太阳能提水系统

太阳能提水系统

可

行

性

研

究

报

告

河南华源光伏科技有限公司

2012.12.05

1 国外开发应用现状

联合国国际开发署(UNDP)、世界银行(WB)、亚太经社会(ESCAP)等国际组织部先后充分肯定了它的先进性与合理性,目前在这些国际组织的支持下,一些工业发达国家推出了一批光伏水泵产品，其中丹麦的一家公司在世界各地销售了数千台光伏水泵。目前，全世界已有数万台光伏水泵在各地运行。德国西门子公司基于近年在世界各地安装、试验、销售各种规格光伏水泵经验的基础上,得出的结论是：柴油机水泵初期投资低是其优点,但随着运行年数的增加,其运行维护费用将不断增加,每立方米水的成本将因此而逐年增长。光伏水泵的初期投资偏大是其缺点,但此后由于它的运行费用低和维护少或免维护等特点,其水的成本上升很缓慢,十年以后,柴油机水泵的水成本将是光伏水泵水成本的两倍还多,两者的盈亏平衡点约在三年左右。新疆新能源公司在塔克拉玛干沙漠进行的光伏扬水生态环境试验站也得到了相同的结论。印度在现有4000台光伏水泵的基础上,政府给予一定补贴计划再推广安装50000台(套)光伏水泵系统,每个系统的容量在1~5kW之间。

由于光伏水泵系统从技术上说是一个比较典型的"光、机、电一体化"系统,它涉及太阳能的采集、变换及电力电子、电机、水机、计算机控制等多个学科的最新技术,因此已被许多国家列为优先发展的高新技术和进一步发展的方向,中东、非洲有不少国家更是期望依藉太阳能水泵及省水微灌、现代化农业等新技术在地下水资源比较充裕的干旱地区把家园改造为绿洲。

光伏水泵与柴油机水泵相比具有相当良好的经济性。世界银行在盛产石油的中东地区(如阿联酋、约旦等国)作出了具有明确结论的经济性比较,就其每立方米的水价而言,光伏水泵的水价与柴油机水泵水价持平的系统功率约在40kW,由于近几年太阳电池及其它电子控制器件的降价,两者水价持平的功率在75kW左右.如果太阳电池的价格下降至3美元/wp,两者水价持平的功率在150kW~200kW左右。

光伏扬水系统与柴油机系统经济性比较：

光伏扬水系统

柴油机三相抽水系统

功率（KW）

10.9

5.5

组成部件成本（元）

222,776

11,528

配套成本（元）

66,833

450,000

维护成本（元）

97,344

1,801,698

总成本（元）

386,953

2,263,226

总抽水量（m3）

1,460,000

1,460,000

单位成本（元/m3）

0.265

1.55

2 国内开发应用现状

甘肃省科学院自然能源研究所将太阳能发电装置，成功地运用于抽水设备上，研制出太阳能光伏水泵，为西北山区农业灌溉解决了缺电难题。据甘肃省科学院自然能源研究所办公室主任张旦平介绍，目前四套太阳能光伏水泵样机已经过运行试验和技术测试，其各项技术性能均达到设计指标，其中两套已在甘肃定西投入使用，下一步将进行产业化生产和推广工作。太阳能电池中将光能转化为电能的装置称为"光伏器件"，太阳能光伏水泵就是利用"光伏器件"发的电作为普通潜水泵的电源，进行抽水灌溉作业，它将太阳能电池和潜水泵这两种设备成功地结合在了一起。这种水泵有三大优点：一是安装简便，可放置在手推车上，便于移动；二是使用寿命长，一块太阳能电池板使用寿命可达25年，一次性投入后，可以长久地使用；三是节约能源，它只需要阳光，不需消耗任何常规能源，西北山区日照充足，太阳能源丰富，是使用这种水泵的理想地区。张旦平说，长期以来，干旱少雨和缺水问题一直制约着西北山区农业生产和农村经济的发展，近年来，随着雨水集流工程等小水利的建设，西北山区在寻找水源方面发展很快，但由于电力基础设施建设滞后和电费负担过重，电力问题已成为这些地区农业灌溉的一大难题，太阳能光伏水泵的研制成功，使西北山区丰富的太阳能源得到充分利用，为解决这一难题提供了出路。

