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太阳能扬水系统典型设计方案

  • 2019-03-19
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  • 太阳能扬水系统典型设计方案

     穆玉蓉  2018-05-19

    今天的世界各地,仍然有相当大一部分地区没有电力供应,至今全球仍有三分之一的人面临缺水问题。因为没电,这些地方的人们生活困难,饮水困难,灌溉困难。。。。。。

    在无电力供应或者电力供应不可靠地区,人们仍然使用着柴油泵抽水、风力提水、液压抽水和人工搬运等传统手段解决用水问题。。。。。。

    随着科技尤其是光伏技术的发展,以及人们对用水量、水质、供水系统可靠性和环境保护的综合考虑和严格要求,光伏扬水系统凭借其易安装、无需人工值守、低成本、零碳排放等优点,越来越成为解决用水问题的首选方案。

    一、光伏扬水系统主要构成

    光伏扬水系统,亦称太阳能光伏水泵系统,整个系统由太阳能组件、光伏扬水逆变器,水泵、管道、蓄水池系统三部份组成。系统中省却掉蓄电池储能装置,直接驱动水泵扬水,装置可靠性高,减少系统投资成本。

    (1) 太阳电池组件

    太阳电池阵列由多块太阳组件串并联而成,吸收日照辐射能量,将其转化为电能,为整个系统提供动力电源。

    (2) 扬水逆变器

    光伏扬水逆变器是光伏扬水系统中最重要的设备,是系统的灵魂。光伏扬水逆变器对系统的运行实施控制和调节,将太阳电池阵列发出的直流电转换为交流电,驱动水泵,并根据日照强度的变化实时地调节输出频率,实现最大功率点跟踪,最大限度地利用太阳能。

    (3)水泵、管道、蓄水池

    其主要任务是抽水,送水和贮存水。

    二、主要组成部件介绍

    2.1、太阳能组件

    太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。根据用户对功率和电压的不同要求,制成太阳电池组件单个使用,也可以数个太阳电池组件经过串联(以满足电压要求)和并联(以满足电流要求),形成供电阵列提供更大的电功率。太阳电池的发电量随着日照强度的增加而按比例增加。随着组件表面的温度升高而略有下降。随着温度的变化,电池组件的电流、电压、功率也将发生变化,组件串联设计时必须考虑电压负温度系数。

    单晶硅组件效率高,平均效率为21%左右,价格比多晶贵10%左右,国内比较出名的厂家有隆基硅。

    多晶硅组件效率稍低,平均效率为19%左右,同内比较出名的厂家有英利,天合,晶澳,尚德,昱辉等。

    薄膜组件有很多种,铜铟镓硒CIGS薄膜电池,效率达19.6%;碲化镉CdTe薄膜电池效率达16.7%,硅基薄膜电池的效率为10.1%,主要生产厂家的汉能,尚越,龙焱等。

    2.2、扬水逆变器

    光伏扬水逆变器对系统的运行实施控制和调节,将太阳能电池组件发出的直流电转换为交流电,驱动水泵,并可以根据日照强度的变化实时地调节输出频率,实现最大功率点跟踪。

    2.3 、扬水泵

    水泵由三相交流电机驱动,从深井或江河湖泊等水源中抽水,注入蓄水箱/池,或直接接入灌溉系统以及喷泉系统等。水泵根据工作原理主要分为两大类:离心泵、容积泵。柱塞泵与齿轮泵、螺杆泵都属于容积泵。靠离心力工作的是离心泵,典型结构是叶轮、蜗壳结构。靠封闭空间移动工作的是容积泵,即在入口端这个空间里装上液体,然后从入口移动到出口,释放液体,如此循环工作。容积泵的结构形式很多,较常见的有:叶片泵、齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵等等。


    在光伏扬水系统中,水泵的选择至关重要,它直接影响整个系统的经济性和稳定性。光伏扬水系统中最常用的是潜水泵,具有应用范围广,调速范围宽的特点,可以增加光伏扬水系统每天的工作时间和出水量;低扬程、大流量的需求用户可以选择自吸式水泵;高扬程、小流量的用户可选择容积式水泵。

    三、方案设计


    不同的地区、不同的客户有不同的需求,所以,对于不同的需求,必然要进行不同的设计。设计的前提是在充分了解客户需求的基础上,给客户最优化的方案,最大限度的满足客户的使用需求。


    3.1、选型步骤


    1)确定水泵扬程和流量:水泵进水位置到出水口的垂直距离为扬程,流量为日用水量。

    2确定水泵功率:依据扬程、排量、出水口径等。

    3确定逆变器:逆变器功率是水泵电机功率1.1-1.3倍之间,

    4)确定组件容量:太阳能光伏组件的功率取逆变器功率的1.3-1.5倍之间。

    5)选择线缆规格:依据逆变器与水泵之间的连接距离


    3.2、获取用户需求


    日需水量,扬程,井径

    在系统配置之前,应详细了解客户信息以便给出有效方案

    例如:某客户的信息如下;

    井深约55米;扬程约48米;井径约200mm

    需灌溉共75亩旱地,整个灌溉期共需水约27000方,灌溉持续6个月

    灌溉器件本地平均日照约5小时/

    关于扬程

    扬程指水泵能够扬水的高度,通常用H表示,单位是m

    水泵扬程=静扬程+水平输送距离+损失扬程

    静扬程就是指水泵的吸入点和高位控制点之间的高差,如从深水井中抽水,送往高处的水箱。静扬程就是指清水池吸入口和高处的水箱之间的高差;如图,静扬程为H1+H3;水平输送距离如图H2,一般计算扬程时,水平方向每10m算作1m的扬程;损失扬程通常为净扬程的69%,如水管弯头,水头等,一般为12m

    (1)选择扬水泵

    根据已知的扬程、流量,反推出合适的水泵:300天抽水1000立方,当地日照为3.5小时,系统效率算0.8.

    扬程:110

    流量:1000/300*0.8*3.5=1.19m³/h

    选择:瑞荣 R95-S-16,电机功率1.5KW,流程1.2m3/H,扬程115m

    出水口径25mm

    (2)选择扬水逆变器

    一般选择比水泵大一个型号的逆变器,1.5KW的水泵,配2.2KW的逆变器,

    (3) 选择组件

    组件设计为水泵的1.3-1.5倍,1.5*1.4=2.1KW,扬水逆变器工作电压为200V-360V,可以选择280W的组件,8块串联,共2.24KW

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