auf ein
31p06.gif (600x600)
verdünnen Sie, flaches Material rief eine solare Zelle.
eine Seite der Zelle
wird elektrisch bestimmt, und das ander elektrisch negativ.
Dies ist eine Halbleiter, elektronische Wirkung.
Like ein Transistor,
die solare Zelle hat keine bewegliche Teile außer Elektronen.
(*) Ausführliche Erklärungen dieser operierenden Prinzipien können gefunden werden
in den Veröffentlichungen, die in der Bibliographie aufgezählt werden.
So lang wie leichte Stürze auf der Zelle fließen die Elektronen als ein
elektrische Strömung durch eine externe Schaltung, die enthält, das
motor. Individual, zu dem solare Zellen Schnüre der Reihe nach verbunden werden,
erhalten Sie die gewünschte Ausgabe-Spannung.
Series Schnüre können verbunden werden
in Parallele die gewünschte Ausgabe-Strömung von zu erhalten ein
module. Several Bauelemente werden dann verbunden und werden bestiegen.
Photovoltaische Reihe-Ausgabe-Strömung und Macht-- zur Ausmaß-Spannung
ist dauernd-- variieren Sie linear mit solarem Strahlen.
Efficiency
und Macht-Ausgabe-Abnahme mit dem Vergrößern von Zell Temperatur auf das
Reihenfolge von 0.5 Prozent pro [Grade] C über 28 [Grade] C.
Glauben Sie 3 Shows die Aufführung-Merkmale der Bestandteile
31p08.gif (600x600)
von einem typischen photovoltaischen pumpenden System, das Illustrieren der Wichtigkeit
von richtigem Zusammenpassen der electical-Quelle und das hydraulisch
beladen Sie über einer Auswahl vom Operieren von Zuständen.
Einiges freiwillig
Bestandteile und Konfigurationen dieser Systeme werden in diskutiert
Teilen Sie III.
III. DESIGN VARIATIONEN
THERMODYNAMISCHE SYSTEME
Die meisten von den kleinangelegten Systemen, jenseits deren entwickelt worden sind,
die Prototyp-Phase-Verwendung Rankine Zyklen ähnlich zum einen, der gezeigt wird,
schematisch in Zahl 4, mit organischen arbeitenden Flüssigkeiten wie
31p09.gif (600x600)
Freon 11 und langsam-Geschwindigkeit, die Motoren erwidern, die direkt fahren,
Kolben pumps. Many, den neu entstehenden Gebiete mit Rankine vertraut sind,
Systeme wegen Erfahrung mit Dampf-Motoren.
Organic, der arbeitet,
Flüssigkeiten können höher produzieren, Hitze-zu-bedienen Sie Umwandlung-Tüchtigkeiten
als Dampf bei Temperaturen bis zu ihrer Stabilität-Begrenzung von
ungefähr 150 [Grade] C, aber äußerst Sorge muß genommen werden, um null Auslaufen sicherzustellen
seitdem entmündigen sehr kleine Mengen das System und das Nachladen
ist im field. , den EIN erwidernder Motor praktisch ist, schwierig
der einzige choice, , weil Turbinen und drehende Expander sind,
übermäßig teuer in den kleinen Größen von Interesse.
Slow-speed
erwidernd (Kolben) Pumpse tendieren, zu sein tüchtiger als
konventionelle Hochgeschwindigkeits zentrifugale Pumpen bei Köpfen größer als
ungefähr 10 Meter, obwohl einzelne Phase zentrifugale Pumpen (welcher
ist leicht zu machen) wird gut für genaue niedrig-Kopf-Bewässerung gepaßt.
Das System schilderte in Zahl 4, die von einem Finnisch entworfen wurde,
Gesellschaft, hat einen Trog-Typ, der solaren Sammler konzentriert, der
folgt der Sonne durch das Drehen über eine waagerechte Norden-Süden-Achse.
