淺析太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)在低緯高原地區(qū)的應(yīng)用

楊國(guó)珍

【摘要】光伏提水是一種綜合性較強(qiáng)的新型能源技術(shù)，光伏提水的主要內(nèi)容為對(duì)太陽(yáng)能的采集以及太陽(yáng)光的能源轉(zhuǎn)換，與光伏提水相關(guān)的學(xué)科有很多，例如電力電子技術(shù)、電機(jī)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用等。太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)符合我國(guó)的新型能源開(kāi)發(fā)利用戰(zhàn)略，因此光伏提水技術(shù)受到了人們的關(guān)注。本文對(duì)太陽(yáng)能資源以及地下水對(duì)光伏提水技術(shù)的影響進(jìn)行了探究，并結(jié)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(xiāng)特殊地形進(jìn)行光伏提水技術(shù)的應(yīng)用前景分析，為當(dāng)?shù)刈∶竦膹V泛應(yīng)用光伏提水技術(shù)提供了較為科學(xué)的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；光伏提水；低緯高原地區(qū)；應(yīng)用；探究

迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸，全鄉(xiāng)總面積449.6平方公里。全鄉(xiāng)境內(nèi)除瀾滄江外還有8條河流?？灯锗l(xiāng)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(lái)自2080米以上的高海拔地區(qū)，所以一到冬季，臨近高海拔地區(qū)的水源水管就會(huì)結(jié)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(xiāng)，重復(fù)投資的資金都要向上級(jí)申請(qǐng)，困難很大。鑒于康普鄉(xiāng)境內(nèi)河流眾多，基于本地的基本環(huán)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(shù)在低緯高原地區(qū)應(yīng)用的必要性

光伏提水的基本原理是將太陽(yáng)光的輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏δ茉?，然后再用轉(zhuǎn)變的電力能源來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵來(lái)進(jìn)行提水，在各種能源利用的技術(shù)中，光電技術(shù)的創(chuàng)新程度較高，并且較為先進(jìn)，已經(jīng)被認(rèn)為是發(fā)展前景較高的一種新型能源技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)主要在于沒(méi)有能源消耗、可靠性較高并且不會(huì)污染環(huán)境。光伏提水技術(shù)使用的是最大功率跟蹤技術(shù)，這種技術(shù)在國(guó)際上可以被稱(chēng)為先進(jìn)技術(shù)，除了最大功率跟蹤技術(shù)之外，還用到了變頻控制技術(shù)、稀土永磁技術(shù)和水利學(xué)技術(shù)，這樣可以使光伏提水技術(shù)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、發(fā)生故障的概率較低、工作效率高、弱光性好以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區(qū)的緯度較低，但是其地理特點(diǎn)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?yàn)樵谌⒘鞯母剐牡貫憸娼瓋砂兜貐^(qū)的住民較為分散，所以不適合建設(shè)大規(guī)模的供水工程，在這樣的地區(qū)供水工程的施工難度較大，并且所需的費(fèi)用較高，由于其環(huán)境的特點(diǎn)，迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)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(jìn)、建設(shè)簡(jiǎn)單、成本低并且應(yīng)用范圍較廣的提水技術(shù)來(lái)解決當(dāng)?shù)鼐用裼盟щy這一難題，而太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)在這種環(huán)境下優(yōu)勢(shì)較為突出，光伏提水技術(shù)可以就地應(yīng)用，并且自動(dòng)化的程度較高，同時(shí)符合低碳環(huán)保的建設(shè)原則。在地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區(qū)的迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)應(yīng)用太陽(yáng)能提水技術(shù)可以很好的解決提水建設(shè)工程調(diào)控能力差、開(kāi)發(fā)水資源工程難度大等實(shí)際問(wèn)題。因?yàn)榈貐^(qū)較為偏遠(yuǎn)，其水利基礎(chǔ)建設(shè)情況較為落后，因此太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)在覆蓋電網(wǎng)難度大的偏遠(yuǎn)地區(qū)有很大的利用價(jià)值，并且具備很好的發(fā)展前景。

2、太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)的適用區(qū)域

地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區(qū)的迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)為太陽(yáng)能資源豐富區(qū)，因此可以利用太陽(yáng)能光伏提水來(lái)解決其供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的問(wèn)題。對(duì)于太陽(yáng)能光伏技術(shù)的應(yīng)用可以具體分為4大類(lèi)。第一類(lèi)是太陽(yáng)能資源的最佳開(kāi)發(fā)區(qū)域，每年這種區(qū)域的太陽(yáng)光總體輻射大約在6000MJ/㎡·a左右，并且年日照時(shí)間要高于2300小時(shí)，其所占比例要在61%～53%的范圍內(nèi)。第二類(lèi)叫做較佳開(kāi)發(fā)區(qū)，每年這種區(qū)域的太陽(yáng)光總體輻射大概處于5500～6000MJ/㎡·a的范圍內(nèi)，并且要求年日照時(shí)間不得低于整體的50%。第三類(lèi)區(qū)域?yàn)榭砷_(kāi)發(fā)區(qū)，每年這種區(qū)域的太陽(yáng)光總體輻射需要在5000～5500MJ/㎡·a，并且年日照時(shí)數(shù)不可過(guò)少，基本在2100小時(shí)徘徊，百分率要在45%～50%范圍內(nèi)。第四類(lèi)區(qū)域?yàn)橐话銋^(qū)，一般區(qū)的年輻射低于5000MJ/㎡·a，其年日照數(shù)低于2100小時(shí)，并且所占比例小于40%。

