湘西地區光伏水泵應用優缺點分析

李家浦 薛 輝

(湘西民族職業技術學院，湖南 湘西 416000)

湘西州位于云貴高原與鄂西山地的結合部，武陵山脈由東北向西南斜貫全境，地形復雜，交通不便。州內農作物多依山而種，梯田式的耕作方式是本地種植的特色。湘西州處于亞熱帶季風氣候帶，雨季降雨量充沛，但夏天時有炎熱少雨的情況發生。同時受地形的限制，偏遠貧困地區用電不便。某些地區依然采用人工或畜力背水的方式采集飲用水和灌溉水。課題項目研究將低洼處水源使用光伏水泵抽送到灌溉區域，著力減輕農民負擔，解決社會問題，同時實現農產品增產增收，為精準扶貧貢獻力量。

1 光伏水泵系統的構成及工作原理

1.1 光伏水泵系統的構成

1975年，第一臺光伏水泵問世。但因為太陽能電池技術的限制使用，使用范圍非常小。隨著30多年的發展進步，現在全世界已經投入使用的各種光伏水泵不計其數[1]。光伏水泵主要由光伏揚水逆變器、光伏陣列、追光系統、水泵等構成。在某些條件允許的地區，也可以在灌溉區修建蓄水池，將光伏陣列的電能用于水池蓄水，從而節省蓄電池的成本。光伏水泵系統可以分為直流光伏水泵系統和交流光伏水泵系統。直流光伏水泵系統將太陽能轉化為直流電，功率較小，一般用于小型灌溉場景。而交流光伏水泵系統中光伏揚水逆變器可以將直流電轉化為交流電，使輸出功率接近太陽電池陣列的最大功率，功率較強，一般用于大型或中型的灌溉用水場景。

1.2 光伏水泵系統與柴油水泵和電網供電水泵的成本對比

光伏水泵系統相比較于柴油水泵系統和電網供電水泵系統，在系統整體使用成本上有一定的優勢。假設三種水泵系統的水泵功率、功率因數、年運行時間都相同，光伏水泵與電機水泵年耗電量相同、3種水泵系統的水泵壽命也相同。電機水泵電網距離按1km計算，則需增加架設電網費用15萬元，電費按0.5元/kWh計算；柴油機油耗0.33L/kWh，柴油價格按6元/L計；光伏組件以10kw計算。通過計算，光伏水泵系統系統總投入為10萬元，柴油水泵系統系統總投入為20.567萬元，電網供電水泵系統總投入為23.246萬元，顯然光伏水泵系統在初投和運行成本方面相對于其他常用的兩種是有優勢的。

1.3 光伏水泵系統與柴油水泵在環境成本方面的對比

2017年10月18日，習近平同志在十九大報告中指出，堅持人與自然和諧共生。我國對大氣污染物的排放量高度重視，近年來不斷強調節能減排。與柴油水泵系統相比，光伏水泵系統在運行時處于零排放的狀態。而柴油機組在運行時會排放一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物以及顆粒物。柴油在運輸和使用的過程中出現泄漏，不僅會污染環境，遇火還會引發火災[2]。

2 光伏水泵系統應用方面的缺點

2.1 光伏水泵系統前期投入較大

“十一五”期間，國家電網農電系統大力實施“三新”農電發展戰略，著力推進農村電網建設與改造“戶戶通電”工程、新農村電氣化建設。隨著農村電網改造升級，光伏水泵系統在設備方面的優勢逐漸消失。原本的電網假設成本被國家以公益服務的方式分攤。電網供電水泵設備相對簡單，初投成本較低，為光伏水泵系統初投成本的1/3～1/15倍。

2.2 光伏水泵系統區域性較強

光伏水泵應用時有間歇性和隨機性，發電量與氣候條件有關，在晚上或陰雨天就不能或很少發電。同時能量密度較低，標準條件下，地面上接收到的太陽輻射強度1000W/M2。大規格使用時，對作物用地占用較多。在交通不便的貧困偏遠地區，建設費用也是一筆不小的支出。

2.3 光伏水泵系統的核心設備生產屬于高污染高能耗

光伏太陽能陣列的生產具有高污染、高能耗的特點。其制作過程十分復雜，要經過切片、清洗、制備絨面、周邊刻蝕、去除背面PN+結、制作上下電極、制作減反射膜、燒結、測試分檔等10步步驟。制作過程中本身要消耗大量的能源，其次晶體硅電池的制造過程也是高污染、高能耗的。

3 結語

具體到湘西地區，光伏水泵系統在山地輔助農作物種植方面，在經濟效益方面和環境效益方面對比常用的水泵系統都具有不小的優勢。但從服務地方經濟的角度，尤其是支持國家脫貧攻堅大政方針方面，光伏水泵系統如何使用還需要進一步的探討和研究。