太阳能光伏提水系统在内蒙古农牧区的 应用

赵恺、赵博文、郝嘉伟、杨茂荣

内蒙古华德新技术有限公司 010020 内蒙古自治区呼和浩特市

【摘要】本文介绍了太阳能光伏提水系统的构成、工作原理及特点，列出了太阳能光伏提水系统设备的选择要求，分析了太阳能光伏提水系统的经济性、安全可靠性、智能化全自动控制的便捷性。并将该系统在内蒙古某地（坐标为北纬43°20′，东经110°21′）进行了应用。实践证明太阳能光伏提水系统的可行性，为解决广大缺水地区农牧民生产、生活用水提供了新的有效途径。

【关键字】太阳能 提水

随着人类经济、社会的高速发展，人们对饮水的安全问题重视极深。但边境牧区草场面积大、牧户居住分散、人均投资成本高，加之受地下水资源匮乏、水源水质不达标、净化水设备投入成本高等问题的制约，部分地区的人、畜饮水问题还没有得到解决。为从根本上解决这一问题，太阳能光伏提水系统越来越得到人们的广泛认可。

太阳能光伏提水系统的构成、工作原理及特点

一、太阳能光伏提水系统的构成、工作原理

太阳能光伏提水系统主要由光伏组件、智能型控制器、蓄电池、水泵、饮水槽、液位计及融冰器构成。

其工作原理是利用光伏组件将太阳能转换为电能，驱动储水窖内的水泵提水至饮水槽供牲畜饮水，同时电能在智能型控制器的有效控制下为蓄电池充电，以便在无阳光的情况下控制器能够利用蓄电池中存储的电能驱动水泵进行提水作业。系统构成如图1所示：

图1：太阳能光伏提水系统构成原理图

二、太阳能光伏提水系统的特点

太阳能光伏提水系统是经济、环保型供水装置,没有能耗,灵活便捷,可无人值守,全自动完成提水作业。在提水成本上与发电机提水和电力提水相比是最经济的提水方法。其系统结构整体设计稳固耐用、安全可靠、因地制宜、操作简便。

太阳能光伏提水系统设备的选择

一、单晶硅太阳能电池组件

（一）单晶硅太阳能电池组件技术参数

1 标准功率：200W

2 电压：24V

3 功率偏差：正偏差1%

4 工作温度：-40℃--+85℃

5 25年衰减率：10%

（二）单晶硅太阳能电池组件执行的技术标准

IEC 61215: 2005 地面用晶体硅光伏组件.设计鉴定和定型

IEC 61730-2: 2004 光伏组件安全鉴定-第二部分：测试要求

（三）单晶硅太阳能电池组件的可靠性、稳定性及安全性

单晶硅太阳能电池，吸收太阳光能力强，供电稳定可靠，外表美观、整洁，板面均匀、平整度好，具有良好的电绝缘性能，同时具有足够的机械强度，能够经受住自然灾害（如冰雹等）的打击力。

（四）单晶硅太阳能电池组件的易维护性及使用寿命

单晶硅太阳能电池，密封性能良好，能够防风、防水、隔绝大气条件下对太阳能电池片的腐蚀。在多尘及雨雪天气时，及时将太阳能电池表面的灰尘清理即可。以保证太阳能电池达到满负荷工作。

工作寿命长是它的主要特点，太阳能电池组件在自然条件下能够使用25年以上。

二、太阳能光伏提水系统控制器

（一）太阳能光伏提水系统控制器技术参数

1 适配太阳能电池功率：400Wp

2 适配蓄电池、直流水泵额定电压：24V

3 适配直流水泵额定功率：200W

4 工作环境温度：-30℃--+50℃

（二）太阳能光伏提水系统控制器执行的技术标准

GB/T 19064-2003 家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法

（三）太阳能光伏提水系统控制器的可靠性、稳定性及安全性

太阳能光伏提水系统控制器，具有过充、过放、短路、独特的防反接保护，充满、过放自动关断、恢复等全自动控制，以上保护均不损坏任何部件，不烧坏保险。具有很强的可靠性、稳定性及安全性。

（四）太阳能光伏提水系统控制器的易维护性及使用寿命

太阳能光伏提水系统控制器，具有详细的充电指示、负载及各种故障指示，让用户时刻了解系统设备运行状态，使用简单，维护方便。所有控制全部采用工业级芯片，满足在低温、高温、潮湿环境下可靠运行。

