太陽光発電ポンプ

太陽光発電ポンプは、系統電力やディーゼルで動く水ポンプとは対照的に、太陽光発電（PV）パネルで発電した電気、または集めた太陽光から得られる放射熱エネルギーで稼働します。 ^[1] 一般的に、太陽光発電ポンプは、ソーラーパネルアレイ、ソーラー充電コントローラー、DC水ポンプ、ヒューズボックス/ブレーカー、電気配線、および貯水タンクで構成されています。^[2] 太陽光発電ポンプの運用は、主に運用および保守コストが低いためより経済的であり、内燃機関で動くポンプよりも環境への影響が少なくなります。 太陽光発電ポンプは、系統電力が利用できない、または非現実的で、代替エネルギー源（特に風力）が十分なエネルギーを供給できない場合に役立ちます。

PV太陽光発電ポンプシステムは、1つ以上のソーラーパネル、コントローラ、ポンプの3つの主要部分で構成されています。ソーラーパネルは、システムコストの大部分（最大80％）を占めます。[1] ^[要出典] PVシステムのサイズは、ポンプのサイズ、必要な水の量、および利用可能な太陽放射照度に直接依存します。

コントローラの目的は 2 つあります。まず、ポンプが受け取る出力電力をソーラー パネルから得られる入力電力と一致させます。次に、コントローラは通常、低電圧または高電圧保護を提供し、電圧がポンプの動作電圧範囲に対して低すぎるか高すぎる場合は、システムの電源をオフにします。これにより、ポンプの耐用年数が長くなり、メンテナンスの必要性が減ります。その他の補助機能には、水源レベルが低い場合や貯水タンクが満杯の場合にシステムを自動的にシャットダウンする、水の出力圧力を調整する、ソーラー パネルとグリッドやエンジン駆動の発電機などの代替電源との間で電力入力をブレンドする、メーカーがクラウド サービスとして提供するオンライン ポータルを介してシステムをリモートで監視および管理するなどがあります。

ソーラー ポンプ モーターの電圧は、交流(AC) または直流(DC) です。DC モーターは、定格約 4 kW までの小規模から中規模の用途に使用され、庭の噴水、造園、家畜の飲料水、小規模灌漑プロジェクトなどの用途に適しています。DC システムは、同様のサイズの AC ポンプよりも全体的に効率レベルが高い傾向があるため、より小さなソーラー パネルを使用でき、コストが削減されます。

最後に、AC ソーラー ポンプを使用する場合は、ソーラー パネルからの DC 電力をポンプ用の AC 電力に変換するためのインバータが必要です。インバータでサポートされている電力範囲は 0.15 ～ 55 kW で、より大規模な灌漑システムにも使用できます。ただし、パネルとインバータは、AC モーターの突入特性に合わせてサイズを調整する必要があります。適切なサイズ設定を支援するために、大手メーカーは、サードパーティの認証会社によってテストされた独自のサイズ設定ソフトウェアを提供しています。サイズ設定ソフトウェアには、季節による日射量の変化によって変化する月間予測水出力が含まれる場合があります。

太陽光発電式水ポンプは、飲料水、家畜用の水、灌漑用水を供給することができます。^{[1]大規模灌漑には大量の水が必要であり、そのためには大規模な}太陽光発電アレイが必要になるため、太陽光発電式水ポンプは小規模または地域ベースの灌漑に特に役立ちます。^[3]水は年間のうちの特定の時期にしか必要とされない可能性があるため、大規模な太陽光発電アレイは必ずしも必要ではない余分なエネルギーを供給し、代替の用途が見つからない限り、システムを非効率的にします。

インドでは、灌漑や飲料水に太陽光発電水ポンプシステムが使用されています。ほとんどのポンプには、4.8kWのPVアレイから電力を受け取る2.0～3.7kWのモーターが取り付けられています_。3.7kWのシステムは、合計50メートルのセットオフヘッドと70メートルの動的ヘッドから、1日あたり約124,000リットルの水を供給できます。2016年8月30日までに、合計120,000の太陽光発電水ポンプシステムが世界中で設置されました。^[4]太陽熱水ポンプの場合、水の形でのエネルギー貯蔵は、ある形態のエネルギーから別の形態のエネルギーへの中間変換が必要ないため、バッテリーの形でのエネルギー貯蔵よりも優れています。使用される最も一般的なポンプ機構は、遠心ポンプ、多段ポンプ、ボアホールポンプ、およびらせんポンプです。圧力対揚程、ポンプ揚程、ポンプ曲線、システム曲線、純吸引揚程などの流体力学の重要な科学的概念は、太陽光発電ポンプの導入と設計を成功させる上で非常に重要です。^{[5] [6] [7] [8] [9] [10]}

化石燃料の環境への影響に関する悪評に対抗するため、石油・ガス業界では、水圧破砕法を含め、太陽光発電によるポンプシステムを採用しつつある。 ^[11]多くの油井やガス井では、操業を維持し、抽出率を向上させるために、圧力をかけたさまざまな化学物質の正確な注入（計量）が必要である。歴史的に、これらの化学物質注入ポンプ（CIP）は、井戸のガスの圧力を使用してガス往復モーターで駆動され、生のガスを大気中に排出してきた。太陽光発電による電気ポンプ（ソーラーCIP）は、これらの温室効果ガスの排出を削減することができる。ソーラーアレイ（PVセル）は、CIPに持続可能な電源を提供するだけでなく、非常に離れた場所からデスクトップまたはノートブックの監視コンピューターにリモート制御と衛星/セル通信を使用して、リモートSCADAタイプの診断を実行するための電源も提供できる。

モーターを回すための電気を作る代わりに、太陽光をスターリングエンジンの熱交換器に集中させて、ポンプを機械的に駆動することができる。これにより、ソーラーパネルや電気機器のコストが不要になる。場合によっては、スターリングエンジンは現地での製造に適しており、機器の輸入の難しさが解消される。スターリングエンジンの1つの形式は、ポンプで汲み上げた流体をピストンとして直接作動させるフルイダインエンジンである。フルイダインソーラーポンプは1987年から研究されている。^[12]少なくとも1つのメーカーがスターリングソーラーポンプのテストを行っている。^[13]

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