Sonntag Folgen ist automatisch, angetrieben vom wechselnden Gewicht von,
solar-geheizter Freon und kontrollierte neben einem Sonne-Schatten, der auf bestiegen wird, das
Sammler, aber die Orientierung muß von Hand jeden Tag zurückgestellt werden.
Der Sammler hat eine 12 quadratischer Meter Öffnung, nimmt 16.5 ein
quadratische Meter Boden-Raum, und wiegt 170 kilograms. Alle von
die anderen über-Boden-Bestandteile nehmen ein 0.4 kubischer Meter Volumen ein
und wiegt ungefähr 50 Kilogramme.
Aluminum wird beträchtlich für benutzt
sowohl Gewicht-Verkleinerung als auch Korrosion-Widerstand.
Bei einem Freon
Temperatur von 107 [Grade] C, den die berichtete Lieferung-Rate ungefähr zwei ist,
Liter pro Sekunde (ziemlich gleichwertig zu 40 kubischen Metern pro Tag
wenn die Pumpe acht Stunden operiert,) gegen einen totalen pumpenden Kopf von
14 meters. , die Die berichtete Rate beinahe fünf Liter pro Sekunde sind,
(100 kubische Meter pro Tag) gegen einen Kopf von drei Metern.
Das
über-Boden-Pumpe-Lage begrenzt die Verwendung dieses Systems zu
seichte Brunnen oder Oberfläche-Wasser-Quellen, die betreffen, daß Saugen hebt, nein
größer als ungefähr acht Meter.
Ein etwas ähnliches System von Westdeutschland hat ungefähr 40 Quadrat
Meter von haltenden Fläche-Teller-Sammlern, die heizen können, das
Freon 11 arbeitende Flüssigkeit zu ungefähr 90 [Grade] C. , den Seine Pumpe gefunden werden kann,
unter Grad und ist zu Brunnen bis zu 60 Meter Meer anpassungsfähig.
Vorläufige Erprobung in Indien zeigt eine Lieferung-Rate von 40
kubische Meter pro Tag gegen Gesamtsumme, die Köpfe von 15 bis 20 pumpt,
meters. , den Die Pumpe, um größere Ausgabe zu erlauben, der Größe nach sortiert wird, wenn größer
Sammler werden benutzt.
Wasser (Dampf) hat einige wichtige Vorteile wie ein Rankine Zyklus
arbeitender fluid. , den Es bei höheren Temperaturen benutzt werden kann, als ist
möglich mit organischen Flüssigkeiten, höhere Tüchtigkeiten zu erreichen.
Auch sind die Folgen von Auslaufen weit weniger streng.
Ein Inder
Firma hat ein 2-Kilowatt uniflow entwickelt, der Dampf erwidert,
Motor, der von einem Glas Streifen Rückstrahler Trog Sammler angetrieben wird.
Aber höhere Temperaturen erfordern optisch und nachspürend größer
Genauigkeit, die den Preis pro Einheit-Sammler-Gebiet vergrößert, und
tendiert, die Größe-Verkleinerung, die durch möglich gemacht wird, auszugleichen, die verbessert wird,
efficiency. Der wirtschaftliche Konkurrenzgeist von hoch-Temperatur
Rankine kreisen, solarer Pumps ist noch ein unter Streit.
Stirling kreisen, Hitze-Motoren bieten den vielversprechendsten vielleicht an
Mittel vom Ausbeuten der sehr hohen Temperaturen (über 500 [Grade] C) das
kann mit Punkt erhalten werden, der Sammler konzentriert, wie Parabol
tragen Sie reflectors. Sunpower Inc. in den Vereinigten Staaten auf, hat sich entwickelt
ein freier Kolben Stirling Motor mit einer wesentlichen diaphram-Pumpe,
das Benutzen von Helium als die arbeitende Flüssigkeit.
