[科普中国]-太阳能杨水系统

简介

太阳能杨水系统是指利用太阳辐射能量转化为电力并驱动水泵进行抽水的系统。太阳能杨水系统在很多领域都有应用，例如农业节水灌溉、灌溉荒漠治理、水利抗旱提水、滴灌盐碱地改良、渗灌草原牧业、城市水景景观、村庄生活供水、海水淡化等领域。太阳能杨水系统既可充分利用太阳能资源和水资源，又可解决无电地区的人畜饮水和灌溉问题，具有成本低、无污染、无噪声、可靠性高、维护工作量极小等优点。

结构及工作原理太阳能杨水蓄水系统主要由太阳能发电光伏系统(包括太阳能电池板、铅酸蓄电池组、充电控制器以及电源线)、水泵、手推车、超声波测距开关等组成。太阳能电池板在接收光照时，其内部发生反应产生电能，然后通过充电控制器给蓄电池充电，把电能储存在蓄电池中，工作时，蓄电池放电，给水泵提供电能，带动水泵工作。采用超声波测距开关，利用超声波发射接收原理，使用集成的超声波传感器，利用单片机的中断功能，对液位进行实时检测，并控制水泵工作与停机，从而实现根据蓄水池水位高低自动泵水、蓄水1。

特点光伏发电系统全自动运行，无须人工值守；光伏扬水系统由太阳电池阵列、扬水逆变器及水泵构成，省却掉蓄电池之类的储能装置，以蓄水替代蓄电,直接驱动水泵扬水，可靠性高，同时大幅降低系统的建设和维护成本。

采用光伏扬水逆变器，根据日照强度的变化调节水泵转速，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率；当日照很充足时，保证水泵的转速不超过额定转速；当日照不足时，根据设定最低运行频率是否满足，否则自动停止运行。

水泵由三相交流电机驱动，从深井中抽水，注入蓄水箱/池，或直接接入灌溉系统。根据实际系统需求和安装条件，可采用不同类型的水泵进行工作。

可以根据地区、客户不同需求提供经济有效的解决方案。

布局为了使整个系统美观、实用、空间占用少、结构紧凑合理，考虑到加工、装配、拆卸和运输的方便性，应用产品设计的相关原理等因素，确定系统的总体布局。整个系统的连线方式为太阳能电池板、蓄电池、水泵皆与充电控制器相连，水泵与声波测距开关相连。由于水泵与声波测距开关之间的线较长，所以中间用一个绕线盘相连。为了使太阳能电池板、充电控制器、蓄电池、水泵之间线的使用尽可能短，将四者尽量靠近在一起，并与绕线盘一起放置在车架底部。这样整体结构也较为紧凑、重心不会太高，机器更加平稳。太阳能电池板放置在充电控制器的上方，其水平高度稍大于电池板宽度的一半，以便于太阳能电池板的自由翻转。扶手放置在较高一端的 U形支撑管架上， 连接处高度离车底大约 70 cm 多，为人手扶的平均高度。在未推行时，扶手处于悬挂状态，推行时将扶手提起，此时大概成水平状态，只要将小车稍微提起，就可以行走了。

系统优化单机系统优化单机系统是指系统中只有1台水泵以及与之配套的太阳电池阵列与扬水逆变器。系统设计的优化目标是在满足扬程和流量要求的前提下，尽可能减少太阳电池组件的使用量。根据日照强度的变化调节水泵转速：日照达到峰值时，水泵以额定转速运行，输出功率接近太阳电池阵列的最大功率；日照较充足时，水泵在低于额定转速的范围内以MPPT方式调速运行；当水泵转速低至流量为零时，系统停止工作（如下图）。因此，系统配置与传统的恒速运行方式有很大区别，需要根据扬程和流量的要求、当地的日照条件，进行优化设计：

确定平均日运行时间和水泵调速范围。

选择水泵的扬程和额定功率。

确定太阳电池组件的最大功率、工作电压以及接线方式。

多机系统优化多机系统是指系统中有多台水泵，可以采用单台大功率逆变器驱动多台水泵，也可采用多台功率相匹配的逆变器。在流量要求大的场合，多机系统的运行具有更大的灵活性。通过太阳电池阵列及水泵切换控制，日照充足时，所有水泵以MPPT方式运行；日照较弱时，关停部分水泵，太阳电池阵列集中为部分继续运行的水泵供电。在单机系统优化的基础上，水泵的调速范围能够得到进一步优化，始终处于高效运行状态。