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太阳能水泵系统系统的可行性报告光伏水泵光伏水泵亦称太阳能水泵，主要由光伏扬水逆变器和水泵组成。具体应用时，再根据不同扬程和日用水量的需求配以相应功率的太阳能电池阵列，统称为光伏扬水系统。近年来，随着全球“粮食问题”“能源问题”的严重性不断提升，逐步被誉为解决有效耕地提高产量和用清洁能源替代化石能源的最为有效的产业整合产品。成为把光伏产业与农业水利、荒漠治理、生活用水、城市水景等传统产业综合发展的新兴经济模式。光伏水泵利用来自太阳的持久能源，日出而作，日落而歇，无需人员看管，不需要柴油、不需要电网，可与滴灌、喷灌、渗灌等灌溉设施配套应用，节水节能，可大幅降低使用化石能源电力的投入成本。是全球“粮食问题”“能源问题”综合系统解决方案的新能源、新技术应用产品。光伏水泵的种类1、太阳能光伏热水循环泵光伏水泵的特点光伏水泵系统全自动运行，无需人工值守，系统主要由光伏扬水逆变器、光伏阵列、水泵组成。系统省却掉蓄电池之类的储能装置，以蓄水替代蓄电，直接驱动水泵扬水。光伏扬水逆变器对系统的运行实施控制和调节，实现最大功率点跟踪。当日照充足时保证系统额定运行，当日照不足时，设定最低运行频率满足，确保太阳能电池电力的充分应用。太阳电池阵列由多块太阳电池组件串并联而成，吸收日照辐射能量，将其转换为电能，为整个系统提供动力电源。太阳能光伏电源具有的优势（ 1）可靠光伏电源很少用到运动部件，工作可靠。（ 2）安全，无噪声，无其他公害。不产生任何的固体，液体和气体有害物质，绝对的环保。（ 3）安装维护简单，运行成本低，适合无人值守等优点。尤其以其可靠性高而备受关注。（ 4）兼容性好，光伏发电可以与其他能源配合使用，也可以根据需要使光伏系统很方便的增容。（ 5）标准化程度高，可由组件串并联满足不同用电的需要，通用性强。（ 6）太阳能随处都有，应用范围广。但是，光伏系统也有其缺点，比如能量分散，间歇性大，地域性强。前期成本较高。交流水泵利用太阳能，在无需任何外来能源的情况下可以机动灵活地用于农田灌溉、提供洁净人畜饮水、发展庭院经济、美化园区、构造彩色喷泉、为养鱼、养虾池增氧、海滨盐场供排水等。此外大量国际订货意向表明，这种高技术产品的国际市场前景令人十分鼓舞。交流水泵系统的应用不需要蓄电池，节省了电池更换的费用，减少了电池对环境造成的污染，作为一个刚刚崭露头角的产业，十分符合我国可持续发展的战略。产品特点寿命长、功耗低、噪音小、调速平衡、运行可靠、无干扰等。太阳能水泵系统系统的设计思路1、设计流量对于太阳热水系统，集热循环管路为闭合回路，则管道计算流量为循环流量，按下列公式计算式中 q循环流量， L/h; QS集热循环流量 , 由于太阳辐照量的不确定性，联集管热水系统的集热循环流量无法准确计算，一般采用每平方米集热器的流量为 0.01 ～ 0.02L/s ，即 3672L/h · ㎡。 A太阳能集热器的总集热面积。根据各地太阳辐照量的不同以及四季沐歌多年的工程设计经验，集热循环流量通常按下表选取。 2 、集热循环所需水压集热循环泵的扬程计算公式为 HH1H2H3 式中， H建筑内给水系统所需水压， kPa；H1水泵吸水管起点至最不利配水点（集热循环系统中如若某一配水点的水压被满足则系统中其他任何用水点的压力也均能被满足，则该点称为系统中的最不利配水点。）位置高度所要求的静水压， kPa； H2水泵吸水管起点至最不利配水点的给水管路既计算管路的沿程与局部水头损失之和， kPa ； H3最不利配水点所需要的流出水头 kPa. 。其中 H3根据经验可取 23m。光伏水泵系统组成及工作原理系统组成及工作原理1． 1 光伏水泵系统的结构图由图 1 可知，系统利用太阳电池阵列将太阳能直接转变成电能。