三、蓄电池

（一）蓄电池技术性能参数

1 标准容量：100Ah

2 电压：12V

3 功率偏差：正偏差1%

4 工作温度：-5℃～25℃之间

（二）蓄电池性能、质量特点

1 密封反应效率高

阀控密闭蓄电池选用新型进口优质AGM(超细玻璃棉)隔板，采用贫液式设计，负极选用铅钙锡多元合金铸造板栅，提高负极的析氢过电位，从而抑制氢气的析出，以及高效的再化合，严格控制了失水速度。极柱采用多层O型密封圈高压密封，不会出现端子渗液现象。所以，在电池的整个使用寿命期问，不用加酸、加水和测量电解液的比重。

2 安装使用方便

电池具有良好的密封反应性能，使用过程中无酸雾析出，不腐蚀设备，不污染环境，可随设备安装使用，达到环保无污染要求。

3 蓄电池的技术标准

GB/T 19638.2－2005固定型阀控密封式铅酸蓄电池

4 蓄电池的可靠性、稳定性及安全性

（1） 循环耐久能力强、寿命长

针对太阳能光伏提水系统循环使用特点，阀控密闭蓄电池正负极板优化设计，正极板栅采用子母板栅结构，加厚设计，正板栅采用耐腐蚀铅钙锡多元合金；长寿命四碱式硫酸铅技术，进口美国新型AGM隔板，电池使用寿命长。在正常使用条件下，阀控密闭蓄电池设计服务寿命为3—5年。

（2） 自放电小

选用优质合金配方，超纯原辅材料和清洁的工艺环境，使阀控密闭蓄电池自放电极小，每月自放电率≤1.5％，满足风/光互补系统天气多变的要求。

（3） 正负极板优化设计

优质正板栅合金配方，独有的电池化成工艺，使电池具有可靠的高性能，既可循环使用，又可浮充使用。

四、直流水泵

（一）直流水泵技术参数

1 直流水泵额定功率：200W

2 直流水泵额定电压：24V

3 流量：1m³/h

4 扬程：8m

5 使用环境温度：-30℃～+50℃

（二）直流水泵技术性能、质量特点

1 长寿命的稀土直流无刷电机。

2 电机壳、转轴花键均为防腐蚀性不锈钢材料。

3 各止口采用O型橡胶圈密封，轴伸采用橡胶骨架油封密封。

4 独特的抗沙装置。

5 水润滑轴承。

6 采用叶轮提水机构。

7 短期电机反转无忧设计。

8 水泵采用不锈钢材料制成，结构紧凑，耐磨损，防锈无污染、外观美观。

9 防护等级：IP20安装方便。

（三）直流水泵执行的技术标准

GB/T 2817-1991 井用潜水泵技术条件。

（四）直流水泵的先进性

直流水泵，通过电子换向，无需使用碳刷，磁体转子和定子矽钢片都有多级磁场，当磁体转子相对定子旋转一个角度后会自动改变磁极方向，使转子始终保持同级排斥，从而使无刷直流磁力隔离泵有较高的转速和效率。具有体积小、效率高、功耗低的先进性。

（五）直流水泵的可靠性、稳定性及安全性

直流水泵，电机壳、转轴花键均采用防腐蚀性不锈钢材料。各止口采用O型橡胶圈密封，轴伸采用橡胶骨架油封密封，防护等级达到IP20安装方便。

（六）直流水泵的易维护性及使用寿命

直流水泵，采用独特的抗沙装置，工作温度宽泛，免维护，使用寿命长。

太阳能光伏提水系统的应用

以内蒙古某地（坐标为北纬43°20′，东经110°21′）为安装地点，安装设备清单如表1所示，进行安装。

表1：安装设备清单

安装完成后，实验人员在牧民家中实现了户内1键供水；户外牲畜饮水槽自动控制水位等试验。从而得出结论，太阳能光伏提水系统可从根本上改善了农牧区居民的生活和生产条件。

结论

太阳能光伏提水系统，可大幅提高农牧区供水保证率和用水方便程度，从根本上改善农牧区居民的生活和生产条件，使农牧区共享基本供水公共服务，为农牧区经济社会繁荣发展、民族团结和谐、边疆安宁稳固发挥重要作用，为建设农牧区和全面建成小康社会提供有效的水利支撑保障。