光伏水泵應(yīng)用系統(tǒng)概述和對發(fā)展綠色大西北建設(shè)意義

光伏水泵系統(tǒng)的基本原理是利用太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，然后驅(qū)動各類電動機(jī)帶動水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有無噪聲、全自動、高可靠、供水量與蒸發(fā)量適配性好等許多優(yōu)點(diǎn)。計(jì)劃開發(fā)署、世界銀行、亞太經(jīng)社會等組織都先后充分肯定了它的性與合理性。目前在這些組織的支持下，*已有幾萬臺不同規(guī)格的光伏水泵在不同地區(qū)和國家運(yùn)行，特別是在亞、非、拉及中東等發(fā)展中國家，已為許多貧困地區(qū)的人民帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，加速這些地區(qū)的發(fā)展步伐。

伏水泵與柴油機(jī)水泵相比具有相當(dāng)良好的經(jīng)濟(jì)性。世界銀行在盛產(chǎn)石油的中東地區(qū)出了具有明確結(jié)論的經(jīng)濟(jì)性比較，就其每立方米的水價而言，光伏水泵的水價與柴油機(jī)水泵水價持平的系統(tǒng)功率約在40kW。由于近幾年太陽電池及其它電子控制器件的降價，兩者水價持平的功率在75kW 左右。德國西門子公司基于近年在世界各地安裝、試驗(yàn)、銷售各種規(guī)格光伏水泵經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，得出的結(jié)論是：柴油機(jī)水泵初期投資低是其優(yōu)點(diǎn)，但隨著運(yùn)行年數(shù)的增加，其運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用將不斷增加，每立方米水的成本將因此而逐年增長。新疆新能源公司在塔克拉瑪干沙漠進(jìn)行的光伏揚(yáng)水生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站也得到了相同的結(jié)論。

光伏水泵的初期投資偏大是其缺點(diǎn)，但此后由于它的運(yùn)行費(fèi)用低和少維護(hù)或免維護(hù)等特點(diǎn)，其水的成本上升很緩慢，10 年以后，柴油機(jī)水泵的水成本將是光伏水泵水成本的兩倍還多，兩者的盈虧平衡點(diǎn)約在3年左右。

在邊遠(yuǎn)社區(qū)，采用太陽光伏系統(tǒng)供電提水設(shè)備解決這些無電地區(qū)的人畜飲水和灌溉問題，是理想的方式之一。一方面，中國西部邊遠(yuǎn)地區(qū)太陽能資源豐富；另一方面，光伏提水設(shè)備無污染、無噪聲，可靠性高，維護(hù)工作量極小。據(jù)中國國家有關(guān)專家試驗(yàn)測評，在中國光伏提水成本小于0.2 元/t，比柴油機(jī)提水成本低一半左右。而其可靠性遠(yuǎn)超過風(fēng)力提水。隨著太陽電池價格的下降，光伏提水應(yīng)用前景更加廣闊。光伏水泵系統(tǒng)由４部分組成：:太陽電池組件、大功率點(diǎn)跟蹤/控制（逆變）器、電機(jī)和水泵系統(tǒng)。

電機(jī)和水泵

光伏水泵系統(tǒng)的一切措施都是為了能穩(wěn)定、可靠地多出水，或者說后都要落實(shí)在電機(jī)、水泵的工作上，它們往往構(gòu)成一個總成件，這個總成件要求有大限度的可靠性及率。對于光伏水泵而言，電機(jī)和水泵的搭配并不象常見的電機(jī)和水泵搭配那樣“隨便”，由于電機(jī)的功率等級、電壓等級在很大程度上受到太陽電池組件的電壓等級和功率等級的制約，因此對水泵揚(yáng)程、流量的要求被反映到電機(jī)上時，往往必須在兼顧太陽電池組件結(jié)構(gòu)的條件下專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。出于不同用戶的不同要求，光伏水泵用驅(qū)動電機(jī)有：不同電壓等級的傳統(tǒng)直流電動機(jī)，直流無刷永磁電動機(jī)，三相異步電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，磁阻電動機(jī)等。從目前的使用情況看，以三相異步電動機(jī)及直流無刷電動機(jī)為多，大功率系統(tǒng)仍以采用三相異步電動機(jī)為主。在進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)時要充分考慮到光伏水泵的具體運(yùn)行條件，主要是：變頻運(yùn)行、負(fù)載率早晚變化較大等。在這種情況下要力爭使電動機(jī)全日、全年的總平均效率為，它不象普通電動機(jī)那樣可以認(rèn)為它是一直處于具有恒定電壓的電源帶動下工作的。