In Prüfungen vom Hersteller
mit einer simulierten solaren thermalen Eingabe von 1 Kilowatt (das Korrespondieren
zur Ausgabe einer Schüssel ungefähr 1.4 Meter in Durchmesser),
der Stirling Motor lieferte 2 Liter pro Sekunde um 560 [Grade] C
gegen einen Kopf von vier Metern.
Bei seiner gegenwärtigen Phase von Entwicklung,
aber es wird leicht beschädigt, und Prüfung-Ergebnisse sind gewesen
disappointing. noch Eine vielversprechende Stirling Motor Pumpe ist das
Fluidyne " flüssiges Kolben-System, das von noch einem Inder entwickelt wird,
Gesellschaft, aber keine solare Version ist noch demonstriert worden.
Vieles ander das Faszinieren technisch und potentiell nützliche Systeme
ist gewesen oder hat entwickelt und hat eingeschlossen:
1.
kleinere organische Rankine Systeme;
2.
sehr klein (ungefähr 25 Watt) Dampf Rankine Systeme;
3.
ein organischer Dunst flüssige Kolben-Pumpe;
4.
eine geheizte Luft flüssige Kolben-Pumpe;
5.
ein flüssiges Überwiegen, das Balken-Motor-Pumpe wiegt,; und
6.
, den verschiedene feste staatliche Systeme auf " Gedächtnis-Metallen gründeten,"
Polymere, und die unterscheidende Ausdehnung von bimetal
zieht aus.
Einige dieser Systeme sind kommerziell verfügbar geworden, aber es
muß betont werden, daß keine von ihnen (oder von den anderen Vorstellungen
beschrieb oben) wird gewußt, um erfolgreich durchgemacht zu haben das
umfangreiche Erprobung unter Feld-Zuständen, die charakterisieren, ein
reifes Produkt.
Fähigkeit herzustellen und Reparatur, die solche Technologie oft abhängt,
auf dem region. Die mehrere Systeme, die gegenwärtig in entwickelt werden,
Indien würde vermutlich dort hergestellt werden, und ein Inder
gliedern Sie vom Westdeutschen an, den Gesellschaft die Möglichkeit einschätzt,
vom Produzieren von allen oder Teil des deutschen Systems örtlich.
Dieses
meinen Sie nicht, aber, daß diese Systeme indischen Designs könnten,
oder würde woanders in der Dritten Welt hergestellt werden.
Supporting
Rahmen, konventionelle Hitze-exchangers, und einige Arten von
Sammler könnten gemacht werden und könnten in vielen Entwicklungsländern repariert werden,
aber das Erwidern von Motoren und Kolben-Pumpen hoher Tüchtigkeit
erfordern Sie nahe Toleranzen, die vielleicht bereitwillig nicht durchführbar sind,
mit verfügbaren Fähigkeiten und Ausrüstung.
PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME
Eine Anzahl von Arten und Größen photovoltaischer Systeme ist verfügbar
kommerziell, in verschiedenen Phasen von Produkt-Entwicklung, die treffen,
die Auswahl vom Pumpen von Bedürfnissen umriß in Teil ich.
Das bedeutungsvoll
entwerfen Sie, Variationen dieser Systeme sind weniger und leichter
präsentierte als jene von das relativ unreif thermodynamisch
approach. , auf dem Diese Variationen sich hauptsächlich zentrieren,:
1.
die Auswahl solaren Zelle-Materials;
2.
die Auswahl zwischen haltend und Sonne-folgend solar
bekleidet;
3.
die Auswahl zwischen planar und das solar Konzentrieren
bekleidet;
4. die Art elektrischen Motors;
5.
die Art von Pumpe; und
6.
die Methode von source/load Zusammenpassen.
Total kommerziell verfügbare Systeme benutzen kristallenes Silizium solar
Zellen, von entweder dem einzelnen Kristall oder dem polycrystal type. Other
Arten von solaren Zellen, die vielleicht weniger teuer sind, sind unten
development. Dieses benutzen Sie dünne Filme von Halbleiter-Materialien,
wie amorphes Silizium oder Kadmium-sulfide.
