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32-光伏水泵系统的研究与应用

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第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（光伏系统及工程）
光伏水泵系统的研究与应用光伏水泵系统的研究与应用
瞿晓丽1,马志保1,陈明1,吴磊1,吴海帝1
（1.安徽颐和新能源科技股份有限公司 安徽 池州247000）
摘要摘要：：光伏水泵系统是太阳能光伏应用领域的一个重要分支，具有巨大的社会效益和经济效益。

本文介绍的光伏水泵系统输入电压范围宽，即加入BOOST 升压电路使系统适合配置不同规格的光伏电池板；系统采用最大功率跟踪技术，根据日照强度的变化，实时调节逆变单元输出的电压和频率来驱动交流水泵系统，以满足用户对系统扬程与流量的设计要求。

实验结果表明，系统运行稳定可靠。

关键词关键词：：光伏水泵系统；光伏水泵逆变器；BOOST 升压电路；最大功率跟踪
0 0 前言前言前言
光伏水泵系统亦称太阳能光电水泵系统，基本原理是利用半导体太阳能电池组成的光伏阵列将太阳能直接转换为电能，然后通过光伏水泵逆变器驱动光伏水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。

太阳能是一种取之不尽且清洁无污染的新能源，目前针对其应用的产品也越来越多地出现。

光伏水泵系统是利用新能源的一种重要形式，可以用于牧区、草原、边防哨所等缺电、无电地区，提供人畜饮用水以及草原、牧场或其它农作物的灌溉用水。

在发达国家，光伏水泵系统已逐步地被用作花园、别墅、草地及宿营地等的供水设施，成为文明时尚的产品。

1 1 系统的结构及组成系统的结构及组成系统的结构及组成
光伏水泵系统主要由三部分组成：光伏阵列、光伏水泵逆变器以及光伏水泵。

光伏阵列吸收日照辐射能量，将其转化为电能，为整个系统提供动力电源。

光伏水泵逆变器将光伏阵列输出的直流电转换为交流电并驱动水泵，并根据日照强度的变化，实时地调节输出电压和频率，实现最大功率点跟踪，最大限度地利用太阳能。

图1 光伏水泵系统的结构
2 2 光伏阵列的特性光伏阵列的特性光伏阵列的特性
光伏阵列俗称太阳能电池板，它是光伏水泵系统的电源部分。

光伏阵列电源有别于普通的直流电源，它具有较强的非线性特征，最大输出功率受日照和环境温度等气象条件影响较
大。

图2给出了不同日照强度下，光伏阵列的I-V特性曲线和P-V特性曲线。

图中S为日照强度，单位为W／m 2。

图2 不同日照下光伏阵列I-V 和P-V 特性曲线 根据用户对光伏阵列配置的不同，系统需要在较宽的输入电压范围内（Vmp=150V～400V）进行工作。

故光伏水泵逆变器采用BOOST 升压电路，使得用户在配置不同规格的电池板时系统均会稳定可靠运行，特别是低电压高功率的光伏阵列时，系统能够稳定工作并可延长运行时间。

3 3 光伏水泵的选型光伏水泵的选型光伏水泵的选型
由于光伏阵列既非恒压源又非恒流源，也不能给负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源，光伏水泵系统可选择通用变频器，便于维护且价格便宜。

一般水泵设计的要求是电机工作在效率的最高点，而且价格较高，不便于维护，而光伏水泵的设计主体在于用户对流量和扬程的要求不同。

对于光伏水泵而言，其功率等级受到光伏阵列输出功率变化的制约，光伏水泵的工作频率会随着光伏阵列输出功率的减小而降低，故设计的光伏水泵一定要满足用户对系统扬程和流量的要求。

当光伏水泵工作频率达到设定值时，系统会自动识别并停止运行，以保证光伏水泵能够正常工作。

4 4 光伏水泵逆变器的功能光伏水泵逆变器的功能光伏水泵逆变器的功能
光伏水泵逆变器的结构如图3所示。

根据用户对光伏阵列电压等级的不同配置，光伏水泵逆变器前级的DC/DC部分采用BOOST电路进行升压。

为保证三相220V光伏水泵稳定运行，光伏水泵逆变器的母线电压需要稳定在300V。

如果系统配置的光伏阵列电压等级低于300V，光伏水泵逆变器通过BOOST升压电路稳定母线电压；如果系统配置的光伏阵列电压等级高于300V，光伏水泵逆变器将自动切换工作模式，BOOST电路不运行，由后级的逆变电路稳定母线电压。

