太陽能揚水系統(tǒng)典型設計方案
今天的世界各地,仍然有相當大一部分地區(qū)沒有電力供應,至今全球仍有三分之一的人面臨缺水問題。因為沒電,這些地方的人們面臨著生活困難、飲水困難、灌溉困難等問題。在無電力供應或者電力供應不可靠地區(qū),人們?nèi)匀皇褂弥裼捅贸樗L力提水、液壓抽水和人工搬運等傳統(tǒng)手段解決用水問題。
隨著科技尤其是光伏技術(shù)的發(fā)展,以及人們對用水量、水質(zhì)、供水系統(tǒng)可靠性和環(huán)境保護的綜合考慮和嚴格要求,光伏揚水系統(tǒng)憑借其易安裝、無需人工值守、低成本、零碳排放等優(yōu)點,越來越成為解決用水問題的首選方案。
一、光伏揚水系統(tǒng)主要構(gòu)成
光伏揚水系統(tǒng),亦稱太陽能光伏水泵系統(tǒng),整個系統(tǒng)由太陽能組件、光伏揚水逆變器,水泵、管道、蓄水池系統(tǒng)三部份組成。系統(tǒng)中省卻掉蓄電池儲能裝置,直接驅(qū)動水泵揚水,裝置可靠性高,減少系統(tǒng)投資成本。
(1)太陽電池組件
太陽電池陣列由多塊太陽組件串并聯(lián)而成,吸收日照輻射能量,將其轉(zhuǎn)化為電能,為整個系統(tǒng)提供動力電源。
(2) 揚水逆變器
光伏揚水逆變器是光伏揚水系統(tǒng)中最重要的設備,是系統(tǒng)的靈魂。光伏揚水逆變器對系統(tǒng)的運行實施控制和調(diào)節(jié),將太陽電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電,驅(qū)動水泵,并根據(jù)日照強度的變化實時地調(diào)節(jié)輸出頻率,實現(xiàn)最大功率點跟蹤,最大限度地利用太陽能。
(3)水泵、管道、蓄水池
其主要任務是抽水,送水和貯存水。
二、主要組成部件介紹
2.1、太陽能組件
太陽電池組件是將太陽光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿年柟獍l(fā)電裝置。根據(jù)用戶對功率和電壓的不同要求,制成太陽電池組件單個使用,也可以數(shù)個太陽電池組件經(jīng)過串聯(lián)(以滿足電壓要求)和并聯(lián)(以滿足電流要求),形成供電陣列提供更大的電功率。太陽電池的發(fā)電量隨著日照強度的增加而按比例增加。隨著組件表面的溫度升高而略有下降。隨著溫度的變化,電池組件的電流、電壓、功率也將發(fā)生變化,組件串聯(lián)設計時必須考慮電壓負溫度系數(shù)。
單晶硅組件效率高,平均效率為21%左右,價格比多晶貴10%左右,國內(nèi)比較出名的廠家有隆基硅。
多晶硅組件效率稍低,平均效率為19%左右,同內(nèi)比較出名的廠家有英利,天合,晶澳,尚德,昱輝等。
薄膜組件有很多種,銅銦鎵硒CIGS薄膜電池,效率達19.6%;碲化鎘CdTe薄膜電池效率達16.7%,硅基薄膜電池的效率為10.1%,主要生產(chǎn)廠家的漢能,尚越,龍焱等。
2.2、揚水逆變器
光伏揚水逆變器對系統(tǒng)的運行實施控制和調(diào)節(jié),將太陽能電池組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電,驅(qū)動水泵,并可以根據(jù)日照強度的變化實時地調(diào)節(jié)輸出頻率,實現(xiàn)最大功率點跟蹤。
2.3 、揚水泵
水泵由三相交流電機驅(qū)動,從深井或江河湖泊等水源中抽水,注入蓄水箱/池,或直接接入灌溉系統(tǒng)以及噴泉系統(tǒng)等。水泵根據(jù)工作原理主要分為兩大類:離心泵、容積泵。柱塞泵與齒輪泵、螺桿泵都屬于容積泵。靠離心力工作的是離心泵,典型結(jié)構(gòu)是葉輪、蝸殼結(jié)構(gòu)。靠封閉空間移動工作的是容積泵,即在入口端這個空間里裝上液體,然后從入口移動到出口,釋放液體,如此循環(huán)工作。容積泵的結(jié)構(gòu)形式很多,較常見的有:葉片泵、齒輪泵、螺桿泵、柱塞泵等等。
在光伏揚水系統(tǒng)中,水泵的選擇至關(guān)重要,它直接影響整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。光伏揚水系統(tǒng)中最常用的是潛水泵,具有應用范圍廣,調(diào)速范圍寬的特點,可以增加光伏揚水系統(tǒng)每天的工作時間和出水量;低揚程、大流量的需求用戶可以選擇自吸式水泵;高揚程、小流量的用戶可選擇容積式水泵。
三、方案設計
不同的地區(qū)、不同的客戶有不同的需求,所以,對于不同的需求,必然要進行不同的設計。設計的前提是在充分了解客戶需求的基礎(chǔ)上,給客戶最優(yōu)化的方案,最大限度的滿足客戶的使用需求。
3.1、選型步驟
(1)確定水泵揚程和流量:水泵進水位置到出水口的垂直距離為揚程,流量為日用水量。
(2)確定水泵功率:依據(jù)揚程、排量、出水口徑等。
(3)確定逆變器:逆變器功率是水泵電機功率1.1-1.3倍之間,
(4)確定組件容量:太陽能光伏組件的功率取逆變器功率的1.3-1.5倍之間。
(5)選擇線纜規(guī)格:依據(jù)逆變器與水泵之間的連接距離
3.2、獲取用戶需求
日需水量,揚程,井徑
在系統(tǒng)配置之前,應詳細了解客戶信息以便給出有效方案
例如:某客戶的信息如下;
A 井深約55米;揚程約48米;井徑約200mm;
B 需灌溉共75畝旱地,整個灌溉期共需水約27000方,灌溉持續(xù)6個月
C 灌溉器件本地平均日照約5小時/天
揚程指水泵能夠揚水的高度,通常用H表示,單位是m。
水泵揚程=靜揚程+水平輸送距離+損失揚程
靜揚程就是指水泵的吸入點和高位控制點之間的高差,如從深水井中抽水,送往高處的水箱。靜揚程就是指清水池吸入口和高處的水箱之間的高差;如圖,靜揚程為H1+H3;水平輸送距離如圖H2,一般計算揚程時,水平方向每10m算作1m的揚程;損失揚程通常為凈揚程的6~9%,如水管彎頭,水頭等,一般為1~2m。
(1)選擇揚水泵
根據(jù)已知的揚程、流量,反推出合適的水泵:300天抽水1000立方,當?shù)厝照諡?.5小時,系統(tǒng)效率算0.8.
揚程:110米
流量:1000/(300*0.8*3.5)=1.19m³/h。
選擇:瑞榮 R95-S-16,電機功率1.5KW,流程1.2m3/H,揚程115m
出水口徑25mm。
(2)選擇揚水逆變器
一般選擇比水泵大一個型號的逆變器,1.5KW的水泵,配2.2KW的逆變器,
(3) 選擇組件
組件設計為水泵的1.3-1.5倍,1.5*1.4=2.1KW,揚水逆變器工作電壓為200V-360V,可以選擇280W的組件,8塊串聯(lián),共2.24KW。
責任編輯:蔣桂云