تُنتج الطاقة الكهربائية الشمسية عندما تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربية، والتي عادةً ما تقوم بتشغيل مضخة غاطسة أو سطحية ل استخراج المياه الخام.
وينبغي دمج أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) مع خزان مرتفع لتخزين المياه (أو مع البطاريات إذا كان ذلك لا مفر منه) لتخزين الطاقة، ما يضمن استمرارمدادات المياه في الأيام الملبدة بالغيوم والليل.إخراج المياه من مصدر ما.مضخة تقع تحت المياه حيث تضخ المياه منها. تحتوي على محرك محكم الإغلاق متصل بجسم المضخة.

وعادةً ما تُصنع الخلايا الكهروضوئية من السيليكون وتُرتب معًا تحت لوحة زجاجية واقية لتشكيل وحدة كهروضوئية. في العموم، يتم ترتيب العديد من هذه الوحدات في مصفوفة كهروضوئية، حيث يعتمد العدد الإجمالي على كمية المياه التي ستُوفر يوميًا، وإجمالي الضغط الديناميكي لمخطط المياه والطاقة الشمسية المتاحة. ويُشار إلى متوسط كمية الطاقة الشمسية المتوفرة عادةً في منطقة ما خلال اليوم باسم "ساعات الذروة للشمس"، والتي تختلف عن "ساعات ضوء النهار"، إذ تتغير كثافة الشمس خلال النهار. فعلى سبيل المثال، في المناطق التي يبلغ متوسط ساعات النهار فيها ثماني ساعات، قد يكون متوسط ساعات الذروة للشمس أقل بكثير. ويعد تحديد متوسط ساعات الذروة السنوية والموسمية للشمس أمرًا مهمًا لتقرير ما إذا كانت الألواح الشمسية مصدرًا ممكنًا للطاقة في منطقة ما. وكلما قل عدد ساعات الذروة المتاحة للشمس، زادت تكاليف الاستثمار، إذ يلزم وجود عدد أكبر من الوحدات الكهروضوئية. وفي العموم، تحتاج أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) إلى ساعات ذروة الشمس بما لا يقل عن 3-4 كيلو واط/م2 لتكون خيارًا قابلاً للتطبيق لإمدادات المياه المجتمعية.

اعتبارات التصميم

بصرف النظر عن الموقع الجغرافي، وساعات ذروة الشمس والمساحة المتاحة في الموقع، فإن الاعتبارات الأخرى لتصميم أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) هي نفسها بالنسبة لأي من مخططات المياه التي يتم تشغيلها بواسطة مولد أو شبكة (على سبيل المثال، العائد الآمن لنقطة المياه، والتراجع وإجمالي الضغط الديناميكي). ويجب أن تتعرض الألواح الشمسية بالكامل لأشعة الشمس لإنتاج أقصى قدر من الكهرباء الشمسية. ويتم تقليل الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية على نحو كبير في الأيام الملبدة بالغيوم (عادةً بنسبة تتراوح بين 25-40٪ مقارنة بالأيام المشمسة). ولزيادة الإشعاع المباشر، ينبغي تركيب المصفوفات الشمسية بإحكام على رف مائل، في مواجهة خط الاستواء بزاوية ميل مساوية لخط عرض الموقع وفي منطقة خالية من الأشجار أو المباني المجاورة لمنع الظلال على الألواح. وتجب أيضًا حماية الألواح الشمسية من الرياح القوية والعواصف الرعدية والأجسام المتساقطة (مثل أغصان الأشجار) والسرقة.

وتوجد العديد من حزم البرامج المتاحة للمساعدة في تصميم أنظمة تعمل بالطاقة الشمسية. ويحسب هذا البرنامج جميع العوامل والمواقع الجغرافية ويقترح التصاميم، بما في ذلك تخطيط الألواح الشمسية والطاقة وأحجام الكابلات ونماذج صندوق التحكم أو العاكس والمضخات وتوازن مكونات الأنظمة. وتضمن هذه الحلول القائمة على البرامج أيضًا مطابقة الأداء والخصائص الكهربائية للمكونات بحيث يتم ضمان ال مخرجات الكهربائية والمائية المتوقعة. وتوضح الكهرباء المولدة من الأنظمة الكهروضوئية في شكل تيار مباشر (DC). بالنسبة لمحركات التيار المتردد (AC)، يلزم تركيب محولات لتغيير الإمداد من التيار المباشر إلى التيار المتردد. ويجب تجنب العواكس القياسية لصالح محرك التردد المتغير (VFD)، الذي سيغير الجهد والتردد المطلوبين (يتناسب مع مضخات أحادية الطور الأصغر بدون مكثفات بدء أو أي مضخة ثلاثية المراحل).

المواد والمستلزمات

يمكن العثور على الألواح الشمسية والمحولات وصناديق التحكم ومضخات المياه والمواسير ومكونات الأنظمة (الكابلات والمفاتيح الكهربائية وما إلى ذلك) ذات النوعية الجيدة في معظم البلدان. ونظرًا لانتشار المواد الشمسية المقلدة وذات الأداء المنخفض (خاصة الألواح الشمسية)، فمن الأهمية القصوى التأكد من تصنيع المكونات المشتراة وفقًا للمواصفات المناسبة والمعايير الدولية لضمان أداء سليم وطويل الأمد.

