Сонячна електроенергія генерується, коли фотоелектричні панелі (ФП) перетворюють сонячну енергію в електроенергію, яка тоді живить герметичний або поверхневий насос для видобутку неочищеної води. Насосні системи, які працюють на сонячній енергії, потрібно комбінувати з резервуаром для зберігання води, розміщеним на підвищенні (або, якщо це неминуче, з акумуляторами), для зберігання енергії, забезпечуючи постійне водопостачання у хмарні дні та вночі.

ФП зазвичай виготовлені з кремнію та встановлюються разом під захисним склом для того, щоб сформувати ФП модуль. Зазвичай кілька таких модулів встановлюють разом для формування масиву фотоелектричних панелей, в якому загальна кількість залежить від кількості води, яку потрібно постачати в день, загального динамічного напору у схемі водопостачання та доступної сонячної енергії. Загальну кількість сонячної енергії, зазвичай доступної в районі протягом дня, називають піковими сонячними годинами, і це поняття відрізняється від поняття годин денного світла, оскільки інтенсивність сонячного випромінення змінюється впродовж дня. Наприклад, у районах в локаціях, де в середньому є вісім годин денного світла, середні пікові сонячні години можуть бути набагато меншими. Визначення річних та сезонних середніх пікових сонячних годин є важливим для ухвалення рішення про те, чи сонячні панелі будуть підходящим джерелом енергії в районі. Чим менше доступних пікових сонячних годин, тим вищими будуть інвестиційні затрати, оскільки потрібна буде більша кількість ФП панелей. Зазвичай насосні системи, які працюють на сонячній енергії, потребують щонайменше 3–4 кВт/м² пікових сонячних годин для того, щоб це було підходящим варіантом для водопостачання у громаді.

Проєктні міркування

Окрім географічного розташування, пікових сонячних годин та доступного простору на локації, інші проєктні міркування насосної системи, яка працює на сонячній енергії, є такими самими, що і у випадку будь-якої іншої схеми водопостачання, яка працює від генератора або електромережі (наприклад, гарантований запас води у водному пункті, зниження рівня води та повний динамічний напір). Сонячні панелі мають бути постійно під сонячним світлом для виробництва максимальної кількості сонячної електроенергії. Електроенергія, яка генерується сонячною енергією у хмарні дні, суттєво менша (зазвичай на 25–40% порівняно з сонячними днями). Для максимізації прямого випромінювання сонячні масиви потрібно безпечно встановити на похилій основі у напрямку екватора під кутом нахилу, рівному широті розташування локації, та в районі без дерев або будівель поблизу для того, щоб не дозволити тіні потрапляти на панелі. Сонячні панелі також мають бути захищені від сильних вітрів, буревіїв із блискавками, падаючих об’єктів (наприклад, гілок дерев) та крадіжок.

Існують різноманітні пакети програмного забезпечення, які можуть допомагати із розробкою проєкту систем, що працюють на сонячній енергії. Таке програмне забезпечення обчислює всі фактори та географічні особливості і пропонує проєкти, в яких враховано розташування сонячних панелей, енергію, розмір кабелів, моделі інверторів чи механізмів управління, насоси та баланс між компонентами системи. Такі рішення на основі програмного забезпечення гарантують, що діяльність та електричні характеристики компонентів відповідають один одному, так щоб були очікувані електричні та водні вихідні дані. Електроенергія, яка генерується системами ФП, перебуває у формі постійного струму. Для моторів змінного струму потрібно встановлювати інвертори для зміни постачання з постійного струму на змінний. Стандартні інвертори не варто використовувати, натомість краще використовувати частотно-регульований електропривід, який буде варіювати необхідну напругу та частотність (підходить для менших однофазних насосів без пускових конденсаторів або для будь-якого трифазного насосу).

Матеріали

Сонячні панелі гарної якості, інвертори, механізми управління, водні насоси, труби та баланс компонентів системи (кабелі, перемикачі тощо) можна знайти у більшості країн. Через розповсюдженість підробних та погано функціонуючих сонячних матеріалів (особливо сонячних панелей) надзвичайно важливо переконатися в тому, що придбані матеріали виробляються відповідно до належних специфікацій і міжнародних стандартів задля забезпечення тривалої та правильної функціональності.

