Solar Sulama Sistemi Nasıl Hesaplanır? Pompa, Sürücü ve Panel Dizisi Boyutlandırma

Şebekeden uzak tarlalarda veya elektrik maliyetinin yüksek olduğu işletmelerde güneş enerjili sulama sistemleri, dalgıç veya yüzey pompasını doğrudan panellerle çalıştırır. Doğru boyutlandırılmış bir sistem güneşli saatlerde düzenli su verir; yanlış boyutlandırılmış bir sistem ise sabah geç kalkar, öğlen bile istenen debiye ulaşamaz ya da sürücüyü aşırı gerilimle zorlar. Bu yazıda solar sulama hesabının girdilerini, pompa sürücüsünün rolünü, panel dizisinin nasıl boyutlandırıldığını ve bir sistemin ne zaman uygun olmadığını örnek bir hesapla anlatıyoruz.

Sistemin bileşenleri

• Panel dizisi: DC enerjiyi üretir. Akü genellikle kullanılmaz; enerji depolamanın yerini çoğu zaman su deposu alır.
• Pompa sürücüsü (solar pompa inverteri / VFD): Panellerden gelen DC gerilimi, pompa motorunu çalıştıran değişken frekanslı AC gerilime çevirir.
• Pompa ve motor: Dalgıç pompa veya yüzey pompası.
• Kablolar ve koruma: DC hat, sürücü ile motor arasındaki AC hat, sigorta, DC ayırıcı ve aşırı gerilim koruması.
• Su deposu veya havuz (önerilir): Güneşli saatlerde basılan suyu, ihtiyaç anında kullanmak için saklar.

Hesabın girdileri

Debi ihtiyacı

Günlük su ihtiyacı; ürün türüne, ekili alana, sulama yöntemine (damla, yağmurlama, salma) ve mevsime göre belirlenir. Günlük ihtiyaç, güneşle verimli pompalama yapılabilecek saat sayısına bölünerek saatlik debi bulunur. Örneğin günde 120 m³ suya ihtiyaç varsa ve 6 saat verimli pompalama öngörülüyorsa gerekli ortalama debi 20 m³/saattir.

Kuyu derinliği ve toplam basma yüksekliği

Pompanın yenmesi gereken toplam yükseklik (toplam manometrik yükseklik) şunların toplamıdır:

• Pompalama sırasındaki dinamik su seviyesine kadar olan derinlik (statik seviye değil; su çekildikçe seviye düşer),
• Kuyu ağzından depoya veya sulama noktasına kadar olan kot farkı,
• Boru ve bağlantı parçalarındaki sürtünme kayıpları,
• Damla veya yağmurlama sisteminin ihtiyaç duyduğu çıkış basıncı.

Pompa gücü

Pompa motoru gücü genellikle beygir gücü (HP) veya kW olarak verilir; 1 HP ≈ 0,746 kW'tır. Suyu kaldırmak için gereken hidrolik güç şöyle hesaplanır:

P hidrolik (W) = ρ × g × Q × H — burada ρ suyun yoğunluğu (≈1.000 kg/m³), g yerçekimi ivmesi (9,81 m/s²), Q debi (m³/s), H toplam basma yüksekliği (m).

Pompanın mil gücü, hidrolik gücün pompa verimine bölünmesiyle bulunur. Doğru pompa seçimi için mutlaka üreticinin pompa eğrisi (debi–basma yüksekliği grafiği) kontrol edilmelidir.

Günlük sulama süresi

Güneşli saat sayısı mevsime göre değişir. Sabah ve akşam saatlerinde ışınım düşük olduğu için pompa ya düşük devirde çalışır ya da hiç su basamaz. Tasarımda "günde kaç saat verimli pompalama" varsayımı gerçekçi tutulmalıdır.

Kablo uzunluğu

Dalgıç pompada motor kuyunun dibindedir; sürücü ile motor arasındaki kablo, kuyu derinliği ile yüzeydeki mesafenin toplamı kadar uzundur. Uzun kabloda gerilim düşümü motorun daha yüksek akım çekmesine ve ısınmasına yol açar.