经过 DC ／ DC 升压，和具有 TMPPT 功能的变频器后输出三相交流电压驱动交流异步电机和水泵负载，完成向水塔储水功能。其中主要包括 4 部分太阳电池阵列；具有 TMPPT 功能的变频器；水泵负载；储水装置。． 2 变频器主电路及硬件构成本系统所采用的主电路及硬件控制框图如图 2 所示。主电路 DC／ DC部分采用性能优越的推挽正激式电路进行升压； DC／ AC部分采用三相桥式逆变电路。主功率器件采用 ASIPM一体化智能功率模块 PS12036，系统控制核心由 16 位数字信号控制器 dsPIC30F2010构成。外围控制电路包括阵列母线电压检测和水位打干检测电路。系统首先通过初始设置的工作方式和 PI 参数工作，然后由 MPPT子程序实时搜索出的电压值作为内环 CVT的给定，通过 PI 调节得到工作频率值，计算出 PWM信号的占空比，实现光伏阵列的真正最大功率跟踪 TMPPT，并保持异步电机的 V／ f 比为恒值。系统将 MPPT和逆变器相结合，利用 ASIPM模块自带的故障检测功能进行检测和保护，结构简单，控制方便。升压电路简述主电路选择对于中小功率的光伏水泵来说，光伏阵列电压大都是低压 24v 、 36v、 48V ，对于升压主电路的选择，人们一般选择推挽电路，因为推挽电路变压器原边工作电压就是直流侧输入电压，同时驱动不需隔离，因此比较适合输入电压较低的场合。但是偏磁问题是制约其应用的一大不利因素，功率管的参数差异和变压器的绕制工艺都有可能使推挽电路工作在一种不稳定状态。基于诸多因素的考虑，本系统采用了结构新颖的推挽正激电路，此电路拓扑不仅克服了偏磁问题，而且闭环控制也比较容易二阶系统。推挽正激电路简单分析推挽正激电路如图 2 所示，由功率管 S1 及 S2 ，电容 C8 和变压器 T 组成，变压器 T 原边绕组 N1 及 N2 具有相同的匝数，同名端如图 2 所示。当 S1 及 S2 同时关断的时候，电容 C8 两端电压下正上负，且等于阵列电压，当 S1 开通， S1 、 N2 和光伏阵列构成回路，N2 上正下负，同时 C8 、 N1 和 S1 构成回路， C8 放电， N1 下正上负，此时的工作相当于两个正激变换器的并联。同理，当 S2 开通 S1 关断时，也相当于两个正激变换器的并联。经过理论分析，推挽正激电路是一个二阶系统，因此闭环控制简单，同时输出滤波电感和电容大大减小。简单介绍通过在 16 位单片机内巧妙地添加 DSP 功能，使 Microchip 的 dsPIC30F 数字信号控制器 DSC 同时具有单片机 MCU 的控制功能以及数字信号处理器 DSP 的计算能力和数据吞吐能力。因为它具有的 DSP 功能，同时具有单片机的体积和价格，所以本系统采用此芯片作为控制器。此芯片主要适用于电机控制，如直流无刷电机、单相和三相感应电机及开关磁阻电机；同时也适用于不间断电源 UPS 、逆变器、开关电源和功率因数校正等。主要结构12KB 程序存储器；512 字节 SRAM 1024 字节 EEPROM ；3 个 16 位定时器；4 个输入捕捉通道；2 个输出比较／标准 PWM 通道；6 个电机控制 PWM 通道；6 个 10 位 500kspsSA ／ D 转换器通道。主要特点A／ D 采样速度快且多通道可以同时采样；6 个独立／互补／中心对齐／边沿对齐的 PWM 2 个可编程的死区在噪声环境下 5V 电源可正常工作；最低工作电压 3V；A／ D 采样和 PWM 同期同步。光伏水泵最大功率点跟踪设计常规恒定电压跟踪方式的特点与不足CVT 方式可以近似获得太阳电池的最大功率输出，软件上处理比较简单。但实际上日照强度和温度是时刻变化的，尤其是在西部地区，同一天中的不同时段，温度和日照强度变化都相当大，这些都会引起太阳电池阵列最大功率点电压的偏移，其中尤以温度的变化影响最大。