太阳能光伏发电在提灌站的应用

摘 要：介绍了太阳能光伏发电提灌站工程应用实例。运行结果表明，太阳能光伏发电的发电量能够满足提灌站的电力供应要求，且运行稳定。为农业提灌的动力供应开辟了新的能源来源，具有广阔的应用前景。

关键词：光伏发电；提灌站；电力供应

选用新能源在农村供电已经得到广泛研究。其中太阳能光伏发电运用在路灯照明、热水器等设备上取得了良好成果，但是其在提灌站的运用目前还不够成熟，我们根据实际工程——凉山州会理县某乡村太阳能光伏提灌站运行的结果，可以看到光伏发电的电量能够满足提灌站的电力供应要求，符合生产配置。

四川会理县属于亚热带气候，光热资源十分丰富，年均日照2388小时。会理县某乡村缺水土地面积6000亩，缺水人口837户3186人，随着人口不断增长，生活水平不断提高，居民用水量必将大幅度增加，现农村基本无供水设施，新建提灌站已成为首选。在提灌站选址附近基本没有电网覆盖，若长途架设供电线路，则投资大，施工难度也大的背景下，而太阳能光伏根据地理资源，保证了在不破坏环境的情况下满足了提灌站的电量需求，同时供水也满足《四川省农业灌溉用水定额》，这将使太阳能光伏站在农村的建设成为一种趋势。

1 太阳能光伏发电

1893年法国某科学家发现的“光生伏打效应”，即“光伏效应”揭开了光伏发电的研究史，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。刘惠萍，刘惠雯等的计算数据看出，光伏发电的电量供应是可以广泛运用在用电设备上的。钱伯章的说明，我国的光伏发电成本接近常规发电成本价格，这揭示的是，我国光伏发电有望大规模运用在工业、农业生产上。

2 光伏提灌系统

2.1电气接连图

由电气连接图可以看出，该系统由太阳能电池板、光伏阵列、逆变器、水泵组成。

2.2 主要设备

2.2.1 太阳能电池板：通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置。设计拟采用单晶硅太阳能光伏组件，因为其具有电池转效率高，同等容量太阳能电池组件所占面积小等优点，但实际设计选择的是240WP多晶硅太阳能光伏组件，因为考虑作为给农村水泵供电，在成本较低的前提下，多晶硅的商业化电池的转换效率已经能达到13%-15%，因此本组件选择SYP240P太阳能多晶组件。SYP240P太阳能多晶组件的性能参数见表1。

十九片组件组成一个阵列，便于安装与维修，选择离地高度0.5米。地球是不断运转的，这样势必导致太阳的照射角度在不断偏移，最佳的安装方式是使光伏电池受光面始终正对太阳，让光线垂直投向光伏电池。这样的太阳能跟踪系统有单轴跟踪和双轴跟踪，拟采用的双轴跟踪可以相对于固定系统能多发出20%～25%的电力。双轴跟踪系统的支撑部分是由主体支柱、转动支撑及钢结构支架组成，联结部分由铝型材及螺栓组成，传动部分由蜗轮蜗杆、联接杆件、减速器等组成，这对于材料的要求则很高，考虑到农村建设经济效益，则实际选择是的固定安装的光伏阵列，由较简便的辐射量计算经验公式

再由该乡村的地理纬度、海拔高度得到太阳能光伏板年最佳倾角28度。阵列件的距离对电站的输出功率和转换效率非常重要，错误的安装会导致后排的太阳光被前排遮挡，吴永忠，邹丽珺等的方法：

逆变器：一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电力。日照强度和环境温度都会影响光伏阵列的功率输出，因为必须通过逆变器的调节使光伏阵列输出电压趋近于最大功率点输出电压，光伏扬水逆变器不但能根据日照强度的变化实时地调节输出频率，实现最大功率点跟踪（MPPT），而且能够保证水泵的转速不超过额定转速。根据光伏电池阵列以及提灌的水泵电机，本系统选择PB37KH型扬水逆变器。PB37KH型扬水逆变器的性能参数见表2

2.2.3 水泵：输送液体或使液体增压的机械。由于太阳的辐射强度随日、月、阴、晴等气候因素的变化，因此光伏水泵的最高效率应是针对某一地区的日、月、季、年等因素的平均效率，而不是通常水泵设计中要求的设计点、工况点的最高效率。光伏水泵又分控制（逆变）型光伏水泵与直流光伏水泵，本系统则是采用控制（逆变）型光伏水泵。根据日供水量以及扬程的需求，本系统原打算选择的是CDL42-90轻型立式多级离心泵。CDL42-90轻型立式多级离心泵的性能参数见表3。

考虑到容积泵可以保证在发电量不断变化的情况下一直出水，只是水量大小有变化，于是把CDL42-90轻型立式多级离心泵换成CDL42-90轻型立式多级容积泵，性能参数等与CDL42-90轻型立式多级离心泵一直，这里不再列出。

3 系统运行情况

仅这一套光伏提灌系统，会理县该乡村年发电量达到8.7万千瓦时，替代柴油发电机和供电管网，该乡村每年有效灌溉时间6个月（水稻和玉米各3个月）年新增灌溉用水151100M3解决800户约4000人的安全饮水问题，解决1200头大型牲畜的饮水问题，解决1074亩缺水土地的灌溉问题。

4 结论

（1）农村供水矛盾日益突出，通过新建提灌站满足缺水农田的灌溉需求，而采用太阳能光伏提灌站，在利用了农村有限的资源情况下，供水满足《四川省农业灌溉用水定额》，则为其他农村地区做了示范性工程。

（2）从该工程实例中，可以看出太阳能光伏提灌站仍有很大的研究空间，例如寻找优化材料来满足光伏阵列的双轴跟踪系统支撑、转动部分，毕竟农村建设投资有限，而这一部分由于涉及材料学科，笔者学识有限，未敢进行过多深入；又比如光伏水泵，常用水泵均是多级离心水泵，而这里是考虑容积泵可以保证在发电量不断变化的情况下一直出水，那么其他的应用工程呢，是采用近年来迅速发展起来的光机电一体化系统的光伏水泵系统，还是采用这种更为普及的控制（逆变）型光伏水泵，这都是具有参考意义的。总的来说，光伏提灌站在目前是具有广阔的应用前景。

参考文献

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[7] 刘厚林，袁寿其，施卫东，袁建平.光伏水泵系统及其应用前景.水泵技术.2002.2.43～44

作者简介

段程威（1991-），男，湖南郴州人，研究生，西南交通大学土木学院。