Pompa sürücüsünün rolü

Solar pompa sürücüsü, sıradan bir frekans çeviriciden farklı olarak MPPT (maksimum güç noktası izleme) yapar: panel dizisinin o anki ışınımda verebileceği en yüksek gücü bulur ve motor devrini buna göre ayarlar. Işınım azaldığında devir düşer, ışınım arttığında devir yükselir.

• Yumuşak kalkış: Motoru düşük frekanstan başlatarak kalkış akımını sınırlar.
• Koruma: Kuru çalışma, aşırı akım, aşırı ve düşük gerilim gibi durumlarda pompayı durdurur (özellikler modele göre değişir).
• Giriş gerilim penceresi: Her sürücünün bir MPPT çalışma aralığı ve aşılmaması gereken bir maksimum DC giriş gerilimi vardır. Panel dizisi bu aralığa göre tasarlanır.

Önemli bir fizik kuralı: santrifüj pompalarda debi devirle doğru orantılı, basma yüksekliği ise devrin karesiyle orantılı değişir. Yani düşük ışınımda devir biraz düştüğünde pompanın basabildiği yükseklik belirgin şekilde azalır. Derin kuyularda bu nedenle pompa, belirli bir devrin altında suyu yüzeye hiç çıkaramaz.

Örnek hesap

Aşağıdaki tüm değerler örnek değerdir. Gerçek projede pompa eğrisi, panel ve sürücü veri föyleri ile saha ölçümleri esas alınmalıdır.

1. Hidrolik güç ve pompa gücü

• Debi: 20 m³/saat = 20 ÷ 3.600 ≈ 0,00556 m³/s
• Toplam basma yüksekliği: 120 m
• Hidrolik güç: 1.000 × 9,81 × (20 ÷ 3.600) × 120 = 6.540 W
• Pompa verimi %60 kabul edilirse mil gücü: 6.540 ÷ 0,60 = 10.900 W ≈ 10,9 kW
• Bir üst standart motor gücü olarak 15 HP (15 × 0,746 ≈ 11,19 kW) seçilir.

2. Panel dizisi gücü

Sabah ve akşam saatlerinde yeterli güç almak, sıcaklık ve kablo kayıplarını karşılamak için panel gücü motor gücünün üzerinde seçilir. Sürücü ve pompa üreticileri genellikle bir katsayı önerir; bu örnekte katsayı 1,3 alınmıştır.

• Hedef dizi gücü: 11,19 × 1,3 ≈ 14,55 kWp
• 550 Wp panel ile: 14.547 ÷ 550 ≈ 26,4 → en az 27 panel

3. Seri bağlantı kontrolü

Örnek panel değerleri: Voc = 49,9 V, Vmp = 41,9 V, Voc sıcaklık katsayısı −%0,27/°C, Vmp için yaklaşık −%0,35/°C. Örnek sürücü: MPPT aralığı 450–750 V DC, maksimum DC giriş 800 V. Tasarım sıcaklıkları: en soğuk ortam −10 °C, en sıcak hücre sıcaklığı 70 °C.

• −10 °C'de panel Voc: 49,9 × (1 + 0,0027 × 35) ≈ 54,62 V
• 70 °C hücre sıcaklığında panel Vmp: 41,9 × (1 − 0,0035 × 45) ≈ 35,30 V

Seçim: 14 seri × 2 paralel = 28 panel, dizi gücü 28 × 550 = 15,4 kWp. Motor gücüne oranı 15,4 ÷ 11,19 ≈ 1,38'dir; hedeflenen 1,3 katsayısının biraz üzerindedir. Son olarak iki paralel dizinin toplam akımının sürücünün maksimum DC giriş akımını aşmadığı da kontrol edilmelidir.

4. Motor akımı ve kablo

Üç fazlı motor için yaklaşık akım: I = P ÷ (√3 × U × cosφ × η). Örnek: 11.190 W, 400 V, cosφ = 0,85, motor verimi 0,88 için I ≈ 21,6 A. Gerçek projede motor etiketindeki nominal akım esas alınır.