图3 光伏水泵逆变器的结构图
光伏水泵逆变器采用一种非主动扰动最大功率跟踪技术，根据光伏阵列输出功率的自然波动，实现快速无扰动的光伏阵列最大功率跟踪控制。

用户一般按照1.5倍的裕量对光伏阵列
进行配置，当日照强度较好时，光伏阵列的最大功率点会超过光伏水泵的额定功率，此时，
光伏水泵逆变器通过控制输出频率，使得光伏水泵工作在额定状态下，而并不是光伏阵列的最大功率点，从而使得光伏水泵不会在过载状态下运行；当日照强度变弱时，光伏水泵逆变器可实时调整光伏阵列的工作点，以保证光伏水泵系统的抽水量。

光伏水泵逆变器内设了多组V/f曲线（即逆变器输出电压与输出频率的对应关系曲线），可实现动态V/f曲线控制。

对于不同类型的水泵，逆变器的V/f曲线可做不同的控制，从而提高系统转换效率。

此光伏水泵逆变器具有完善的保护机制，如自动打干保护、电机堵转、故障指示等功能。

5 5 实验结果实验结果实验结果
根据上述研究，设计的光伏水泵逆变器样机如图4所示。

图4 光伏水泵逆变器样机
系统光伏阵列采用10块太阳能电池板串联（单块电池板的参数为：Voc=37.1V，
Vmmp=29.4V，P=235W）；光伏水泵选用三相220V 1.5KW 不锈钢多级潜水电泵，其系统流量要求为18m 3/h ，扬程约16米；配置1.5KW 光伏水泵逆变器一台。

图5为系统输出的电流波形。

由此可见，光伏水泵系统运行稳定。

图5 系统输出的电流波形
6 6 结论结论结论
综上所述, 运用太阳能作为农牧业灌溉、育草、育林的能源动力，可很好地解决能源短缺及电力输送困难的难题。

随着各地政府的重视和推广，光伏水泵系统在山村供水、牲畜饮水、农田灌溉、草原畜牧、沙漠治理、生活用水及景观喷泉等已被广泛应用。

在一些没有电网覆盖的地区，饮水可以用光伏水泵来保证。

光伏水泵系统不仅适用于各种地形，更因其维护简便、无需值守的特点受到青睐。

在可持续发展战略的带动和引导下，让更多的光伏水泵为我们源源不断的提供更为清洁的水资源。

参考文献参考文献：：
[1] Jafar, M. “A model for small-scale photovoltaic solar water pumping”. Renewable Energy, 2000, 19(1): 85～90.
[2] J.H.R.Enslin， Maxmum Power Point Tracking: A Cost Saving Necessity in Solar Energy Systems, Renewable Energy, Vol.2,No.6,pp543～549,1992
[3]罗隆福，杨艳，吴素平, BLDCM无位置传感器换相检测和开环启动的软件实现[J].微特电机,2002,[3]:29～41
[4]H.Tarik Duru,“A maximum power tracking algorithm based on Impp=f(Pmax)function for matching passive and active loads to a photovoltaic generator,”Solar
Energy,vol.80,pp.812～822,July 2006.
[5]鞠洪新，余世杰，苏建徽等，基于空间矢量PWM法的光伏水泵变频控制系统[J].太阳能学报，2005, 26（2）：157～161.。

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光伏水泵系统在中国应用的前景分析

光伏水泵系统在中国应用的前景分析

光伏水泵系统在中国应用的前景分析太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然能源，其能量极大，我国约为2/3的省份地区太阳辐射量丰富，适宜使用光伏发电系统。

光伏水泵系统利用太阳能作为能源，无需其他能源；日出而作，日落而歇，无需人员值守，工作时间正好满足大部分灌溉时间要求；可选配储能系统来实现夜间工作的要求。

通过从经济上和环境保护上的分析，可知光伏水泵系统比其他的更适合我们长期发展。

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然能源，其能量极大，两秒钟辐射的能量相当于燃烧13×1016t标准煤所产生的全部能量，其释放的能量只有1/60亿到达地球大气的最高层，相当于地球每年产生的2.0934×1018MJ能量，约为发电量5.8×107kWh。