Currently verfügbar
solare Reihen produzieren 100 Watt ungefähr pro quadratischer Meter unten das
die meisten günstigen conditions. Specific, die Bedürfnisse pumpen, beeinflussen nicht
die Auswahl unter diesen konkurrierenden Designs.
In den meisten Systemen haben die solaren Reihen eine feste Orientierung; sie
wird permanent zum Äquator bei einem Winkel geneigt, der maximiert,
Energie-Sammlung während der Jahreszeit maximaler Forderung (oder
für das Jahr, wenn Forderung ganz dauernd ist,).
, den Dies das einfachste ist,
und die meiste erschwingliche Konfiguration, aber nicht notwendigerweise das wenigst-teuer
in Hinsicht auf Preis pro Einheit gelieferten Wassers.
Bei
etwas größer zuerst kosten Sie und Kompliziertheit, die Orientierung darf
würde von Hand mehrere Zeiten während des Tages eingestellt und nahm dadurch zu
die tägliche Ausgabe durch bis zu 30 Prozent.
, den Dies tendiert, zu sein,
kosten Sie wirksam, vorausgesetzt diese Handbuch-Arbeit verfügbar ist und ist,
preisgünstig für sehr saisonbedingte Bewässerung applications. Wenn das
System wird über dem meisten des Jahres, ein völlig automatisches Nachspüren, benutzt
Gerät sind vielleicht justified. , Obwohl solche Systeme noch nicht haben,
demonstrierte genügende Zuverlässigkeit unter Feld-Zuständen, einige,
letztes Feld, das Erfahrung mit Schwerkraft-angetriebenem Freon operiert,
Spürhunde auf dem Pumpen von Systemen haben ermutigt. (*)
So lang wie solare Zellen es bleiben, der dominierende Preis-Gegenstand es gibt ein
Anreiz, das erforderliche Gebiet nicht nur durch Sonne Folgen zu reduzieren
sondern auch durch das Konzentrieren das abgefangen solar
radiation. Die Preis-Abnahme wegen weiterer Zell Gebiet-Verkleinerung
tendiert, vom hinzugefügten Preis vom Konzentrieren von Optiken ausgeglichen zu werden und
das Bedürfnis für das Abkühlen besser von den Zellen und präzisrem Nachspüren.
Wenn solare Zell Preise nachlassen, wie vorhergesagt, der Anreiz
werden Sie viel weniger zwingend werden.
Bleibende Magnet-Gleichstrom-Motoren sind der im allgemeinen benutzten
pumpen Sie Fahrer für kleinangelegte Systeme.
Wechselstrom Motoren
kosten Sie weniger, aber ist in den Größen von Interesse viel weniger tüchtig.
Lineare actuators sind benutzt worden, um Kolben zu fahren, pumpt, aber das
Vorstellung erfordert mehr Entwicklung beachtlich.
Viele von das
Gleichstrom-Motoren in Strömung-Verwendung sind von das konventionell
Bürste-Art, die tüchtig ist, aber schlecht für unter Wasser paßte,
Bedienung und Bedürfnisse bürsten Ersatz nach jedem wenigen Tausend
(*) Sehen Sie Dankoff, W., das Pumpen " von Wasser, " Solar Age, Februar, zum Beispiel
1984, pp. 29-35.
Stunden von use. Elektronisch-commutated brushless-Gleichstrom
Motoren finden Gunst, weil sie weniger Aufrechterhaltung erfordern,
und wird bereitwilliger an untergetauchte Bedienung angepaßt, obwohl
sie sind etwas weniger tüchtig.
Einzeln-Abschnitt, den zentrifugale Pumpse häufig benutzt werden, wenn die Gesamtsumme
das Pumpen von Kopf ist weniger als 10 Meter, und Selbst-bereitet entweder vor
oder (, wenn die Saugen-Aufmunterung zu groß ist,) unter Wasser.