Gerilim düşümü (reaktans ihmal edilerek) yaklaşık olarak ΔU = √3 × I × L × cosφ ÷ (κ × A) ile bulunur; bakır için κ ≈ 56 m/(Ω·mm²). Örnek: 100 m kuyu + 50 m yüzey = 150 m kablo, 10 mm² kesit için ΔU ≈ 1,732 × 21,6 × 150 × 0,85 ÷ (56 × 10) ≈ 8,5 V, yani 400 V'un yaklaşık %2,1'i. Kabul edilebilir sınır için ilgili standartlara ve pompa üreticisinin önerisine bakılmalıdır.

Sigorta ve kablo konusunda dikkat edilecekler

• DC tarafta kullanılan sigorta, ayırıcı ve kablolar DC gerilime uygun ve dizinin maksimum gerilimine göre seçilmelidir. AC anahtarlama ekipmanı DC hatta kullanılmamalıdır.
• Paralel string sayısı arttıkça, arızalı bir stringe diğerlerinden ters akım gelme riski doğar. String sigortasının gerekip gerekmediği ve değeri, panel veri föyündeki maksimum seri sigorta değerine ve ilgili standartlara göre belirlenir.
• Sürücünün giriş ve çıkış koruması için üreticinin önerdiği sigorta veya devre kesici değerlerine uyulmalıdır.
• Dalgıç pompa kablosu suya dayanıklı olmalı, ek yerleri uygun malzemeyle yalıtılmalıdır.
• Açık arazide yıldırım ve aşırı gerilim riski yüksektir; topraklama ve parafudr ihmal edilmemelidir.

Solar sulama ne zaman uygun değildir?

• Sulamanın gece veya belirli saatlerde yapılması zorunluysa ve su deposu kurulamıyorsa.
• Kuyu verimi pompa debisinden düşükse: Pompa kuyuyu kurutur; debi kuyu verimine göre sınırlandırılmalıdır.
• Basma yüksekliği çok yüksekse: Düşük ışınımda pompa su basamaz, verimli saat sayısı çok kısalır.
• Kurulum alanı gölgeliyse veya panel alanı yetersizse.
• Mevcut motor ve sürücü uyumsuzsa: Motorun gerilimi ve faz sayısı, sürücünün çıkışıyla uyumlu olmalıdır.
• Bulutlu dönemlerde de kesintisiz su gerekiyorsa ve hibrit (şebeke veya jeneratör destekli) bir çözüm düşünülmüyorsa.

Kontrol listesi

1. Günlük su ihtiyacı ve verimli pompalama saati belirlendi mi?
2. Dinamik su seviyesi, kot farkı ve sürtünme kayıplarıyla toplam basma yüksekliği hesaplandı mı?
3. Pompa, üreticinin eğrisine göre seçildi mi?
4. Seri panel sayısı soğukta Voc ve sıcakta Vmp için sürücü aralığında mı?
5. Kablo gerilim düşümü ve sigorta değerleri kontrol edildi mi?

PVAGE ile solar sulama hesabı

PVAGE'nin tarımsal enerji sistemleri modülünde pompa gücünü (HP), kuyu derinliğini, günlük sulama süresini ve kablo uzunluğunu (hat kaybı) girip panel seçimini yaparsınız. Sonuç olarak panel adedi ve dizilimi, motor akımı, önerilen sigorta ve "uygun / uygun değil" değerlendirmesi gösterilir. Hesapta kullanılan katsayılar ekranda açıkça görünür, sonuç PDF olarak alınabilir.

Teklif modülünde sistem tipi olarak "tarımsal sulama" seçilebilir. Şebekeden bağımsız diğer uygulamalar için off-grid sistem boyutlandırma yazımıza da göz atabilirsiniz.

Özelliği inceleyin: Solar Sulama Hesaplama ve Pompa Boyutlandırma