我国清华大学、合肥工业大学、浙江大学、西安交通大学、中科院电工所等多所高等

学校和国家级的科研院所在国家科委、国家科委、国家经贸委以及原机械工业部的支持下的科技攻关计划，目前已经达到了可以批量产业化生产的程度，其技术水平已经可和国外发达国家的产品水落石出平相媲美。从经济性的角度看，光伏水泵的运行成本已经证明大大低于柴油机水泵，由于近两年来国内外半导体太阳电池的不断降价，使光伏水泵相对于柴油机水泵的水价优势更加令人瞩目。除此之外，它还具有无人值守、高可靠性、和农作物的水蒸发量适配性好等到物有的优点。

上海禧龙太阳能科技有限公司成立于2006年，主要经营：光伏水泵、太阳能喷泉系统等应用新能源的产品，公司以中山大学电力电子及控制技术研究所为技术依托，在光伏水泵技术方面拥有多项专利，公司拥有自主研发的直流光伏水泵的自主知识产权，产品出口到非洲、亚洲多个国家。

目前国内知名光伏提水系统的厂家有深圳天源、安徽正荣太阳能等厂家。在北京还建成由德国提供的风能。太阳能热动力混合式水泵一台，功率为3kW。在90 年代，中国开展了光伏水泵的研究，先后试制成百瓦级和干瓦级光伏水泵，并建立了光伏水泵生产企业，能批量生产百瓦级光伏水泵。目前，中国研制的2.5kW 光伏水泵正在新疆运行。

西藏无水草场面积巨大，光伏水泵的潜在市场需求数量可观，很应用前景广阔，狮泉河、日土、改则、尼玛、扎囊等地建成6 座光伏水泵系统，总装机容量2 个多千瓦，除解决草场灌溉外，还解决了本地区的人畜饮水问题，结束了依靠人力背水的历史，极大的解放了劳动力。

3 太阳能提水系统设计开发

光伏水泵亦称太阳能水泵，近年来它愈来愈被人们确认是当今世界上阳光丰富地区，尤其是缺电无电的边远地区最具吸引力的供水手段，利用随处可取、取之不竭的太阳能实现高经济性和高可靠性的供水。水泵全自动地日出而作，日落而歇，无需人员看管，维护工作量可降至最低，是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源高技术产品。

光伏水泵系统是近若干年来迅速发展起来的光机电一体化系统，它利用太阳电池发出的电力，通过最大功率点跟踪以及变换、控制等装置驱动直流、永磁、无刷、无位置传感器、定转子双塑封电机或高效异步电机或高速开关磁阻电机带动高效水泵，将水从地表深处提至地面供农田灌溉或人畜饮用。从设计到制造涉及电气、机械、电力电子、计算机、控制等多个学科的近代技术，为发展现代农业、节能、环保等提供了极其良好的手段。本系统具有良好的长效经济性，特别是和常见的柴油机抽水相比较，具有压倒的经济性优势。发展这种新型环保节能产品无疑将会对发展产业、发展经济，特别是发展干旱地区的现代农业，带来巨大良好的经济效益和社会效益，它特别符合建设"资源节约型"及"环境友好型"社会的发展战略。光伏水泵利用太阳能，在无需任何外来能源的情况下可以机动灵活地用于农田灌溉、提供洁净人畜饮水、发展庭院经济、美化园区、构造彩色喷泉、为养鱼、养虾池增氧、海滨盐场供排水等。此外大量国际订货意向表明，这种高技术产品的国际市场前景令人十分鼓舞。光伏水泵系统作为一个刚刚崭露头角的产业，十分符合我国可持续发展的战略。

光伏水泵的初期投资偏大是其缺点，但此后由于它的运行费用低和少维护或免维护等特点，其水的成本上升很缓慢，10年以后，柴油机水泵的水成本将是光伏水泵水成本的两倍还多，两者的盈亏平衡点约在3年左右。

在边远社区，采用太阳光伏系统供电提水设备解决这些无电地区的人畜饮水和灌溉问题，是最理想的方式之一。一方面，中国西部边远地区太阳能资源丰富；另一方面，光伏提水设备无污染、无噪声，可靠性高，维护工作量极小。据中国国家水利部有关专家试验测评，在中国光伏提水成本小于0.2元/t，比柴油机提水成本低一半左右。而其可靠性远超过风力提