Mit offenen Brunnen
oder Oberfläche-Wasser-Quellen, diese Pumpen und die Motoren können schwimmen,
das Minimieren der Saugen-Aufmunterung dadurch.
Für höhere Köpfe, entweder
mehrstufige zentrifugale oder bestimmte Verlagerung (Kolben oder progressiv
Hohlraum) Arten sind höchst tüchtig.
, Wenn die Pumpe oben ist,
Boden oder das Schwimmen, es wird normalerweise eng zum Motor verbunden;
wenn unter Wasser, die Pumpe wird vielleicht entweder eng zu einem Tauchboot verbunden
Motor oder gefahren von einem senkrechten Stiel.
Positive Verlagerung
Pumpen werden gewöhnlich außer in Fällen untergetaucht, wo die Aufmunterung ist,
klein, aber der totale pumpende Kopf ist hoch.
Einzeln-Abschnitt, den zentrifugale Pumpse mit Kopf-Hubraum gemacht werden können,
Merkmale der ganz eng die solare Reihe-Strömung-Spannung
Merkmale, damit die Reihe bei nah-Höhepunkt operieren kann,
Tüchtigkeit über einer breiten Auswahl vom Operieren von Zuständen.
Dieses
das Zusammenpassen kann nicht nehmen, setzen Sie mit mehrstufig zentrifugal oder bestimmt
Verlagerung pumps. Für Systeme, die nicht eigen sind,
vereinbar insofern, ist es möglich zu installieren ein elektronisch
Scheinwiderstand, der Gerät zwischen der Reihe und dem Motor zusammenpaßt,
das wird die Last automatisch auf der Reihe optimieren.
Diese
Geräte, gerufene maximale Macht-Punkt-Spürhunde oder Maximum-Macht
Kontrolleure (MPCs), wird täglich gepumpte Ausgabe und Willen vergrößern
erlauben Sie das Pumpen, um unter niedrigem moring-Strahlen zu beginnen.
Maximum Macht
Kontrolleure fügen zur Kompliziertheit und dem Preis eines Systems außerdem hinzu
zum Schaffen einer ungefährer fünf prozentiger Macht-Gosse auf das
array. Indications sind, diese MPCs sind in höchst kosten-wirksam
Systeme über ungefähr ein Kilowatt Höhepunkt-Kapazität.
Unter diesem Niveau,
es ist vielleicht kosten-wirksamer, extra Reihe-Kapazität auszutauschen
für einen MPC.
Örtliche Produktion beinahe aller Bestandteile außer den solaren Zellen
erscheint in vielen Entwicklungsländern möglich. (*) Indien und Brasilien
hat angefangen, Zell Herstellung und einige andere Länder betrachten
die Versammlung von Bauelementen von importierten Zellen.
Seit solar
Zell Technologie schreitet so schnell fort, und entscheidende Auswahlen
unter den Bewerber-semiconducting-Materialien Sie noch gemacht werden,
(*) Für eine gründliche Diskussion des Potentiales für örtliche Produktion,
sehen Sie Kleinangelegt, solar-trieb das Pumpen von Systemen an:
Die Technologie
Seine Wirtschaftswissenschaft und Förderung, von William Halcrow und
Partner, und Dazwischenliegende Technologie-Macht, GmbH, und sein Unterstützen
Dokumente betreffend Herstellung solaren Wassers pumpen in
die weniger entwickelten Länder (Juni 1983).
es ist vielleicht für das meiste der Dritten Welt zu erwarten umsichtig das
Auftauchen von eindeutig überlegenem Design nähert sich vor dem Investieren
in Produktion facilities. Other als solare Zellen, der meisten,
zweifelhafte Gegenstände für potentielle Einheimische-Herstellung scheinen, zu sein
Kolben pumpt, wegen ihres Endes, das maschinell Toleranzen bearbeitet.