3、太陽(yáng)能光伏提水的系統(tǒng)原理以及設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)的核心為以太陽(yáng)能為能源的發(fā)電系統(tǒng)、提水工作系統(tǒng)以及逆變控制系統(tǒng)三個(gè)主要部分。其中所用到的各類(lèi)太陽(yáng)能組件的作用是將太陽(yáng)光的輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Y源，再用電力資源來(lái)控制逆變器，通過(guò)逆變器實(shí)現(xiàn)直流電與交流電之間的轉(zhuǎn)換，然后應(yīng)用逆變器來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵來(lái)進(jìn)行提水工作，提上來(lái)的水通過(guò)進(jìn)水管道再進(jìn)入蓄水池，這樣不僅僅可以大大降低提水的勞動(dòng)成本，提升提水工作的自動(dòng)化程度，還可以對(duì)蓄水池進(jìn)行實(shí)時(shí)的水位監(jiān)測(cè)，做到水滿保護(hù)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，如果水源不能達(dá)到飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)則需要在光伏提水的系統(tǒng)中增加凈化水質(zhì)的系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏提水主要系統(tǒng)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的參數(shù)為控制逆變器、光伏組件、光伏水泵的功率數(shù)值及其配比。光伏提水系統(tǒng)所用到的電池的排列方式為串并聯(lián)，因?yàn)樘?yáng)能各類(lèi)電池組件的基本配置有所差異，所以其電流參數(shù)、電壓參數(shù)以及功率參數(shù)都有相異之處。提水系統(tǒng)所使用到的電池組件性能必須要達(dá)到國(guó)家的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵诠夥崴南到y(tǒng)中不設(shè)置用來(lái)儲(chǔ)能的電池，為了使光伏提水系統(tǒng)發(fā)揮出來(lái)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(yáng)能轉(zhuǎn)換位水勢(shì)能，用儲(chǔ)水的方式來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)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(yáng)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(zhì)的原材料。這種材料的電池支架抗風(fēng)能力較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中，其支架的基礎(chǔ)一般選用水泥來(lái)進(jìn)行澆筑。太陽(yáng)能光伏提水系統(tǒng)所使用的水泵有很多種，其中性價(jià)比較高的為離心水泵，其價(jià)格較低、產(chǎn)生的噪音較小、體積小、外形美觀、質(zhì)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(yōu)點(diǎn)在于工作效率高，缺點(diǎn)是價(jià)格高、體積大并且運(yùn)行發(fā)出的噪音較大。在對(duì)水泵進(jìn)行選取時(shí)要根據(jù)工程預(yù)算來(lái)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(shù)對(duì)其速度進(jìn)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(yùn)行功率大于10KW時(shí)要選取雙泵聯(lián)動(dòng)技術(shù)以及多泵聯(lián)動(dòng)技術(shù)，這樣可以使光伏提水系統(tǒng)在光照不足的情況下自主切換到供單泵運(yùn)行的方式，這樣可以大大的提升其工作效率。光伏提水系統(tǒng)中所使用的光伏逆變控制器的主要功能是對(duì)系統(tǒng)的調(diào)控，使太陽(yáng)能電池提供的直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娫磥?lái)為水泵的運(yùn)行提供能量，還要按照日照情況的差異來(lái)調(diào)控其輸出頻率，這樣可以達(dá)到最大功率的點(diǎn)跟蹤。為了降低勞動(dòng)費(fèi)用，并且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)提水的目的，在逆變控制器中應(yīng)當(dāng)設(shè)置遠(yuǎn)程控制模塊以及水位監(jiān)測(cè)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(jìn)行優(yōu)化可以降低提水工程的成本，經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區(qū)中應(yīng)當(dāng)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(zhì)量的前提下降低成本。

4、總結(jié)

地處三江并流的腹心地瀾滄江兩岸地區(qū)的迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)為高海拔地區(qū)，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?yàn)槎镜臏囟冗^(guò)低，所以在冬季經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水管結(jié)冰爆裂，基于這種情況，可以利用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能資源來(lái)解決當(dāng)?shù)乩习傩盏挠盟畣?wèn)題，因此在迪慶州維西縣康普鄉(xiāng)使用太陽(yáng)能光伏提水技術(shù)是一種可以用來(lái)改善當(dāng)?shù)氐乃こ探ㄔO(shè)情況的途徑之一，這樣不僅僅可以提高人們的生活質(zhì)量，還能推動(dòng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

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