【专业方案】太阳能扬水系统典型设计方案

今天的世界各地，仍然有相当大一部分地区没有电力供应，至今全球仍有三分之一的人面临缺水问题。因为没电，这些地方的人们生活困难，饮水困难，灌溉困难。。。。。。

在无电力供应或者电力供应不可靠地区，人们仍然使用着柴油泵抽水、风力提水、液压抽水和人工搬运等传统手段解决用水问题。。。。。。

随着科技尤其是光伏技术的发展，以及人们对用水量、水质、供水系统可靠性和环境保护的综合考虑和严格要求，光伏扬水系统凭借其易安装、无需人工值守、低成本、零碳排放等优点，越来越成为解决用水问题的首选方案。

一、光伏扬水系统主要构成

光伏扬水系统，亦称太阳能光伏水泵系统,整个系统由太阳能组件、光伏扬水逆变器，水泵、管道、蓄水池系统三部份组成。系统中省却掉蓄电池储能装置，直接驱动水泵扬水，装置可靠性高，减少系统投资成本。

 

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或 110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：

 

（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

 

（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

 

（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

 

（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。

(1) 太阳电池组件

太阳电池阵列由多块太阳组件串并联而成，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。

(2) 扬水逆变器

光伏扬水逆变器是光伏扬水系统中最重要的设备，是系统的灵魂。光伏扬水逆变器对系统的运行实施控制和调节，将太阳电池阵列发出的直流电转换为交流电，驱动水泵，并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，最大限度地利用太阳能。

(3)水泵、管道、蓄水池

其主要任务是抽水，送水和贮存水。

二、主要组成部件介绍

 

2.1、太阳能组件

太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。根据用户对功率和电压的不同要求，制成太阳电池组件单个使用，也可以数个太阳电池组件经过串联（以满足电压要求）和并联（以满足电流要求），形成供电阵列提供更大的电功率。太阳电池的发电量随着日照强度的增加而按比例增加。随着组件表面的温度升高而略有下降。随着温度的变化，电池组件的电流、电压、功率也将发生变化，组件串联设计时必须考虑电压负温度系数。

单晶硅组件效率高，平均效率为21%左右，价格比多晶贵10%左右，国内比较出名的厂家有隆基硅。

多晶硅组件效率稍低，平均效率为19%左右，同内比较出名的厂家有英利，天合，晶澳，尚德，昱辉等。

薄膜组件有很多种，铜铟镓硒CIGS薄膜电池，效率达19.6%；碲化镉CdTe薄膜电池效率达16.7%，硅基薄膜电池的效率为10.1%，主要生产厂家的汉能，尚越，龙焱，易达等。

2.2、扬水逆变器

光伏扬水逆变器对系统的运行实施控制和调节，将太阳能电池组件发出的直流电转换为交流电，驱动水泵，并可以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。

2.3 、扬水泵

水泵由三相交流电机驱动，从深井或江河湖泊等水源中抽水，注入蓄水箱/池，或直接接入灌溉系统以及喷泉系统等。水泵根据工作原理主要分为两大类：离心泵、容积泵。柱塞泵与齿轮泵、螺杆泵都属于容积泵。靠离心力工作的是离心泵，典型结构是叶轮、蜗壳结构。靠封闭空间移动工作的是容积泵，即在入口端这个空间里装上液体，然后从入口移动到出口，释放液体，如此循环工作。容积泵的结构形式很多，较常见的有：叶片泵、齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵等等。

 

在光伏扬水系统中，水泵的选择至关重要，它直接影响整个系统的经济性和稳定性。光伏扬水系统中最常用的是潜水泵，具有应用范围广，调速范围宽的特点，可以增加光伏扬水系统每天的工作时间和出水量；低扬程、大流量的需求用户可以选择自吸式水泵；高扬程、小流量的用户可选择容积式水泵。

 

 

三、方案设计

 

不同的地区、不同的客户有不同的需求，所以，对于不同的需求，必然要进行不同的设计。设计的前提是在充分了解客户需求的基础上，给客户最优化的方案，最大限度的满足客户的使用需求。

 

3.1、选型步骤

 

（1）确定水泵扬程和流量：水泵进水位置到出水口的垂直距离为扬程，流量为日用水量。

（2）确定水泵功率：依据扬程、排量、出水口径等。

（3）确定逆变器：逆变器功率是水泵电机功率1.1-1.3倍之间，

（4）确定组件容量：太阳能光伏组件的功率取逆变器功率的1.3-1.5倍之间。

（5）选择线缆规格：依据逆变器与水泵之间的连接距离

 

3.2、获取用户需求

 

日需水量，扬程，井径

在系统配置之前，应详细了解客户信息以便给出有效方案

例如：某客户的信息如下;

A 井深约55米；扬程约48米；井径约200mm；

B 需灌溉共75亩旱地，整个灌溉期共需水约27000方，灌溉持续6个月

C 灌溉器件本地平均日照约5小时/天

关于扬程

 

 

扬程指水泵能够扬水的高度，通常用H表示，单位是m。

水泵扬程=静扬程+水平输送距离+损失扬程

静扬程就是指水泵的吸入点和高位控制点之间的高差，如从深水井中抽水，送往高处的水箱。静扬程就是指清水池吸入口和高处的水箱之间的高差；如图，静扬程为H1+H3；水平输送距离如图H2，一般计算扬程时，水平方向每10m算作1m的扬程；损失扬程通常为净扬程的6～9％，如水管弯头，水头等，一般为1～2m。

（1)选择扬水泵

根据已知的扬程、流量，反推出合适的水泵：300天抽水1000立方，当地日照为3.5小时，系统效率算0.8.

扬程：110米

流量：1000/（300*0.8*3.5）=1.19m³/h。

选择：瑞荣 R95-S-16，电机功率1.5KW，流程1.2m3/H，扬程115m

出水口径25mm。

(2)选择扬水逆变器

一般选择比水泵大一个型号的逆变器，1.5KW的水泵，配2.2KW的逆变器，

（3） 选择组件

组件设计为水泵的1.3-1.5倍，1.5*1.4=2.1KW，扬水逆变器工作电压为200V-360V，可以选择280W的组件，8块串联，共2.24KW。

 

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供电保障系统主要采用太阳能（风光互补）供电，《森林防火视频监控系统技术规范》要求，前端系统供电功率不小于200W，备电时间不小于72小时，不低于-40摄氏度环境下正常工作，配备稳压设备控制输出电压波动范围，配备三级浪涌防雷保护以及剩余电流保护装置，并建立设备防盗监控系统，能进行声光报警，防雷接地符合相关国家规范标准。