摘 要：介紹了太陽能光伏發(fā)電提灌站工程應(yīng)用實例。運行結(jié)果表明，太陽能光伏發(fā)電的發(fā)電量能夠滿足提灌站的電力供應(yīng)要求，且運行穩(wěn)定。為農(nóng)業(yè)提灌的動力供應(yīng)開辟了新的能源來源，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；提灌站；電力供應(yīng)

選用新能源在農(nóng)村供電已經(jīng)得到廣泛研究。其中太陽能光伏發(fā)電運用在路燈照明、熱水器等設(shè)備上取得了良好成果，但是其在提灌站的運用目前還不夠成熟，我們根據(jù)實際工程——涼山州會理縣某鄉(xiāng)村太陽能光伏提灌站運行的結(jié)果，可以看到光伏發(fā)電的電量能夠滿足提灌站的電力供應(yīng)要求，符合生產(chǎn)配置。

四川會理縣屬于亞熱帶氣候，光熱資源十分豐富，年均日照2388小時。會理縣某鄉(xiāng)村缺水土地面積6000畝，缺水人口837戶3186人，隨著人口不斷增長，生活水平不斷提高，居民用水量必將大幅度增加，現(xiàn)農(nóng)村基本無供水設(shè)施，新建提灌站已成為首選。在提灌站選址附近基本沒有電網(wǎng)覆蓋，若長途架設(shè)供電線路，則投資大，施工難度也大的背景下，而太陽能光伏根據(jù)地理資源，保證了在不破壞環(huán)境的情況下滿足了提灌站的電量需求，同時供水也滿足《四川省農(nóng)業(yè)灌溉用水定額》，這將使太陽能光伏站在農(nóng)村的建設(shè)成為一種趨勢。

1 太陽能光伏發(fā)電

1893年法國某科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的“光生伏打效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”揭開了光伏發(fā)電的研究史，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。劉惠萍，劉惠雯等的計算數(shù)據(jù)看出，光伏發(fā)電的電量供應(yīng)是可以廣泛運用在用電設(shè)備上的。錢伯章的說明，我國的光伏發(fā)電成本接近常規(guī)發(fā)電成本價格，這揭示的是，我國光伏發(fā)電有望大規(guī)模運用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。

2 光伏提灌系統(tǒng)

2.1電氣接連圖

由電氣連接圖可以看出，該系統(tǒng)由太陽能電池板、光伏陣列、逆變器、水泵組成。

2.2 主要設(shè)備

2.2.1 太陽能電池板：通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。設(shè)計擬采用單晶硅太陽能光伏組件，因為其具有電池轉(zhuǎn)效率高，同等容量太陽能電池組件所占面積小等優(yōu)點，但實際設(shè)計選擇的是240WP多晶硅太陽能光伏組件，因為考慮作為給農(nóng)村水泵供電，在成本較低的前提下，多晶硅的商業(yè)化電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)能達到13%-15%，因此本組件選擇SYP240P太陽能多晶組件。SYP240P太陽能多晶組件的性能參數(shù)見表1。

十九片組件組成一個陣列，便于安裝與維修，選擇離地高度0.5米。地球是不斷運轉(zhuǎn)的，這樣勢必導(dǎo)致太陽的照射角度在不斷偏移，最佳的安裝方式是使光伏電池受光面始終正對太陽，讓光線垂直投向光伏電池。這樣的太陽能跟蹤系統(tǒng)有單軸跟蹤和雙軸跟蹤，擬采用的雙軸跟蹤可以相對于固定系統(tǒng)能多發(fā)出20%～25%的電力。雙軸跟蹤系統(tǒng)的支撐部分是由主體支柱、轉(zhuǎn)動支撐及鋼結(jié)構(gòu)支架組成，聯(lián)結(jié)部分由鋁型材及螺栓組成，傳動部分由蝸輪蝸桿、聯(lián)接桿件、減速器等組成，這對于材料的要求則很高，考慮到農(nóng)村建設(shè)經(jīng)濟效益，則實際選擇是的固定安裝的光伏陣列，由較簡便的輻射量計算經(jīng)驗公式