在这种情况下，采用 CVT 方式就不能很好地跟踪最大点。2． 2 TMPPT 的原理与实现为克服 CVT 方式弊端，提出了 TMPPTTrueMaximum Power Point Tracking 概念，其意思是 “ 真正的最大功率跟踪 ” 控制，即保证系统不论在何种日照及温度条件下，始终使太阳电池工作在最大功率点处。由于逆变器采用恒 V／ f 控制，故水泵电机的转速与其输入电压成正比，因此，调节逆变器的输出电压，就等于调节了负载电机的输出功率。故本系统采用TMPPT 方式使太阳电池尽可能工作在最大功率点处，为负载提供最大的能量。由太阳电池阵列的特性曲线在最大功率点处， dP／ dvO ，在最大功率点的左侧，当 dP ／ dVO 时， P 呈增加趋势， dP／ dVO 时， P 呈减少趋势， dP／ d v0 ，则 Z1 为 1 ， Z2 为 1， Z3 为 l， Usp* 指令电压继续增加。如 dP ／ dVO ，则 Z1 为 -l， Z2为 -1， Z3 为 -1， Usp* 指令电压开始减小。稳定工作时，系统在最大功率点附近摆动，如果摆动幅度越小，则精度越高。在具体工作时，为了防止搜索方向的误判断，软件中设置了搜索限幅值，使系统的工作可靠性进一步提高。由于本系统中采用的 ASIPM 模块带有电流检测功能，故在硬件设计上可以省去电流检测电路，节约了成本，并进一步优化了外围电路。3 系统的保护功能设计1 过流和短路保护功能由于 ASIPM的下臂 IGBT母线上串有采样电阻，所以通过检测母线电流可以实现保护功能。当检测电流值超过给定值时，被认为过流或短路，此时下桥臂 IGBT门电路被关断，同时输出故障信号， dsPIC 检测到此信号时封锁 PWM脉冲进一步保护后级电路。2 欠压保护功能 ASIPM检测下桥臂的控制电源电压，如果电源电压连续低于给定电压 1OMs，则下桥臂各相 IGBT均被关断，同时输出故障信号，在故障期间，下桥臂三相 IGBT的门极均不接受外来信号。3 过热保护功能 ASIPM内置检测基板温度的热敏电阻，热敏电阻的阻值被直接输出， dsPIC 通过检测其阻值可以完成过热保护功能。以上保护是利用了 ASIPM自身带有的功能，无须外加电路，进一步简化了硬件电路设计。系统除了具有上述保护功能外，还具有光伏水泵系统特有的低频、日照低、打干自动和手动打干等保护功能。对于泵类负载，当转速低于下限值时，光伏阵列所提供的能量绝大部分都转化为损耗，长期低速运行，会引起发热并影响水泵使用寿命，因此，本系统设计了低频保护，对水泵来说，当液面低于水泵进水口时，水泵处于空载状态，若不采取措施，长时间运行则会损坏润滑轴承，而本系统为户外无人值守工作方式，故系统为了增加检测可靠性，采用了自动打干和手动打干两种识别方式，其中，自动打干是根据系统输出功率和电机工作频率来进行判别；手动打干则是通过水位传感器识别当前水位高低来实现的。由于低频、日照低、打干等功能都是由软件来完成，不须增加硬件电路，故系统结构简单。太阳能水泵系统系统项目攻关策略光伏供水系统又称太阳能光电水泵系统，其基本原理是将太阳能转换成电能，驱动各类电动机带动水泵提水。它具有无噪声、全自动、高可靠等诸多优点，联合国国际开发署、世界银行、亚太经社会等国际组织先后充分肯定了它的先进性与合理性。光伏水泵大多由能量系统、控制系统、泵系统及连接管线构成。能量系统由太阳能电池板组件或配以蓄电池构成，控制系统分直流与交流输出两类分别包含 MPPT（最大能量跟踪），水泵驱动控制，变频或逆变控制，泵系统主要由泵体与电机构成。市场评价太阳能水泵的主要参数能量的利用率太阳光照射太阳能电池板组件全天获得的总能量与吸收功率系统有效吸取能量的比值。系统的效率有效吸取的能量转换成水的位能的比值。