IV. COMPARING DIE ALTERNATIVEN
Um weitverbreitete Annahme zu gewinnen, müssen kleinangelegte Wasser-Pumpse nicht
liefern Sie Wasser nur bei einem Preis unter dem Wert dieses Wassers; sie
Sie auch machen damit bei einem niedrigeren Preis als alternative Methoden von
das Pumpen von water. Most prominent unter das gegenwärtig verfügbar
Alternativen sind Diesel oder Kerosin-Motoren, Wind-Macht, Tiere,
und humans. EINE gute Basis für das Vergleichen von ihnen mit solar ist das
kosten Sie pro Einheit-Volumen von Wasser, das unten wie Zustände geliefert wird,
über einer ähnlichen Anzahl von Jahren.
, von dem Dies berücksichtigt,
kaufend, das Finanzieren, Lieferung, Installation und beginnen-auf, betanken Sie,
operierend und Aufrechterhaltung-Arbeit, Reparaturen, und replacements. In
Vereinigtes Nationen-Entwicklung-Programm studiert, vergleichende Preise
von geliefertem Wasser ist für Bewässerung, Dorf, geschätzt worden
Wasser-Versorgung, und Viehbestand, der in Kenia bewässert, Bangladesch, und
Thailand (sehen Sie Bibliographie).
Auf 1982 Preisen gegründet, werden einige typische Ergebnisse in Zahlen 5, 6, 7, und 8 gezeigt.
31p150.gif (600x600)
Es gibt viele Qualifikationen zu diesen Ergebnissen,
zu zahlreich und komplex für Darlegung hier.
, den Es gezeigt werden muß,
aus, aber, daß die solaren Preise auf photovoltaisch gegründet werden,
Systeme, in denen der dominierende Preis-Gegenstand das solare Bauelement bei ist,
sein 1982 Preis von über US$8 / Höhepunkt-Watt.
, daß Preis zu wahrscheinlich ist,
werden Sie viel innerhalb einiger Jahre, beim Machen der solaren Möglichkeit, niedriger
wettbewerbsfähiger. It sollte auch bemerkt werden, daß das attraktiv
niedrige Wind-Macht-Preise werden auf durchschnittlichen Mitte-Wind-Geschwindigkeiten gegründet
für jedes Land; innerhalb jener Länder gibt es Gebiete mit
total unzulänglicher wind. Die Preise für Tier-Macht sind etwas
optimistisch, weil sie den Preis vom Umleiten nicht einschließen,
Tiere von anderen Aktivitäten, und der " niedrige Fall " Diesel Preise
wird auf unrealistisch optimistischen Werten für Brennstoff-Preis gegründet und
consumption. Mit diesen Punkten in Verstand es scheint ganz klar
, daß innerhalb einiger Jahre solar wird am meisten in ganz wettbewerbsfähig sein
sonnige Gebiete, die kleinen Wind haben.
GLOSSAR VON BEDINGUNGEN
Aperature. Das solare Sammlung-Gebiet.
Tragen Sie collector. Eine auf, in dem die widerspiegelnde Oberfläche ein paraboloid ist,
von Revolution, die direkte solare Strahlung konzentriert,
auf einen Absorber bei seinem im Brennpunkt stehende point. Usually für
Temperaturen über 250 [Grade] C, mit zwei-Achse Nachspüren.
Drawdown. Die Entfernung das Wasser-Niveau in ein gesund ist vorübergehend
ließ herunter, indem sie pumpten.
Flacher Teller solarer collector. Eine, in dem die Öffnung im Grunde ist,
gleich zum Gebiet der Absorber-Oberfläche, das
, der Oberfläche aufnimmt, ist im Grunde planar, und keine Konzentration
ist employed. Usually für Temperaturen unter 100 [Grade] C.
Hydraulische Ausgabe power. Die Macht, die von der Pumpe zu mitgeteilt wird, das
bewässern, verhältnismäßig zum Produkt der Strömung-Rate und das
zählen das Pumpen von head. In Watt zusammen, gleichen Sie ungefähr zu Litern pro
unterstützen, timt Meter, timt zehn.
Strahlen (Strahlung-Intensität).
