淺析太陽能光伏提水技術在低緯高原地區的應用

楊國珍

【摘要】光伏提水是一種綜合性較強的新型能源技術，光伏提水的主要內容為對太陽能的采集以及太陽光的能源轉換，與光伏提水相關的學科有很多，例如電力電子技術、電機專業應用等。太陽能光伏提水技術符合我國的新型能源開發利用戰略，因此光伏提水技術受到了人們的關注。本文對太陽能資源以及地下水對光伏提水技術的影響進行了探究，并結合地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸的迪慶州維西縣康普鄉特殊地形進行光伏提水技術的應用前景分析，為當地住民的廣泛應用光伏提水技術提供了較為科學的參考依據。

【關鍵詞】太陽能；光伏提水；低緯高原地區；應用；探究

迪慶州維西縣康普鄉地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸，全鄉總面積449.6平方公里。全鄉境內除瀾滄江外還有8條河流。康普鄉三分之一的村民都居住在河的兩岸 然而他們的飲用水高山泉水都來自2080米以上的高海拔地區，所以一到冬季，臨近高海拔地區的水源水管就會結冰爆裂，這在很大程度上影響了老百姓的正常用水，而且作為貧困鄉，重復投資的資金都要向上級申請，困難很大。鑒于康普鄉境內河流眾多，基于本地的基本環境情況，要解決這一難題，可以考慮光伏提水工程。

1、光伏提水技術在低緯高原地區應用的必要性

光伏提水的基本原理是將太陽光的輻射轉變為電力能源，然后再用轉變的電力能源來驅動水泵來進行提水，在各種能源利用的技術中，光電技術的創新程度較高，并且較為先進，已經被認為是發展前景較高的一種新型能源技術，其優勢主要在于沒有能源消耗、可靠性較高并且不會污染環境。光伏提水技術使用的是最大功率跟蹤技術，這種技術在國際上可以被稱為先進技術，除了最大功率跟蹤技術之外，還用到了變頻控制技術、稀土永磁技術和水利學技術，這樣可以使光伏提水技術具備結構簡單、使用壽命長、發生故障的概率較低、工作效率高、弱光性好以及自動化程度高等優點。迪慶州維西縣康普鄉地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區的緯度較低，但是其地理特點為高原，其水源較為豐富，但是分布不均勻，其河谷較深，因此水資源的利用率較低。因為在三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區的住民較為分散，所以不適合建設大規模的供水工程，在這樣的地區供水工程的施工難度較大，并且所需的費用較高，由于其環境的特點，迪慶州維西縣康普鄉的春季以及冬季的引水工作較為困難，因此要選用一種較為先進、建設簡單、成本低并且應用范圍較廣的提水技術來解決當地居民用水困難這一難題，而太陽能光伏提水技術在這種環境下優勢較為突出，光伏提水技術可以就地應用，并且自動化的程度較高，同時符合低碳環保的建設原則。在地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區的迪慶州維西縣康普鄉應用太陽能提水技術可以很好的解決提水建設工程調控能力差、開發水資源工程難度大等實際問題。因為地區較為偏遠，其水利基礎建設情況較為落后，因此太陽能光伏提水技術在覆蓋電網難度大的偏遠地區有很大的利用價值，并且具備很好的發展前景。

2、太陽能光伏提水技術的適用區域

地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區的迪慶州維西縣康普鄉為太陽能資源豐富區，因此可以利用太陽能光伏提水來解決其供水基礎設施建設的問題。對于太陽能光伏技術的應用可以具體分為4大類。第一類是太陽能資源的最佳開發區域，每年這種區域的太陽光總體輻射大約在6000MJ/㎡·a左右，并且年日照時間要高于2300小時，其所占比例要在61%～53%的范圍內。第二類叫做較佳開發區，每年這種區域的太陽光總體輻射大概處于5500～6000MJ/㎡·a的范圍內，并且要求年日照時間不得低于整體的50%。第三類區域為可開發區，每年這種區域的太陽光總體輻射需要在5000～5500MJ/㎡·a，并且年日照時數不可過少，基本在2100小時徘徊，百分率要在45%～50%范圍內。第四類區域為一般區，一般區的年輻射低于5000MJ/㎡·a，其年日照數低于2100小時，并且所占比例小于40%。

