ضخ المياه باستخدام الطاقة الشمسية

​

^مقدمة:

تعتبر الألواح الشمسية منافساً قوياً مقارنة بالتقنيات الأخرى المستخدمة لعملية ضخ المياه في المناطق البعيدة عن الشبكة الكهربائية العامة، فهي أقل كلفة من مد خطوط النقل الكهربائية للمسافات البعيدة، ويمكنها أن تعمل بضخ المياه طيلة فترة النهار من أجل سقاية النباتات وري الحيوانات والاستخدامات المنزلية إضافة إلى تأمين الكهرباء اللازمة في المنزل لأغراض الإنارة وغيرها.^

**نظام ضخ الماء بالطاقة الشمسية:**

& عند التفكير بإقامة نظام ضخ للماء بشكل عام، فإن أول الأمور التي يتم أخذها بالحسبان هي ارتفاع الضخ وكمية الماء المطلوب ضخها في اليوم الواحد، وقيمة ارتفاع الضخ تتكون من ارتفاع الماء الستاتيكي الذي يعبر عن المسافة بين سطح الماء الساكن في البئر والمكان الذي سيتم ضخ الماء إليه، مضافاً إليها قيمة الضياعات التي تحدث أثناء الضخ نتيجة الاحتكاك وحسب عدد الانحناءات في الأنابيب، ويأخذ بعين الاعتبار أيضاً تراجع ارتفاع الماء في البئر، أما قيمة الماء المطلوبة يومياً تتحدد من عدد الأشجار والنباتات المسقية وعدد الحيوانات الموجودة في المزرعة إضافة إلى كمية من الماء للاستخدامات المنزلية، وبناء على هاتين القيمتين يتم تحديد نظام الضخ المطلوب.

يتم اعتماد نظام ضخ الماء بالطاقة الشمسية بناء على بعد المنطقة عن الشبكة العامة، فإذا كان بعدها أقل من 0.5 كيلومتر لا يعتبر استخدامها اقتصادياً، وكذلك قيمة جداء ارتفاع الضخ مع كمية الماء المطلوبة يومياً، فإذا تجاوزت هذه القيمة 1500 m⁴ لا يفضل استخدام النظام الشمسي، والمعيار الأخير هو قيمة الطاقة الشمسية في المنطقة حيث يجب أن تتجاوز 3 kWh/m² يومياً.

وعند القيام بتصميم النظام الشمسي يتم اختيار المضخة المناسبة حسب ارتفاع الضخ وكمية الماء المنقولة عبرها، وبناء على حجم هذه المضخة يتم اختيار مصفوفة الألواح الشمسية التي ستقوم بتغذية المحرك الذي يقود المضخة بالطاقة الكهربائية، ويتم استخدام نظام تحكم لبدء وإيقاف عملية الضخ، ويمكن أن تركب الألواح على جهاز تعقب الشمس من أجل زيادة كفاءة النظام، ويتم في هذه الأنظمة تخزين الماء في خزان بدلاً عن تخزين الطاقة في بطاريات لذلك تسمى أنظمة شمسية مباشرة، وتستخدم فيها مضخات الطرد المركزي أو مضخات الإزاحة الإيجابية، ويختلف نظام ضخ الماء باختلاف نوع المضخة.

المضخة النابذة الغاطسة متعددة المراحل هي الأكثر شيوعاً من بين أنواع المضخات الشمسية المستعملة لتزويد القرى بالماء، ويتميز هذا النوع بأنه سهل التركيب وتكون مجموعة (محرك-مضخة) مغمورة بالماء بعيداً عن الأخطار المحتملة، يمكن أن تركب المضخة مع محرك تيار متناوب أو تيار مستمر مع وجود عاكس عند استخدام نظام التيار المتناوب، وإذا تم استخدام محرك تيار مستمر مع مسفرات فمن الضروري أن تسحب الأجهزة من البئر كل سنتين تقريباً لاستبدال المسفرات، يستخدم هذا النوع في أنظمة الضخ الكهروشمسية ذات الاستطاعات الأقل من 1500W، ويبين الشكل نظام ضخ كهروشمسي يستخدم مضخة نابذة غاطسة متعددة المراحل.

الشكل 1: نظام ضخ كهروشمسي يستخدم مضخة نابذة غاطسة متعددة المراحل

تم استخدام نظام المضخة الغاطسة مع المحرك السطحي على نحو واسع بالمضخات التوربينية في سواحل غرب أفريقية في فترة السبعينات. يتميز هذا النوع من المحركات بسهولة تبديل المسفرات وإجراء الصيانات الأخرى بسبب كون المحرك مركب على سطح البئر. كفاءة هذا النظام منخفضة بسبب ضياعات الطاقة الموجودة في محامل عمود نقل الحركة بين المحرك والمضخة ومن عيوبه أيضاً كلفة التركيب العالية. وبشكل عام يمكن استبدال هذا النظام بنظام محرك ومضخة غاطسة، ويوضح الشكل هذا النظام.

الشكل 2: نظام ضخ شمسي يستخدم مضخة غاطسة مع محرك سطحي 

نوع آخر من أنظمة الضخ الشمسية يستخدم مضخات ترددية ذات الإزاحة الموجبة، يناسب هذا النوع من المضخات ارتفاعات الضخ العالية والتدفقات المنخفضة ويتناسب خرج هذه المضخات مع سرعة دورانها.

​