القابلية للتطبيق

في سياق الطوارئ، يمكن تسريع عملية تركيب أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) بشكل فعال من خلال تجهيز آبار التنقيب الحالية التي تعمل بمضخة يدوية، وهو أمر ممكن عندما يكون عائد بئر التنقيب كافياً لخدمة العدد المستهدف من المستفيدين والمواصفات الفنية بئر التنقيب معروفة. ويتحسن نطاق تطبيق أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) أثناء الاستجابة القصوى بشكل كبير مع استخدام مجموعات الضخ الشمسي للطوارئ التي تحتوي على جميع المكونات الضرورية. وتنطبق أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) على مجموعة واسعة من احتياجات المياه. ويمكن لمخطط أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) واحد تزويد المجتمعات من 50 منزلًا إلى بلدات أو مخيمات بأكملها تضم أكثر من 100,000 شخص. ونظرًا لأن أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) قادرة على ضخ المياه الجوفية من 5 أمتار إلى عمق يصل إلى 500 متر ("رأس الضخ") ومع العواكس المصممة لتطبيقات الضخ بالطاقة الشمسية لمطابقة المضخات التي تزيد عن 210 كيلو واط، يمكن تعريض أي مخطط للمياه للشمس بما يتوافق مع الجوانب الإنسانية. ويجب وجود خزانات D.5 ، D.6 في نظام المياه للفترات التي لا تعمل فيها المضخة (على سبيل المثال خلال الأيام الملبدة بالغيوم والليل) أيضًا لموازنة التقلبات اليومية في الطلب. وعند تصميم أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS)، عادةً ما يغطي حجم الخزان يومين على الأقل من إمدادات المياه المجتمعية، حيث يعمل الخزان كبطارية لتوصيل المياه عبر الجاذبية عند الحاجة إليها. وفي حالة عدم توافر مخزون كافٍ للمياه عند الارتفاع، توجد خيارات طاقة احتياطية مختلفة. ومع ذلك، تقلل البطاريات من كفاءة أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) وتزيد من التكاليف بالإضافة إلى متطلبات التشغيل والصيانة والاستبدال. وبدلاً من ذلك، يمكن تشغيل أنظمة ضخ بالطاقة الشمسية (SPPS) هجينة من خلال الجمع بين مصادر الطاقة المختلفة (مثل الشبكة الكهربائية أو مولد الديزل مع الطاقة الشمسية). المكبس A.4 ، والتجويف التقدمي A.5 ، وحاجز المياه A.6 ، والتدفق الشعاعي A.8 والمضخات متوفرة كمضخات غاطسة تعمل بالطاقة الشمسية من مختلف الشركات المصنعة.

التشغيل والصيانة

بينما تتمتع الألواح الشمسية عالية الجودة بضمان لمدة 25 عامًا ولا تتطلب سوى صيانة بسيطة، تحتاج البطاريات (في حالة استخدامها) والمحولات والمضخات إلى صيانة أكثر تواترًا من المشغلين المهرة. وينبغي فحص النظام من حين لآخر للتحقق من معدل الضخ وحالة الألواح والخزانات والمواسير. وتتضمن الصيانة تنظيف الأوساخ والغبار المنتظم من الألواح وحماية الألواح من أضرار الحيوانات والبشر. وينبغي بناء سياج آمن حول الألواح الشمسية لمنع السرقة أو التخريب. لضمان الصيانة الوقائية المنتظمة والإصلاحات السريعة، يُوصى بإبرام اتفاقيات خدمة ما بعد البيع مع المقاولين المطلعين. ويمكن أن تعمل أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) المصممة جيدًا والتي تمت صيانتها لأكثر من 10 سنوات دون مشكلات كبيرة.

الصحة والسلامة

تعد الصدمات الكهربائية ممكنة في المخططات ذات المصفوفات الشمسية المكونة من أكثر من بضعة ألواح، لذلك ينبغي عدم السماح إلا للفنيين المدربين الذين لديهم معدات واقية كافية بالوصول عند إجراء الإصلاحات. وينبغي تثبيت مفاتيح التيار المباشر (DC) في النقاط الحرجة في المخطط لعزل المكونات المختلفة وضمان السلامة الكهربائية.

التكاليف

تختلف تكاليف رأس المال لأنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) اعتمادًا كبيرًا على حجم النظام، إذ تتراوح من عدة آلاف من الدولارات الأمريكية إلى أكثر من 100,000 دولار أمريكي، وعادةً ما تكون المصفوفة الشمسية هي المكون الأكثر تكلفة. ويتم تحقيق الإمكانات العالية لخفض التكلفة مقارنة بتقنيات الضخ الأخرى (خاصة تلك التي تعتمد على الديزل) إذا كان التحليل يعتمد على التكاليف على مدار دورة حياة المخطط بدلًا من تكاليف رأس المال للتركيب فقط. في حين أن تكاليف رأس المال عادةً ما تكون أعلى من تلك الخاصة بأنظمة مولدات الديزل المكافئة، تظهر الدراسات أن أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) توفر إمكانات عالية لخفض التكلفة بمرور الوقت، إذ يتراوح العائد على الاستثمار بشكل عام بين سنة وحتى 4 سنوات.

الاعتبارات الاجتماعية والبيئية

تعد أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية تقنية مقبولة تمامًا. ومن الناحية البيئية، فإن الرياح مصدر متجدد للطاقة التي تقلل من الحاجة إلى الطاقة المشتقة من الوقود الأحفوري، وبالتالي تقليل البصمة الكربونية للنظام وتحسين جودة الهواء. وتتمتع أنظمة الضخ التي تعمل بالطاقة الشمسية (SPPS) أيضًا بتكلفة تشغيل منخفضة، كما أن التشغيل والاستخدام بسيطان وموثوق بهما.