Придатність

В умовах надзвичайної ситуації можливо ефективно пришвидшити процес встановлення насосної системи, яка працює на сонячній енергії, шляхом обладнання існуючих ручних свердловин, що є реальним, коли рівень підземних вод у свердловині є достатнім для обслуговування цільової кількості бенефіціарів та відомі технічні специфікації свердловини. Обсяг застосування насосної системи, яка працює на сонячній енергії, на гострому етапі реагування значно покращується із використанням сонячних насосних наборів для надзвичайної ситуації, які містять всі необхідні компоненти. Насосні станції, які працюють на сонячній енергії, підходять для великої кількості різних потреб у воді. Одна схема насосної станції, яка працює на сонячній енергії, може забезпечувати постачанням громаду від 50 домогосподарств до цілих міст чи таборів із населенням у понад 100 000 осіб. Оскільки насоси, які працюють на сонячній енергії, можуть викачувати підземні води з глибини від 5 метрів і до 500 метрів (висота відкачування) та з інверторами, зробленими на застосунках сонячного викачування води для того, щоб відповідати насосам у понад 210 кВт, практично будь-яку схему водопостачання можна перевести на сонячну енергію у гуманітарному контексті. Резервуари для зберігання води ( D.5 , D.6 ) потрібно включити до системи водопостачання на ті періоди часу, коли насос не працює (наприклад, у хмарні дні та вночі), а також для збалансування щоденних коливань у попиті. У проєкті насосної станції, яка працює на сонячній енергії, об’єм резервуару для зберігання води зазвичай покриває як мінімум два дні водопостачання для громади, тоді як резервуар виступає як акумулятор для постачання води із використанням гравітації за потреби. За умови відсутності достатньої спроможності для зберігання води на підвищенні, існують різні запасні варіанти щодо енергопостачання. Проте акумулятори зменшують ефективність насосної системи, яка працює на сонячній енергії та збільшують витрати, а також вимоги щодо функціонування та обслуговування і заміни деталей. Як альтернативний варіант насосну систему, яка працює на сонячній енергії, можна зробити гібридною шляхом поєднання різних джерел енергії (наприклад, електромережа або дизельний генератор разом із сонячною енергією). Різні виробники пропонують поршневі A.4 , шнекові A.5 , мембранні A.6 та динамічні лопатеві радіальні проточні A.8 насоси як герметичні насоси, які працюють на сонячній енергії.

Експлуатація та обслуговування

Тоді як сонячна панель гарної якості має гарантію на 25 років та потребує лише простого обслуговування, акумулятори (якщо вони використовуються), інвертори та насоси потребують більш частого обслуговування висококваліфікованими операторами. Систему потрібно час від часу оглядати для перевірки швидкості викачування, стану панелей, резервуарів для зберігання води та труб. Обслуговування передбачає регулярне очищення панелей від бруду та пилу і захист панелей від пошкоджень із боку тварин і людей. Потрібно встановити надійну огорожу навколо сонячних панелей для попередження крадіжок чи актів вандалізму. Із метою забезпечення регулярного профілактичного обслуговування та оперативного ремонту рекомендовано укласти договори із компетентними підрядниками на обслуговування після продажу. Добре спроєктована насосна система, яка працює на сонячній енергії, із гарним обслуговуванням може працювати понад 10 років без будь-яких суттєвих проблем.

Здоров’я та безпека

Ураження електричним струмом можливе у схемах із масивами сонячних панелей, до складу яких входить більше ніж всього декілька панелей, тому у ході проведення ремонтних робіт доступ має бути лише у кваліфікованих техніків із належним захисним спорядженням. У критичних точках схеми потрібно встановити перемикачі прямого струму для ізоляції різних компонентів та забезпечення електричної безпеки. 

Витрати

Капітальні витрати на насосну станцію, яка працює на сонячній енергії, суттєво варіюються залежно від розміру системи, сягаючи від кількох тисяч доларів США до понад 100 000 доларів США, при цьому масив сонячних панелей – це зазвичай найдорожчий компонент. Високий потенціал зменшення витрат порівняно із іншими насосними технологіями (особливо тими, які працюють на дизелі) реалізується, якщо аналіз ґрунтується на витратах впродовж строку експлуатації схеми, а не лише капітальних витратах при встановленні. Тоді як капітальні витрати зазвичай будуть вищими ніж витрати на відповідні схеми із дизельними генераторами, дослідження показують, що насосна станція, яка працює на сонячній енергії, пропонує високий потенціал щодо зменшення витрат із плином часу, і прибуток від інвестицій зазвичай проявляється через 1 – 4 роки.

Соціальні та екологічні аспекти

Насосні станції, які працюють на сонячній енергії, – це технологія, яка добре приймається населенням. Як відновлюване джерело енергії вона зменшує потребу в енергії, отриманої з використанням викопного палива, таким чином зменшуючи частку системи у викидах парникових газів та покращуючи якість повітря. Насосні станції, які працюють на сонячній енергії, також мають низькі операційні витрати, а функціонування і використання є простими і надійними.