太阳辐射是地球上一切自然现象的主要能源，地球表层99.8%的能量来源于太阳。

太阳辐射与工农业生产和国民经济建设有密切关系，太阳辐射的时空分布及其变化规律、气候条件对于光热利用系统的成本、价值及经济效益有巨大的影响。

笔者通过分析国内太阳辐射分布特征，初步研究光伏水泵系统的经济分析及其环保的效益。

资料来源根据《中国太阳辐射资料库》总结可知：全国各地太阳能总辐射量与年平均日照当量可以分为五类地XE：一类地区：宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部，太阳能年辐射量6680-8400MJ/m2·年，1855-2333kWh/m2·年，年日照时数3200-3300，标准光照下年平均日照时间（时）5.08-6.3；二类地区：河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部，太阳能年辐射量5852-6680MJ/m2·年，1625-1855kWh/m2·年，年日照时数3000-3200，标准光照下年平均日照时间（时）4.45-5.08；三类地区：山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、台湾西南部，太阳能年辐射量5016-5852MJ/m2·年，1393-1625kWh/m2·年，年日照时数2200-3000，标准光照下年平均日照时间（时）3.8-4.45；四类地区：湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、台湾东北部，太阳能年辐射量4190-5016MJ/m2·年，1163-1393kWh/m2·年，年日照时数1400-2200，标准光照下年平均日照时间（时）3.1-3.8；五类地区：四川、贵州，太阳能年辐射量3344-4190MJ/m2·年，928-1163kWh/m2·年，年日照时数1000-1400，标准光照下年平均日照时间（时）2.5-3.1；一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，辐射总量高于5000MJ/m2·年，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件，适宜使用光伏发电系统。

光伏水泵设计方案

光伏水泵设计方案

光伏水泵设计方案1. 引言光伏水泵是一种利用太阳能驱动的水泵系统，通过将光能转化为电能，驱动水泵进行水的抽取、输送和排放。

光伏水泵系统具有可再生能源、无污染和低维护等优点，在农业灌溉、农村生活用水和荒漠绿化等领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍光伏水泵的设计方案，包括系统组成、关键技术和性能要求等内容。

2. 系统组成光伏水泵系统主要由光伏发电系统、电控系统和水泵组成。

2.1 光伏发电系统光伏发电系统是光伏水泵系统的核心部分，用于将太阳能转化为电能。

典型的光伏发电系统由太阳能电池板、光伏逆变器、电池组和电线等组成。

太阳能电池板负责将太阳能辐射转化为直流电能，光伏逆变器则将直流电能转化为交流电能，供给水泵使用。

电池组可以存储多余的电能，以便在夜晚或阴天继续驱动水泵。

2.2 电控系统电控系统主要负责控制光伏发电系统的运行状态和水泵的运转。

典型的电控系统由充电控制器、逆变控制器和水泵控制器组成。

充电控制器用于监测电池组的电荷状态，逆变控制器负责控制光伏逆变器的工作模式，水泵控制器用于控制水泵的启动、停止和运行时间等。

2.3 水泵水泵是光伏水泵系统的核心设备，用于抽取和输送水源。

根据具体的应用需求，可以选择不同类型的水泵，包括离心泵、柱塞泵和潜水泵等。

水泵的性能参数需要根据实际情况进行选定，包括流量、扬程和效率等。

3. 关键技术光伏水泵系统设计中的关键技术主要包括光伏发电系统设计、电控系统设计和水泵选择。

3.1 光伏发电系统设计光伏发电系统设计需要考虑太阳能电池板的类型和数量、光伏逆变器的容量和电池组的容量等。

合理的系统设计可以提高光伏发电系统的效率和可靠性。

3.2 电控系统设计电控系统设计需要考虑充电控制器、逆变控制器和水泵控制器的选择和配置。

合理的电控系统设计可以提高光伏水泵系统的性能稳定性和操作便捷性。

3.3 水泵选择水泵的选择要根据具体的抽水需求和地理条件进行，包括抽水量、扬程和水质要求等。

合适的水泵选择可以提高光伏水泵系统的抽水效率和可靠性。

光伏水泵系统设计与分析(课程汇报)

光伏水泵系统设计与分析(课程汇报)

类型：课程设计名称：光伏水泵系统设计与分析关键词：光伏水泵；异步电机；最大功率；PI控制器目录第1章前言 (4)1.1发展光伏水泵系统技术的意义......................... 错误!未定义书签。