3、太陽能光伏提水的系統原理以及設計

太陽能光伏提水技術的核心為以太陽能為能源的發電系統、提水工作系統以及逆變控制系統三個主要部分。其中所用到的各類太陽能組件的作用是將太陽光的輻射轉變為電力資源，再用電力資源來控制逆變器，通過逆變器實現直流電與交流電之間的轉換，然后應用逆變器來驅動水泵來進行提水工作，提上來的水通過進水管道再進入蓄水池，這樣不僅僅可以大大降低提水的勞動成本，提升提水工作的自動化程度，還可以對蓄水池進行實時的水位監測，做到水滿保護，還可以實現遠程控制，如果水源不能達到飲用水的水質標準則需要在光伏提水的系統中增加凈化水質的系統。太陽能光伏提水主要系統的需要進行設計的參數為控制逆變器、光伏組件、光伏水泵的功率數值及其配比。光伏提水系統所用到的電池的排列方式為串并聯，因為太陽能各類電池組件的基本配置有所差異，所以其電流參數、電壓參數以及功率參數都有相異之處。提水系統所使用到的電池組件性能必須要達到國家的規定標準，因為在光伏提水的系統中不設置用來儲能的電池，為了使光伏提水系統發揮出來工作效率，就要保證蓄水池有足夠大的面積，這樣可以將太陽能轉換位水勢能，用儲水的方式來進行儲能。所以一般要求蓄水池的水容量為日提水量的三倍大小。為了避免太陽能電池方陣支架被腐蝕，一般其電池方陣支架選用熱鍍鋅為材質的原材料。這種材料的電池支架抗風能力較強，在實際應用中，其支架的基礎一般選用水泥來進行澆筑。太陽能光伏提水系統所使用的水泵有很多種，其中性價比較高的為離心水泵，其價格較低、產生的噪音較小、體積小、外形美觀、質量小、使用便捷、維修方便，并且其密封性十分可靠。而柱塞泵相比下，其優點在于工作效率高，缺點是價格高、體積大并且運行發出的噪音較大。在對水泵進行選取時要根據工程預算來選用合適的水泵，選好合適的水泵后要使用逆變器變頻技術對其速度進行控制，這樣可以更好的使用水泵，還能保證水泵的使用壽命。為了使水泵可以工作的效率，在水泵的額定運行功率大于10KW時要選取雙泵聯動技術以及多泵聯動技術，這樣可以使光伏提水系統在光照不足的情況下自主切換到供單泵運行的方式，這樣可以大大的提升其工作效率。光伏提水系統中所使用的光伏逆變控制器的主要功能是對系統的調控，使太陽能電池提供的直流電源轉變為交流電源來為水泵的運行提供能量，還要按照日照情況的差異來調控其輸出頻率，這樣可以達到最大功率的點跟蹤。為了降低勞動費用，并且實現遠程監控和自動提水的目的，在逆變控制器中應當設置遠程控制模塊以及水位監測模塊，還要保證逆變控制器的功率在所選用的組件功率以及水泵功率之間。將光伏提水工程中的水泵功率和光伏功率進行優化可以降低提水工程的成本，經實踐發現，在地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區中應當將水泵功率和組件功率的比值控制在1.5～1.3之間，這樣可以在保證工程質量的前提下降低成本。

4、總結

地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區的迪慶州維西縣康普鄉為高海拔地區，大部分的居民都居住在河流兩岸，其水資源較為豐富，但是因為冬季的溫度過低，所以在冬季經常會出現水管結冰爆裂，基于這種情況，可以利用當地的太陽能資源來解決當地老百姓的用水問題，因此在迪慶州維西縣康普鄉使用太陽能光伏提水技術是一種可以用來改善當地的水利工程建設情況的途徑之一，這樣不僅僅可以提高人們的生活質量，還能推動當地的經濟發展。

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