上述两项指标是决定光伏水泵系统市场应用与推广使用的成本要素，也是决定光伏水泵能否产化的主要因素。太阳能市场与水泵特点 1.寿命长达 10 年，无需保养，体积小效率高，功耗低2.电机的定子和电路板部分采用环氧树脂灌封并与转子完全隔离，解决了电机式直流水泵长期潜水产生的漏水问题，可以水下安装而且完全防水3.同一电压可以做出很多种参数，比如 24V 水泵可以做成扬程 2 米，也可以做成扬程 7 米。水泵可以宽电压运行，比如 24V 的水泵可以在电压 24V 以下运行。4.水泵的轴心采用高性能陶瓷轴，精度高，抗震性好，由于水泵采用陶瓷轴套与陶瓷轴的精密配合，噪音低于 35 分贝，功率小一点的甚至可以达到 30 分贝以下，几乎达到静音效果。5.水泵中的三相无霍尔程序水泵可以实现 PWM 调速，模拟信号输入调速，电位器手动调速，这样就可以调节流量及扬程，可以订做音乐喷泉。三相直流水泵具有叶轮转子卡死保护，反接保护。6.水泵已根据客户需求配置 4 分管螺纹或 6 分管螺纹，满足特殊客户的需求。7.多功能设计，可以潜水使用也可以放在外面（安装位置低于液面）8.可根据用户要求定制并按照客户的要求来设计水泵应用范围产品可用于电脑水冷系统 ,太阳能热水器，壁挂炉，太阳能喷泉 ,桌面喷泉，音乐喷泉，工艺品，咖啡机，饮水机，泡茶器，倒酒器，无土栽培，淋浴器，妇洗器，洗牙器，热水器加压 ,水暖床垫 ,热水循环，游泳池水循环过滤 ,洗脚冲浪按摩盆 ,冲浪按摩浴缸 ,汽车冷却循环系统 ,加油器 ,加湿器 ,空调机，洗衣机，汽车，小型灌溉，医疗器械，冷却系，供暖系统，卫浴产品。所以这种高技术产品的国际市场前景令人十分鼓舞。太阳能水泵系统的应用不需要蓄电池，节省了电池更换的费用，减少了电池对环境造成的污染，作为一个刚刚崭露头角的产业，十分符合我国可持续发展的战略。太阳能水泵系统系统项目施工方案依据当地的地理气象条件和建筑的使用功能等有关情况，综合考虑投资、节能、环保以及使用功能等因素，提供本水源热泵热水系统方案，供贵方参考。一、常规要求 1 、在安装热水系统时，不破坏建筑物的结构，和削弱建筑物在寿命期内承受任何荷载的能力，不破坏防水层和建筑物的附属设施。系统安全后能抵抗自然灾害。2、太阳能集热器、热泵设备、电辅热设备、智能控制柜、增压泵、供水泵等设备有可靠的接地。二、太阳能集热器的安装1 、确定方向朝南。用指南针在楼面不同点测出朝南方向，并作一个朝南偏西 5 度标记，集热器朝标记方向摆放。因受现场因素限制，朝南方向允许由南向东、西方向 15 度之内偏移。2 、确定集热器位置根据客户要求及现场具体情况，确定位置。若客户提出的要求与公司定的标准有明显差别时，及时与客户说明此要求会影响热水器的吸热效果，并再次与客户沟通，确定位置。放置集热器的周围，如有女儿墙，距墙的距离要与女儿墙的高度相等，如东、南、西边有较高建筑物，应尽量避开。3 、固定集热器支架 ①固定支架之前必须同时考虑水箱位置，应有足够空间，水箱不得挡住集热器；②钻膨胀螺丝孔时，应注意楼板的防水；前后排之间距离为 1100 ～1200mm ；③固定支架时一定要注意前脚底槽要直，后脚横条要平，膨胀螺丝与支架必须焊牢；每组架子相邻的后脚离地 800mm 处用角铁横向连接；④不准破坏楼面的，必须用 40 40 角钢将前后脚底部离地 50mm 处连起，左右两边延伸到女儿墙，前后排连为一体，最后排连在女儿墙，然后按每个脚做一个规格为 200 200 200cm 的小水泥墩，水泥墩内必须要有钢筋（ φ 6mm ）及石子；⑤前后脚做水泥梁的，水泥梁规格为 150 150mm 前后脚高度必须增加150mm ，以保证板下面通风。