光伏水泵在农业方面的应用研究

薛辉 瞿敏

（湘西民族职业技术学院，湖南 吉首 416000）

光伏水泵系统融入了多种技术，是一种典型的光能、机、电一体化系统，是高新技术种类之一［1］。光伏水泵系统能够直接将太阳能转变成电能，而且应用范围十分广泛。目前，在全世界已经有许多不同规格的光伏水泵开始运行，尤其是在发展中国家，光伏水泵的应用为当地的人民带来了十分可观的经济效益。本文主要探讨光伏水泵在我国农业方面的应用，旨在解决能源危机问题。

1 光伏水泵结构特点

光伏水泵系统涉及到许多学科，如计算机、电力、电子等。光伏水泵利用来自太阳的持久能源，其控制系统主要采用最大功率点跟踪技术，优化太阳能电池与负载之间的匹配。该系统在供水需求改变的情况下，输出功率并没有及时变化，这样就会造成太阳能电池功率的浪费。为了改变这种现状，需要通过智能控制实现太阳能的最大输出功率与负载之间的最佳匹配，提高水泵运行效率。

电机节能作为一项庞大而系统的工程，需要高度重视，积极寻找降低能源消耗的措施。目前，中国的各种水泵与风机的运行效率有限，导致电能浪费严重。在电动机节能方面，主要是以改革异步电动机的结构和性能，发展永磁同步电动机为主。永磁材料是永磁直流电动机的主要材料。在国内，高性能永磁材料已形成产业化发展，价格合理，产量居世界前列。据了解，中小型永磁同步电机的效率可以得到有效的提高，一些特殊的专用永磁同步电机具有明显的节电效果。

目前，大功率光伏水泵电机采用的是交流变频电机［2］。效率比直流永磁电机要低，而且所占空间较大。与其相比，直流电动机机械性能优，体积小，运行效率高，更容易进行操作。因此，开发大功率直流永磁电机可以有效节能，提高效益。配合光伏水泵的电机通常是研究光伏电池后进行设计，然后再选择不同种类的水泵。根据使用要求选择相应的水泵，这就需要考虑到水泵的运行效率和电机最佳输出功率相结合等问题。

2 光伏水泵系统在农业方面的应用前景

光伏水泵的应用优势是能源消耗少，没有污染，可以对环境起到良好的保护作用。另外，光伏水泵中的太阳能电池维修成本低，比较耐用，在干旱地区、人民生活供水地区应用前景比较广泛。

在一些干旱地区，由于常年持续少雨，极度缺水，因此土地正在迅速沙化，生态环境不断遭到破坏。还有一些缺水严重的地区，饮用水十分稀缺。但是，这些地区的一些区域却具有丰富的地下水资源，如果能充分利用这些水资源，不仅可以解决缺水问题，还能够提高该地区的经济效益与社会效益。而干旱地区地下水资源的提取与开发需要有充分的技术。这些地区由于交通不方便，电网覆盖率很低，居民居住不集中，住户少，而且住户之间相距较远，常见距离可以达到几百公里，因而会降低用电需求，或者他们的用电需求仅限于生活、农田灌溉、照明等，电网并不发达。电网的建设需要很高的投资，如果没有得到充分的回报，就会给电网建设带来很大的不便，也难以获得有效的经济效益。小规模居民用电为电网投资带来了很大的难题，因此这些偏远地区用电问题必须依靠其他方法，如采用太阳能发电的方式。而且干旱偏远地区大多与海洋距离较远，晴天多、雨天少，太阳辐射能力很强，具有丰富的太阳能资源。因此，利用光伏发电，开发地下水资源成了最佳的途径。近年来，光伏设备成本不断降低，太阳能电池效率不断提升，为推广光伏水泵系统提供了有利条件。

为缓解能源危机，促进可再生能源的开发利用，国家将重点开发利用可再生能源作为优先发展重点领域，大力改善能源结构，减少环境污染，促进社会和经济的可持续发展。随着国家对“三农”问题的重视度日益提高，在我国一些干旱、缺水、缺电的地区，利用可再生能源提取地下水，使农田灌溉、人民生活用水有保证，还可以大大促进当地农业的发展和人民收入水平的提升，实现农业现代化发展。利用可再生能源开发和提取地下水资源，还可以及时解决能源问题，保护生态环境。

但是，所有地区的供电都保持在稳定的状态，在缺电、缺水地区，电力保持着并不正常的供应，大量农田难以服务电网建设，这就使一些水源与电网相距遥远。在这种情况下，供电、输电的距离增大，线路损耗不断加大，降低电动水泵的效率，水泵频频不出水，许多农户仍采取对环境污染十分严重的柴油机抽水灌溉，不仅消耗大量能源，而且严重污染环境。与上述水泵相比，光伏水泵不仅更加高效，还环保、节能、成本低，可以为广大农民排忧解难。光伏水泵系统在世界范围内的应用范围迅速扩大，尤其都是在一些发展中国家，光伏水泵的应用增长幅度很快，中国西部地区也开始不断推广光伏水泵系统。

3 光伏水泵发展趋势

光伏水泵系统全自动运行，无需人工值守。光伏扬水逆变器对系统的运行实施控制和调节，实现最大功率点跟踪，不仅可以保证太阳能电池更加耐用，还可以结合实际情况随时调整电池输出功率，合理利用能源，提高经济效益。由于目前一些光伏水泵的流量范围有限，可能会在流量过大的时候超出太阳能光伏电机功率，这样就无法保证光伏水泵是否实现有效运行。目前，针对光伏系统开发流量范围宽和高效区宽的专用光伏水泵不仅可以降低成本，还能够节约许多能源，实现经济的稳步提升［3］。

4 结语

若要进一步推广光伏水泵系统，则需不断加大研究力度，尤其对电机的研究与开发、水泵的性能研究方面均需不断创新，符合相关地区的实际情况，真正为农民解决问题，实现农业现代化发展。

［1］郑国，郑万新.基于开关磁阻电机光伏水泵系统模糊控制研究［J］.中国电力，2017（1）：146-150.

［2］万晓凤，康利平，余运俊，等.光伏水泵系统研究进展［J］.科技导报，2014（27）：76-84.

［3］刘家宏，徐鹤，王浩，等.太阳能光伏水泵提水灌溉修复草场的水资源要求［J］.干旱区资源与环境，2013（6）：20-25.