国内太阳能光伏提灌站发展应用浅析

李丹丹

摘 要：太阳能提灌站运行费用低、能耗低、提水效率高，具有较高的技术优势。本文结合太阳能提灌站的结构和应用原理，以实际应用对该项技术进行了分析。

关键词：太阳能；光伏提灌站；应用

20世纪末期，国内开展了大量关于太阳能利用技术的研究，江苏、浙江和广东等省在该项技术方面走在国家研究前列。2009年，财政部和住建部联合颁布了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》，将大部分补贴应用于太阳能光伏发电中，自此我国的太阳能利用技术开始进入新的发展阶段。借鉴国内的技术研究成果，内蒙古、青海和新疆等省大力推广太阳能提灌。提灌站在农业生产和生活用水方面扮演着重要的角色，在电力缺乏地区，一般很难选用电力提灌站，而太阳能提灌站则体现出较强的技术优势，有助于生活用水和灌溉用水问题的解决。随着科学技术的发展，太阳能电池板的转换效率不断提高，高效水泵越来越完善，太阳能提灌站技术具有广阔的发展前景。

一、太阳能提灌站概述

1.太阳能提灌站结构和应用原理

太阳能提灌站主要包括太阳能发电系统和提灌系统，其中发电系统包括太阳能光伏阵列、通用变频器、光伏控制器，提灌系统主要为水泵机组。

太阳能光伏阵列中包含较多串联而成的太阳能电池，实现太阳能向直流电的转换。目前，国内的太阳能电池大多为硅太阳能电池，例如单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池。该结构中的太阳能电池并没有线性伏安特性，最大输出功率一般为额定功率。太阳能光伏阵列的输出伏安特性表现出非线性，并且输出功率受到太阳光辐射强度、温度和天气等条件的影响，光伏阵列的工作点往往会出现偏离，为了保证光伏水泵具有良好的工作状态，在任何日照条件下都能输出足够大的功率，必须精确调节光伏电池的最大功率点，借助变频器调节发电系统的输出功率，保证电源和负载之间能够满足高效的工作状态，而通用变频器将太阳能光伏输出的直流电转变换为交流电，为水泵机组的运行提供足够的动力。光伏控制器中包含较多的数据通信接口，可以满足不同高性能通用变频器的适配要求，在设定工作点电压控制方式的过程中，不断优化通讯协议，保证其与通用变频器通讯，实现自动启停。

太阳能提灌系统主要包括泵房、管道和进出水建筑物，泵房内安装有动力机、传动系统和水泵機组。其中水泵机组包含驱动电机和传动系统，受到太阳能电池伏安特性的限制，水泵机组中应用的驱动电机也会受到太阳能电池输出电压电流大小的影响，为了避免出现频繁启停的问题，必须保证水泵是处于高效工作状态之中。

2.太阳能提灌站的应用优势

（1）经济优势。偏僻的山区可能无法架设电力线缆，在建设电力提灌站方面面临着较大的困难，选用太阳能提灌站具有明显的技术优势。与传统的电力提灌站相比，新建的太阳能提灌站的单位投资3万元/kw，市场化后会降至1.5～2.0万元/kw，在运行过程中也体现出一定的经济优势，太阳能提灌站借助太阳能提水，运行费用主要为维护的费用，每立方米水的维护费用约为0.4元，而电力提灌站运行费用主要体现在电能消耗上，并且用电量会随扬程而增加。太阳能光伏电池的使用时间长达25年，而机械设备的设备年限一般为15年左右。

（2）节能减排优势。太阳能提灌站借助太阳能提水，大大节约了能源。每节约1kwh的电能，就相当于节约了0.4kg标准的煤，就减少了0.273kg碳粉尘、0.996kg二氧化碳、0.03kg二氧化硫、0.015kg氮氧化物的排放。另外，太阳能提灌站对土地的利用效率较高，运行管理也较为方便，高效水泵的运用可大大提高能量的利用率。

二、太阳能提灌站应用实例

某项目要求控灌面积80h㎡，实地年日照时间2920h，每天的有效日照时间约为8h。太阳能光伏阵列通过对太阳能的采集，将其转换为直流电，再通过通用变频器将该直流电转换为三相50Hz幅值为380V的交流电，该交流电可以为水泵机组提供动力，将水加压后送入管道系统，水进入较大容量的蓄水池。

结合太阳能光伏阵列的应用效率，明确系统中每天消耗的能量，其中需要考虑通用变频器的损耗。该系统中通用变频器的转换效率约为90%，在输出功率为9.2kw的情况下，实际输出功率为9.2kw/90%=10.222kw。假设系统每天工作8h，耗电量为10.222kw×8h=81.776kw·h。

在计算太阳能电池板参数的过程中，按照每天有效日照时间8h计算，太阳能电池板的输出功率为81.776kw·h/8h/80%=12.778kw，其中80%是太阳能电池组件到变频器之间的线路传输损耗、太阳能电池组件的功率衰减等。结合实际项目特点，充分考虑功率余量，工程中选择出80块200w多晶硅太阳能电池板，将20块电池板串联在一起，共构成4路并联。在通用变频器和光伏控制器选型的过程中，优先选用模块化矢量变频器和光伏控制器。

水泵机组选用200QJ20k-93/7型潜水泵，额定流量为20m3/h，额定扬程为93m，其中应用的驱动电机功率为9.2kw。

应用可靠的监控系统以此确保系统处于良好的运行状态，积极应用远程控制系统，也可以应用移动终端将控制参数发送到人机交流中心。

三、结语

太阳能光伏提灌站应用科学的配置装置，对丰富的自然资源加以充分利用，将太阳能转换为电能，同时借助可靠的控制系统实现了自动供水，从而保障灌区的水源供给，并达到了降低运行和维护成本的目的，有效解决了区域内生活用水和灌溉用水不足的问题，成为当今太阳能应用的新领域，技术优势也十分显著。随着科学技术的发展，新材料和高效水泵获得广泛应用，太阳能电池板的转换效率也不断提高，这都为太阳能提灌站的进一步发展奠定了坚实的基础。

参考文献：

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