浅谈光伏跟踪灌溉系统

浅谈光伏跟踪灌溉系统

发表时间：2019-07-22T15:18:10.137Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：文高龙

[导读] 摘要：介绍了光伏灌溉系统的相关配置方案、设计方法及主要设备参数的计算方式。

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摘要：介绍了光伏灌溉系统的相关配置方案、设计方法及主要设备参数的计算方式。光伏灌溉系统是解决缺水、缺电地区灌溉用水问题的新方法，对农业灌溉、荒漠治理有很好的利用价值。

关键词：光伏；灌溉；设计

1、引言

光伏灌溉系统是将光伏技术与农业灌溉技术有机接合，利用太阳能为灌溉系统提供动力源，实现农业灌溉，有效达到节能、节水、农业增产、增收的目的，是一项具有广阔应用前景和巨大社会及经济价值的现代农业技术。

2、光伏灌溉系统的设计

光伏灌溉系统按照水泵电机类型可分为直流系统和交流系统，本文介绍利用交流水泵电机的光伏灌溉系统。光伏灌溉系统一般由太阳能光伏电池阵列、光伏水泵逆变器、光伏水泵及输水管道组成。光伏灌溉系统利用太阳能光伏电池阵列接收太阳光辐射能量，将其转换为直流电能，通过光伏水泵逆变器的交直流变换，驱动光伏水泵从深井、江、河、湖等水源地提水，再通过输水管道将水输送到目的地，以满足灌溉用水需求。光伏灌溉系统的基本组成如图1所示。

光伏灌溉技术属于太阳能光伏发电利用的前沿应用技术，与光伏并网发电技术和光伏离网发电技术都不相同。与光伏并网系统相比，光伏灌溉系统有独立的用电负载，可选择不进行并网发电；与光伏离网系统相比，光伏灌溉系统没有储电单元。

2.1 光伏水泵

光伏灌溉系统中选用的光伏水泵一般选择专用潜水泵。从液池中被抽吸上来又连续不断地从排出管流出。光伏水泵主要技术性能包括流量、扬程、功率等。

1）流量（Q），是指单位时间内所排出的液体的数量，通常泵的流量用体积计算。2）扬程（H），是指单位重量的液体通过泵所增加的能量，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。3）功率（P），指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率。即泵在一定流量和扬程下，动机单位时间内给予泵轴的功。选取电动机的输出功率大于轴功率。

在光伏灌溉系统设计时，首先要确定灌溉用水每天或每小时所需要的系统流量，以及系统所需要的工作扬程，从而确定所需要的光伏水泵的功率。当光伏水泵转速一定时，流量与扬程、流量与功率的关系，如图2所示。对于小功率光伏灌溉系统，尤其是3kW以下的，由于系统输入直流电压一般较低，所以多数采用220V/50Hz的交流光伏水泵。若功率大于5kW的光伏灌溉系统，多建议采用380V/50Hz的交流光伏水泵水泵。

2.2 光伏水泵逆变器

光伏水泵逆变器是将光伏阵列的直流电转换交流电并驱动光伏水泵工作的主要部件。光伏水泵逆变器的主回路示意图如图3所示。在光伏灌溉系统设计中，一般选用的光伏水泵逆变器的功率应当与光伏水泵功率相同，或略大于光伏水泵功率。

2.2.1 主要技术和功能要求

光伏水泵逆变器既不同于并网逆变器，又不同于离网逆变器，是一种新型的光伏逆变器应用方式，其技术要点和难点与离并网逆变器有很多相同的地方，也有很多不同的地方。

1）必须具备最大功率点跟踪技术（MPPT）。尤其在日照强度快速变化时跟踪效果要好。具备良好的最大功率点跟踪技术（MPPT），响应速度要快，运行稳定性要好，能够有效提高太阳能光伏阵列的太阳辐照能的利用率。

2）工作效率要高。光伏水泵逆变器的工作效率的高低对光伏灌溉系统提水能力的高低起到很重要的作用，而且也决定了太阳能光伏阵列所发直流电能利用率的高低。

3）带载能力要强。光伏水泵逆变器由于没有储电单元，光伏水泵逆变器应该具有良好的弱功率工作特性，应具有加入动态V/f曲线控制特性，以适应不同类型的水泵，提高启动阈值和弱功率下的输出转矩，保证光伏水泵在日照较差的情况下也可工作，最大限度利用太阳能光伏电池阵列发的电能。

4）具有完善的保护机制，如防雷、过压、欠压、过流、过载、自动打干识别、电机堵转、故障侦测、低日照、输出短路故障、输出缺相等保护功能。

5）上下水位检测与控制电路，能够根据系统需要设定相关参数，防止蓄水池溢水或水源地缺水等不利情况的出现。