光伏水泵系統(tǒng)中水泵的選擇與設(shè)計(jì)也甚有特點(diǎn)。根據(jù)用戶對流量、揚(yáng)程的不同要求，按經(jīng)濟(jì)性、可靠性大致可按以下原則選擇泵型：要求流量小、揚(yáng)程高的用戶，宜選用容積式水泵；要求流量較大，且揚(yáng)程也較高的用戶，宜選用潛水式電泵；需要流量較大，但揚(yáng)程卻較低的用戶，一般宜采用自吸式水泵電機(jī)和水泵。

光伏水泵系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，可以大規(guī)模應(yīng)用于西北地區(qū)

光伏水泵技術(shù)涉及到的學(xué)科領(lǐng)域比較多，從系統(tǒng)構(gòu)成的角度看，它不同于常規(guī)的“電源+水泵”，而是光、機(jī)、電、電力電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多機(jī)群控技術(shù)等學(xué)科的綜合。我國清華大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、中科院電工所等多所高等學(xué)校和的科研院所在國家科委、國家科委、國家經(jīng)貿(mào)委以及原機(jī)械工業(yè)部的支持下的科技攻關(guān)計(jì)劃，目前已經(jīng)達(dá)到了可以批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的程度，其技術(shù)水平已經(jīng)可和國外發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品水落石出平相媲美。從經(jīng)濟(jì)性的角度看，光伏水泵的運(yùn)行成本已經(jīng)證明大大低于柴油機(jī)水泵，由于近兩年來國內(nèi)外半導(dǎo)體太陽電池的不斷降價，使光伏水泵相對于柴油機(jī)水泵的水價優(yōu)勢更加令人矚目。除此之外，它還具有無人值守、高可靠性、和農(nóng)作物的水蒸發(fā)量適配性好等到物有的優(yōu)點(diǎn)。圖1給出了光伏水泵系統(tǒng)和柴油機(jī)水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的比較。

建設(shè)綠色大西北具有經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境多方面重要意義

適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)戰(zhàn)略重點(diǎn)西移

21世紀(jì)中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)將移向大西北，不僅礦產(chǎn)等原材料和煤、石油、天然氣等能源生產(chǎn)基地將移向西北地區(qū)，農(nóng)業(yè)、牧業(yè)也將把西北地區(qū)作為儔發(fā)展地區(qū)。

加快西北邊遠(yuǎn)地區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)肌貧步伐

西北地區(qū)大部分是我國的邊遠(yuǎn)地區(qū)和少數(shù)民族聚居地區(qū)。由于自然條件差，歷*漢族與少數(shù)民族之間的不平等，西北地區(qū)的社會發(fā)展一直落后于東部地區(qū)，加快發(fā)展西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)，消除貧困，對于穩(wěn)定和平衡發(fā)展具有重要意義。

西北貧困地區(qū)的首要問題是水的問題。在西北一些嚴(yán)重干旱地區(qū)，至今連飲水問題都還沒有*解決，貧困程度可想而知。在可利用草地面積中，有30％因?yàn)槿狈θ诵箫嬎茨芾谩?yīng)用光伏水泵對于解決這些貧困地區(qū)的飲用水和農(nóng)牧業(yè)用水具有特別重要的意義。

有利于改善西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境

由于人為破壞和不合理開發(fā)活動，使本來就很脆弱的生態(tài)環(huán)境日益惡化，水上流失、森林減少、土地沙化、鹽堿化、荒漠化、物種減少等生態(tài)環(huán)境問題越來越嚴(yán)重。推廣應(yīng)用光伏水泵技術(shù)，合理開發(fā)水、土等資源，建設(shè)綠色大西北，對于改善西北乃至全國的生態(tài)環(huán)境都有極其重要的意義。

西北地區(qū)水資源可以滿足需要

水資源是指可更新補(bǔ)充可永續(xù)利用的淡水資源，屬于可再生資源。水資源總量包括河川面只的32%,水資源為全國的8%,因此從總體上看西北地區(qū)水資源非常貧乏.二是地下水資源相對豐富,地下水在水資源總量口的比例高達(dá)45%,因此在西北地區(qū)水資源中,地下水占有十分重要的地位。三是地下水資源大部分分布在山前平原地帶，主要如祁連山、天山、昆侖山山前地帶。對這些地帶而言，地下水資源是豐富或比較豐富的。而這些地帶正是可耕土地和人口集中分布的地帶，是主要經(jīng)濟(jì)帶。

改善生態(tài)環(huán)境

應(yīng)用光伏水泵和節(jié)水灌溉技術(shù)可以在沙漠中大面積植樹造林，大大提高造休成活率，促進(jìn)三6北防護(hù)林建設(shè)． 擴(kuò)大41M面積和人工草地面積，可以防止土地退化、沙化將為減入顯著.大于20年的費(fèi)用2萬圓,按照20年算的效益更加顯著。

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