Die Energie-Fluß-Dichte ins
solare Strahlung, die normalerweise in Watt pro quadratischer Meter ausgedrückt wird.
Statischer head. Die senkrechte Entfernung zwischen der Wasser-Quelle
planieren bei keiner Strömung und dem Punkt von Begleichung.
Saugen lift. Die Höhe, von der Wasser gehoben werden muß, das
Quelle Niveau zur Pumpe.
Gesamtsumme, die head. Der statische Kopf plus drawdown und Strömung-Druckes pumpt,
Verluste im Pumpen.
Trog collector. Eine mit einem zylindrischen Parabol Widerspiegeln
, auf die direkte solare Strahlung konzentrieren, tauchen auf ein
Absorber (normalerweise ein Rohr) bei seinem im Brennpunkt stehende line. Usually für
Temperaturen von 100 [Grade] zu 250 [Grade] C, beim Nachspüren von ungefähr einer Achse.
Gesamtes System efficiency. Der Bruch abgefangener solarer Strahlung
, der das Pumpen von Energie zum Wasser mitteilt, d.h. Pumpe
hydraulische Ausgabe-Macht pro Einheit-aperture/irradiance.
BIBLIOGRAPHY/SUGGESTED LEKTÜRE LISTE
Halcrow, William und Partner, und Dazwischenliegende Technologie-Macht,
GmbH Small-scale solar-trieb das Pumpen von Systems: Die Technologie an,
Seine Wirtschaftswissenschaft und Förderung (Vereinigte Nationen-Entwicklung
Programm Projekt GLO/80/003) . Washington, GLEICHSTROM : Welt,
Bank, Juni 1983. Verfügbar durch die Welt-Bank, an
mit dem folgenden Unterstützen Dokumente:
1.
Performance prüft auf verbesserten photovoltaischen pumpenden Systemen
2.
Economic Einschätzung solarer Wasser-Pumpen
3.
Potential für Verbesserung photovoltaischer pumpender Systeme
4.
Review solarer thermodynamischer pumpender Systeme
5.
Manufacture solarer Wasser-Pumpen in Entwicklungsländern
Kleinangelegte solar-angetriebene Bewässerung, die Systeme pumpt,
(Vereinigtes Nationen Entwicklung Programm Projekt GLO/78/004,
Phase ich berichte) . Washington, GLEICHSTROM,:
Welt Bank, Juli 1981.
See auch Kleinangelegte solar-angetriebene Bewässerung, die System pumpt,
Technical und Wirtschaftlicher Rückblick (September 1981), das Verstärken
dieser Bericht.
Handbuch auf Solarem Wasser, das pumpt, (Vereinigte Nationen-Entwicklung
Programm Projekt GLO/80/003) . Washington, GLEICHSTROM,:
Welt Bank, Februar 1984. Dieses Handbuch direkt Adressen
die konkreten Fragen und die Methoden vom Auswählen, beim Einschätzen,
und das Vorschreiben eines solaren Wassers, das System pumpt.
Kreider, J., und Kreith, F., eds.
Solare Energie Handbook. New York:
McGraw Hügel, 1981. Der Leser wird ans folgende verwiesen
Kapitel:
Chapter 1 für Geschichte von solarem thermodynamischem Wasser Pumpen
Chapter 7 für das Nicht-konzentrieren von solar-thermalen Sammlern
Chapter 8 für dazwischenliegende Konzentration-Sammler
Chapter 9 für hohe Konzentration-Sammler
Chapter 22 für solare angetriebene Hitze-Motoren
Chapter 24 für photovoltaics
McNelis, ed. United Königreich Teil Internationaler Solarer Energie
Society.
Proceedings von Konferenz auf Solarer Energie für das Entwickeln
Länder, Volumen auf Kühlung und Wasser Pumpen.
London:
ISES, Januar 1982.