1.2光伏水泵系统的基本原理及结构 (4)1.2.1光伏阵列 (5)1.2.2控制器 (6)1.2.3电机 (7)1.2.4水泵 (7)1.2.5我国光伏水泵的应用现状 (7)1.3本文的工作及创新点 (7)1.4本章总结 (8)第2章光泵系统的设计 (9)2.1需水量计算 (9)2.2光伏水泵分类....................................... 错误!未定义书签。

2.2.1直流光伏水泵................................. 错误!未定义书签。

2.2.2交流光伏水泵................................. 错误!未定义书签。

2.2 光水泵系统的工作原理.............................. 错误!未定义书签。

2.2.1光伏水泵系统结构图........................... 错误!未定义书签。

2.2.2变频器主电路及硬件构成 (9)2.2.3具有TMPPT能的变频器 (9)2.3光伏水泵系统变频逆变器 (10)2.3.1光伏水泵系统的行为特性 (11)2.3.2发展光伏水泵的若干有用数据 (12)2.4光伏水泵的现状及发展前景 (12)第3章水泵数学模型 (13)3.1泵类选择 (13)3.2离心水泵特性 (13)3.3轴流泵特性 (14)3.4混流泵特性 (14)3.5离网系统直流电压确定 (15)3.6光伏阵列总容量设计 (15)第4章光伏水泵在农业方面的应用 (16)4.1光伏水泵设计 (16)4.1.1光伏水泵的功率 (17)4.1.2光伏水泵最大功率点跟踪器 (17)4.1.3光伏mppt最大功率跟踪算法 (17)4.1.4光伏水泵的扬水系统 (18)4.2光伏水泵优缺点分析 (19)4.3光伏电源的优势 (19)4.4光伏逆变器的选型 (20)4.5蓄电池的容量计算及选型............................. 错误!未定义书签。

太阳能光伏系统在水利中的创新

太阳能光伏系统在水利中的创新

太阳能光伏系统在水利中的创新随着环境保护和可再生能源的重要性日益凸显，太阳能光伏系统在各个领域中的创新应用也越来越受到关注。

在水利领域，太阳能光伏系统的应用不仅可以提供清洁的能源，还能够改善水利系统的效率和可持续发展。

本文将探讨太阳能光伏系统在水利中的创新应用，并分析其带来的益处。

一、太阳能光伏系统在水泵站中的应用太阳能光伏系统在水泵站中的应用是最常见和实用的创新之一。

传统的水泵系统需要使用电力或燃油驱动，不仅污染环境，而且造成能源浪费。

而太阳能光伏系统通过将光能转化为电能，为水泵的运转提供清洁、可再生的能源。

太阳能光伏系统在水泵站中的应用具有以下优势：第一，它是一种独立的能源系统，不需要外部电力和燃油供应。

这意味着即使在电网中断或无法到达的地区，水泵站仍然能够正常运作。

第二，太阳能光伏系统的运维成本低廉。

一旦安装完成，它不需要额外的能源消耗和日常维护。

只需要定期清洁太阳能电池板，就能够保持其高效运行。

第三，太阳能光伏系统具有较长的使用寿命。

按照目前技术水平，太阳能电池板的寿命可达25年以上，比传统水泵系统的使用寿命更长。

第四，太阳能光伏系统能够减少碳排放。

与传统的电力供应相比，太阳能光伏系统几乎不产生任何二氧化碳排放，对环境的影响非常小。

综上所述，太阳能光伏系统在水泵站中的应用能够提供可靠的能源，并且具有低成本、长寿命和环保的优势。

二、太阳能光伏系统在灌溉中的应用除了在水泵站中的应用外，太阳能光伏系统还被广泛应用于农业灌溉领域。

传统的农业灌溉往往依赖于电力或柴油发电机，这不仅增加了成本，而且对环境造成了污染。

而太阳能光伏系统可以为农业灌溉提供清洁、可持续的能源。

太阳能光伏系统在农业灌溉中的应用具有以下优势：首先，太阳能光伏系统可以根据实际需求进行规模化的建设。

不同规模的农田可以根据需求安装适量的太阳能电池板，确保能源供应的充足和合理利用。

其次，太阳能光伏系统可以有效减少农业生产的成本。

传统的农田灌溉系统需要消耗大量的电力或燃油，而太阳能光伏系统的能源来自太阳，几乎不需要额外的能源消耗。