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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.
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
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
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
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
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;
- 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.
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