光伏提水技术研究与应用综述

光伏提水技术研究与应用综述

邓波1 ,陈坚1，罗红英1，曾振华2，商勇军2

（1 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072;

2 深圳兴耀华实业有限公司广东深圳518000）

摘要：光伏提水是涉及太阳能采集与变换、电力电子、电机、水泵等多门学科专业综合配套的一门新兴技术，它符合新能源战略发展的需要，因而倍受人们关注和重视。本文首先回顾了光伏提水技术的发展历程，介绍了近几年来国内外出现的几种有代表性的光伏提水装置，对他们的类型和系统结构进行了分析、归纳和总结，探讨了光伏提水技术在我国特别是干旱缺水地区推广利用的价值。

关键词：光伏提水；太阳能；研究与应用；综述

中图分类号：TV675 文献标志码：A

Summary on Application and Research

for Photovoltaic Water-Lifting Technology

DENG Bo1, CHEN Jian1, LUO Hong-ying1,

ZENG Zhen-hua2, SHANG Yong-jun2

（1 State Key Lab. of Water Resources and Hydropower Eng. Sci., Wuhan Univ.,

Wuhan Hubei 430072,

2 Shenzhen Xing yaohua Industrial Co., Ltd, Shenzhen Guangdong 518000, China）

Abstract: The PV water-shifting technology is a new kind of comprehensive technology which involves photovoltaic solar energy collection and transformation, electronics, motors, pumps. It meets the needs of the development of new energy strategy so much that it gets more and more attention. This paper reviews the development process of PV water pumping technologies, introduces some typical PV water pumping devices that have appeared at home and abroad in recent years, analyzes and summarizes their types and system structures, discusses the value of promotion of the PV water pumping technology in China ,especially in arid regions.

Key words: PV water pumping technology; solar energy; application and research; summary

光伏提水是近30年来迅速发展起来的一门新兴技术，其装置的核心是光伏水泵，是光机电一体化1设备，涉及电气、机械、电力电子、计算机、控制等多个学科，其工作原理是利用太阳能电池发出的电力，通过最大功率点跟踪器驱动直流永磁无刷电动机或高效异步电动机带动水泵，将水从地表深处提至地面供农田灌溉、人畜饮水或其他使用。

作者简介：陈坚（1950-），男，湖北咸宁人，教授，研究所所长，主要从事水利水电工程泵站方向研究。邓波（1984-）男，湖北武汉人，硕士研究生（*****************）,主要从事泵站优化方向研究。

罗红英（1970-）女，西藏林芝墨脱县人，讲师，硕士研究生（***************），主要从事动力及节水灌溉方向的研究和教学。

1 光伏提水技术的发展历程

光伏提水技术起步于上世纪70年代，1975年世界上第一台光伏水泵面世。但因太阳能电池价格昂贵，且技术上还不够成熟，只是作为一种尝试，在局部地区进行了试用。1981年世行通过论证认为光伏水泵有良好的发展前景，从而推动了大规模的研制和开发。此后，丹麦、美、英、德、日本等国都研制并推出了一批光伏水泵。与此同时，国内一些单位和企业相继开展了光伏产品的研制工作，并取得了较好的成绩。然而，进入80年代，由于“西方石油危机”的影响逐渐消退，直到本世纪初，光伏水泵的发展因经费投入不足而减缓，以致出现低谷。

尽管如此，研究尚未中断，特别是这一新技术的巨大投入，促使人们认真地去审视以往的研究计划和目标，调整重点，争取以较少的投入取得较大的成果。

上世纪90年代以来，由于大量燃烧矿物能源造成全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，1992年联合国召开了“世界环境与发展大会”，并通过了一系列的重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。

在节能与环保的国际背景下，近年来我国对此非常重视，中央和地方政府陆续颁布了一系列的新能源政策，使新能源产业在国内得到蓬勃发展，特别是各地光伏产业项目的陆续上马，为国内光伏提水技术的发展带来了利好。最直接的好处是太阳能级别的单晶硅和多晶硅价格不断下降，这给光伏提水技术的发展带来了更大的空间，因而也市场变得越来越活跃。

2 光伏提水技术研究现状

2.1 国内情况

我国光伏提水技术的研发工作起步于上世纪80年代初，其代表性产品有深圳大明生产的DHB和安徽日泉集团生产的NSP等系列光伏水泵。DHB和NSP系列光伏水泵也是国内最早的一代光伏水泵，其性能基本上能代表我国上世纪80、90年代的技术水平。

1、关于DHB系列光伏水泵

分漂浮泵和潜水泵两大类。DHB潜水泵的功率为420W，当最大扬程为30m时流量为1.3 m3/h。其主要技术特点：

（1）电源采用单晶硅电池方阵供电，电池费用约占整个光伏提水装置总价的3/4。

（2）逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换成交流电输出给三相交流异步电动机驱动水泵提水。为减少逆变过程的能耗、提高转换效率，采用逆变器使其具有自动跟踪电池随光照条件而变化的最大功率点。其装置能在恶劣的气候条件下工作，它的逆变效率略高于同时国外的知名产品。

（3）电动机限于当时直流无刷电机技术尚未成熟，所以该装置采用的是更廉价、技术更成熟、市场保有量较高的三相交流异步电动机。其优点是通用性好，性价比高。DHB光伏水泵在设计中进行了多种方案的计算比较，最后其电动机的效率达到0.73，略高于同类机组的国外知名品牌。

（4）磁性耦合器水泵与电机之间一般采用机械连接，而磁性耦合器的使用能减少机械损耗（约30W）、提高效率，而且将传统的适用于机械连接的动密封变为静密封，可解决动密封难以克服的渗漏问题。该机组采用上述装置后，性能得到改善。其磁性藕合器由含钕铁硼等稀土材料的高性能磁钢制成，并作了防腐处理。它分成主动耦合器和从动耦合器两部分，两者之间隔一套密封环。电机输出的转矩带动主动耦合器，从而驱动从动耦合器，并带动水泵提水。这种磁性耦合器不需要油脂润滑，能保护水质不受污染。

（5）水泵采用了专门针对光伏提水而设计的微型多级离心泵，它具有流量小、功率小