10001030_中国光伏水泵系统现状及发展趋势

中国光伏水泵系统现状及发展趋势 Chinese Photovoltaic Pump Systems Present Situation and Developing Trend 刘祖明 1、2 、李杰慧 2、孙建平 2、李艳雄 2、李杰 2、金塍川 2、李景天 1、廖华 1、马逊 1、屈盛 2、3 、涂洁磊 1 Liu Zuming, Li Jiehui, Sun Jianping, Li Yanxiong, Li Jie,Jin Chengchuan, Li Jingtian, Liao Hua, Ma Xun, Qu Sheng, Tu Jielei （1、云南师范大学云南省农村能源工程重点实验室，2、云南卓业能源有限公司，3、云南民族大学物理与电子 技术学院） 作者简介刘祖明，教授、博导，从事光伏水泵系统、太阳电池及光伏电源研究。国家自然科学基金资助项目（编号51367019） 。Email zmliupv126.com 摘要本文叙述了中国光伏水泵系统研究及应用现状，总结了存在的问题及取得的成果，指出了未来的发展方 向。 关键词光伏水泵系统，系统评价，现状，发展趋势 一、前言 光伏水泵已经开始成为一种新型的光伏应用，并在云南、四川西部迅速发展，甚至在太阳能资源贫乏的贵 州都有强烈的应用需求，得到了当地政府及群众的热烈欢迎，成为脱贫致富不可或缺的提水技术。 光伏水泵应用中还存在一些问题，因为涉及到学科交叉，能很好掌握光伏水泵系统的企业非常少，建成的 系统大多数都存在很多问题，导致大家对光伏水泵技术成熟的担忧，特别是如何评价一个光伏水泵系统仍是特 别模糊的问题。也有少数单位致力于光伏水泵的发展，不断创新，涌现出许多新的技术，本文就这些问题和新 技术发展，结合自身的研发及工程实践谈一些体会。 二、光伏水泵系统的现状 我国自上世纪 1980 年代开始光伏水泵示范，自 1990 年代中期以合肥工大开始了自主研发，到本世纪 2010 年代开始进入了以云南卓业能源有限公司及云南师大为代表普及推广应用的新时代。 光伏水泵多用在海拔高差大，江河湖水源在低处需要提水的场合，光伏水泵系统与其他光伏应用相比存在 施工困难，学科交叉，需要把控的关键多的特点。存在问题主要是以下几个方面一是光伏水泵系统设计不合 理，可靠性很成问题。有的系统安装完成两年多都无法验收，很难改造，如有的将光伏方阵建在大树底下。二 是控制逆变技术几乎不懂，几乎没有控制的概念，系统效率很低，无法正常使用。三是选用水泵不合理，没有 根据水泵的特点来选用，盲目采用一些高效率的水泵，但长期的运行维护费用较高。四是光伏组件的匹配不合 理，有的配置很高，存在浪费，导致系统投资偏高；有的又匹配过低，导致水泵不能充分发挥作用。五是土地 占用问题。六是普遍的管理水平低下的问题。 在选用水泵方面有两类水泵可以使用直流泵和三相交流泵。一些小的系统，扬程低，流量小可以直接使 用直流泵，该泵控制简单，可以形成批量化的固定产品，不足之处是功率小、价格高，可挑选的种类少。三相 交流水泵是市场上最常见的水泵，该类水泵维修、维护和更换方便，价格低廉，是目前最常用的水泵。选用水 泵必须依据水源的情况、系统扬程等综合考虑，原则是长期的运行维护成本最低，同时系统的投资也合理。 光伏组件匹配的原则是能量守恒定律，需要考虑水泵最大消耗功率、环境因素及太阳辐射等综合情况，并 需要考虑光伏组件 25 年的正常衰减来合理配置，既要保障水泵充分发挥作用，同时也不造成浪费。 水泵及光伏组件都是非常成熟的产品，比较好把控，但太阳是变化的、不稳定的，有时候还变化很激烈， 对没有蓄电池的光伏水泵系统的控制成了系统的关键。控制不好，效率不高，浪费较大，严重时导致水锤效应， 对水泵及管道系统造成严重破坏。许多产品宣称具备最大功率跟踪，其实没有。目前有两类控制系统一是采 用单片机系列，具有造价低，控制精度高的优点，但抗干扰能力要弱一些；二是采用 PLC 控制，优点是抗干扰 能力强，但计算能力弱，控制精度差，价格高。我们在实践中完成了 6 代最大功率跟踪技术，目前的 MPPTSL 技 术较常规技术跟踪精度提高约 30，水锤发生的概率下降到原来的 1/6，极大提高了光伏水泵系统的性能。 由于提水扬程高、流量要求大，一般的批量光伏水泵产品已经不适应实际的需要，由于实际的工程千差万 别，专业的定制化产品将逐渐成为主流。光伏水泵系统技术和系统设计越来越重要，特别是把控关键环节取 水、过滤、水泵选择、管道、控制逆变器和光伏组件、蓄水池等，每个环节依据实际情况有一些基本要求，总 体设计原则是因地制宜、可靠性高、经济性好，今后的运行维护成本低。 随着光伏水泵系统的普及率提高，一些新的技术也得到了发展主要有轨道取水、漂浮取水及固定取水； 引水渠、沉沙池、旋转沉沙等过滤技术；双泵或多泵并联、串联泵技术、多种类型水泵综合应用等；高压、中 压和普通钢管、PE 管、耐压胶管等多种管道的使用。控制逆变器有单泵、双泵、单级多泵及多级多泵等，控制 要求不同，性能要求也有差别。光伏方阵在山区偏远地区安装，有时坡度大、方位不对，安装规模一般也不大， 不能采用大型光伏电站的技术，安装难度较大，如何设计支架及安装对经济性影响较大。 三、光伏水泵系统发展趋势 1、规模越来越大，要求技术越来越先进。 2、可靠性及自动化程度要求高。 3、定制化要求高 4、运行维护专业化