再由該鄉(xiāng)村的地理緯度、海拔高度得到太陽能光伏板年最佳傾角28度。陣列件的距離對電站的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率非常重要，錯誤的安裝會導(dǎo)致后排的太陽光被前排遮擋，吳永忠，鄒麗珺等的方法：

逆變器：一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。日照強度和環(huán)境溫度都會影響光伏陣列的功率輸出，因為必須通過逆變器的調(diào)節(jié)使光伏陣列輸出電壓趨近于最大功率點輸出電壓，光伏揚水逆變器不但能根據(jù)日照強度的變化實時地調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)最大功率點跟蹤（MPPT），而且能夠保證水泵的轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)光伏電池陣列以及提灌的水泵電機，本系統(tǒng)選擇PB37KH型揚水逆變器。PB37KH型揚水逆變器的性能參數(shù)見表2

2.2.3 水泵：輸送液體或使液體增壓的機械。由于太陽的輻射強度隨日、月、陰、晴等氣候因素的變化，因此光伏水泵的最高效率應(yīng)是針對某一地區(qū)的日、月、季、年等因素的平均效率，而不是通常水泵設(shè)計中要求的設(shè)計點、工況點的最高效率。光伏水泵又分控制（逆變）型光伏水泵與直流光伏水泵，本系統(tǒng)則是采用控制（逆變）型光伏水泵。根據(jù)日供水量以及揚程的需求，本系統(tǒng)原打算選擇的是CDL42-90輕型立式多級離心泵。CDL42-90輕型立式多級離心泵的性能參數(shù)見表3。

考慮到容積泵可以保證在發(fā)電量不斷變化的情況下一直出水，只是水量大小有變化，于是把CDL42-90輕型立式多級離心泵換成CDL42-90輕型立式多級容積泵，性能參數(shù)等與CDL42-90輕型立式多級離心泵一直，這里不再列出。

3 系統(tǒng)運行情況

僅這一套光伏提灌系統(tǒng)，會理縣該鄉(xiāng)村年發(fā)電量達到8.7萬千瓦時，替代柴油發(fā)電機和供電管網(wǎng)，該鄉(xiāng)村每年有效灌溉時間6個月（水稻和玉米各3個月）年新增灌溉用水151100M3解決800戶約4000人的安全飲水問題，解決1200頭大型牲畜的飲水問題，解決1074畝缺水土地的灌溉問題。

4 結(jié)論

（1）農(nóng)村供水矛盾日益突出，通過新建提灌站滿足缺水農(nóng)田的灌溉需求，而采用太陽能光伏提灌站，在利用了農(nóng)村有限的資源情況下，供水滿足《四川省農(nóng)業(yè)灌溉用水定額》，則為其他農(nóng)村地區(qū)做了示范性工程。

（2）從該工程實例中，可以看出太陽能光伏提灌站仍有很大的研究空間，例如尋找優(yōu)化材料來滿足光伏陣列的雙軸跟蹤系統(tǒng)支撐、轉(zhuǎn)動部分，畢竟農(nóng)村建設(shè)投資有限，而這一部分由于涉及材料學(xué)科，筆者學(xué)識有限，未敢進行過多深入；又比如光伏水泵，常用水泵均是多級離心水泵，而這里是考慮容積泵可以保證在發(fā)電量不斷變化的情況下一直出水，那么其他的應(yīng)用工程呢，是采用近年來迅速發(fā)展起來的光機電一體化系統(tǒng)的光伏水泵系統(tǒng)，還是采用這種更為普及的控制（逆變）型光伏水泵，這都是具有參考意義的?？偟膩碚f，光伏提灌站在目前是具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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作者簡介

段程威（1991-），男，湖南郴州人，研究生，西南交通大學(xué)土木學(xué)院。