Vereinigtes Nationen-Entwicklung-Programm; Welt-Bank; und Philippinen
Ministry von Energy. Proceedings von Werkstätten auf Solarem Pumpen
in Neu entstehende Countries. Washington, GLEICHSTROM:
Welt Bank, Juni,
1981.
PARTIELLE LISTE VON LIEFERANTEN UND HERSTELLERN
OF SOLARES WASSER, DAS SYSTEME PUMPT,
THERMODYNAMISCHE SYSTEME (nicht notwendigerweise reife Produkte):
Dornier organischer Rankine flacher Teller,
Postfach 1360 ca. geben 500 Watt aus
7990 Friedrichshafen 1
BUNDES REPUBLIK VON DEUTSCHLAND
Grinakers Flüssigkeit, die Balken-Motor überwiegt,
c/o A. de Beer flacher Teller, ca. 200 Watt,
P.O. Schließen Sie 349 ein
Rosslyn 0200
REPUBLIK VON SÜDEN AFRIKA
Grinakers Flüssigkeit, die Balken-Motor überwiegt,
c/o Pelegano Dorf Industrien flacher Teller, ca. 200 Watt,
P.O. Box 464
Gaborone
BOTSWANA
Wrede-Ky organischer Rankine Trog
P.O. Schließen Sie 42 , die 300 Watt ausgeben, ca. ein
SF-02701 KAUNIANEN
FINNLAND
PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME (kommerziell verfügbar und ganz reif):
AEG-- TELEFUNKEN RAUMFAHRTTECHNIK UND NEUE TECHNOLOGIEN
Industriestrasse 29
2000 Wedel, Holstein,
BUNDES REPUBLIK VON DEUTSCHLAND
Aerimpianti S.p.A.
Über Bergano, 21
20135 Milano
ITALIEN
ARCO Solar, AG,
20554 Plummer Straße
Chatsworth, Kalifornien 91311 USA
A.Y. McDonald AG
P.O. Schließen Sie 508 ein
Dubuque, Iowa 52001 USA
Bäcker-Monitor
133 Unternehmen Str.
Evansville, Wisconsin 53536 USA
Briau
BP 43
37009 Touren
FRANKREICH
Grundfos Pump AG
2555 Clovis Ave.
Clovis, Kalifornien 93612 USA
Heliodinamica
Caixa Postal 8085
Sao Paulo 01000
BRASILIEN
Intersol Power
11901 West Zeder-Avenue
Lakewood, Colorado 80228 USA
Jacuzzi Brothers
11511 Neuer Benton Hwy.
Kleiner Stein, Arkansas 72201 USA
Mobil Solare Energie AG
16 Hickory Dr.
Waltham, Massachusetts 02254 USA
Pompes Gitnard Etablissements
179, Boulevard Heiliger Denis
92402 Courbevoie
FRANKREICH
Philips GmbH, Unternehmensbereich Licht
UND ANLAGEN-ENERGIE-SYSTEME
Monckebergstrasse 7
2000 Hamburg 1
BUNDES REPUBLIK VON DEUTSCHLAND
Solar Elektrisch International
Das Tor von 31 Königin Anne
London, SW1H 9BU,
ENGLAND
Solare Verwendung Jetzt AG
Schließen Sie 306 ein
420 Morgenland Tiffin St.
Bascom Ohio USA
Solarex AG
1335 Piccard Dr.
Rockville, Maryland 20850 USA
Solavolt International
3646 E. Atlanta Ave.
Phönix, Arizona 85040 USA
Solec International
12533 Chadron Avenue
Hawthorne, Kalifornien 90250 USA
Tri-solar AG
10 DeAngelo Dr.
Bedford, Massachusetts 10730 USA
Virden Perma-Bilt
2821 Maie Ave.
Amarillo, Texas 79109 USA
Windlight Werkstatt
P.O. Schließen Sie 6015 ein
Santa Fe, Neues Mexiko 87502 USA
== == == == == == == == == == == == == == == == == == == ==
== == == == == == == == == == == == == == == == == == == ==