⑥焊接集热器支架焊接必须两面烧牢；支架对角线距离不得超过 10mm ；支架的前后脚必须垂直；支架的前排角铁，在承受集热器的位置钻成一个Φ 10mm 的孔，以便漏雨水；前脚处的风扣采用焊接方式，后脚处的风扣用电钻钻一个 Φ 10mm 的孔用螺丝锁紧。焊好的架子作防锈处理，刷防锈漆必须均匀，待防锈漆干后，最后刷二遍银漆。4 、集热器安装 ①将集热器连通放在固定好的架子上，依次摆好；②按每组的规格，将集热器连通；连通的集热器不得超过 200 平方。三、热泵机组的安装1、首先检查基础位置及表面平整度，再检查混凝土基础是否达到养护强度。2、吊装前，在基础上面采用拉线方法，找出纵、横中心线，然后将设备底座中心线对准基础中心线，放置于基础上。3、安装时应用垫铁找平，并要求基础与设备底座支撑面接触均匀，其纵、横向水平度允许偏差在 1/100 以内。4、热泵机组应牢固地固定在型钢基础上，连接后的设备外壳应保持完好无损，表面平整，接口牢固。5、电源线的安装符合 GB50258 规定的要求，其使用、保护等功能按招要求。四、保温热水箱的安装1、热水箱和支架间用 30MM 厚隔热垫，定放好的热水箱焊接固定在支架上。2、热水箱进行检漏并做防腐处理及保温，热水箱保温的制作符合甲方的要求。3、热水箱设置玻璃水位计，可直观水位；安装有测温点、循环口、进水口、出水口、排污口等，排污口开在热水箱底部，污水可排放干净。五、电控系统安装1 、系统的电气控制箱安装符合电气设计规范规定的要求。2、温控器安放在电气控制箱内，其安全性符合电气自动化控制规定要求。3、温度传感器的定位和安装，保证与被测温部位有良好的热接触，温度器四周进行良好的保温。①管路温度传感器安装在侵入传热工质的盲管中。②热水箱温度传感器直接侵入储水箱中。4、导线布置、安装符合 GB50258 规定的要求。六、管路系统安装1 、水泵的安装水泵的主要作用是用于液体增压满足介质的系统设计要求，所以应根据设计图纸检查泵的规格、型号是否符合设计要求。水泵安装时应做到①若水泵有设计基础，则在水泵安装前，检查其基础尺寸、位置和标高是否合乎要求，还应对其强度进行检查，保证符合设计要求。②安装前应仔细检查水泵泵体流道内有无异物，应及时清除，以免运行时损坏叶轮和泵体。③水泵安装时，应先在基础或已固定的基础支架上找出其纵横中心轴线，再标识出增压水泵的纵横中心轴线，然后就位安装。④水泵进出口的配管和阀门支架管路重量不允许加在泵上，以免使泵变形损坏。因此应在水泵配管或阀门处设置独立的固定支架；同时最好能使水泵进出口连接柔软性的短管在管道与泵接口两个中心的连线上。为保证准确度，在安装过程中应做临时固定拉杆。⑤泵的进出口正确安装检查阀。冲洗完毕后，运转所有设备，将管道加热，加热前用净水充满管路，启动增压泵（启动增压泵要按其操作规程进行），在加热过程中，要不断的观察管道系统的严密性。监察补偿器、支架等工作情况，发现问题采取临时措施解决，直到管网内温度达到设计要求后，再将温度恢复到初始温度进行全面检修，然后即可投入正常使用。2 、阀门的安装①安装前，应认真核对型号、规格是否符合设计要求，阀门口径小于 DN50的采用截止阀，阀门工作压力为 1 ， 2Mpa ，并根据介质流向确定其安装方向。②安装前，应检查阀杆和阀盘是否灵活，有无卡住和倾斜；阀盘关闭是否严密，填料是否完好，填料后盖有无足够的调节余量，等等这些是否合格。③阀门安装的位置以不妨碍设备、管道和阀门本身的安装、操作和检修为原则，其安装高度根据实际情况确定。④水平管路上的阀门、阀杆一般应安装向上半圈范围内，阀杆不宜向下安装；垂直管路上的阀门，阀杆应沿着巡回操作通道方向安装，并可能集中布置，以便方便操作。⑤水平并排管路上的阀门，为了缩小管道间距，应将阀门前后错开整齐布置；垂直并排管道上的阀门最好安装高度一致；为了不妨碍操作，手轮之间的距离不得小于 100MM 。⑥阀门安装应在关闭状态下进行，搬运要轻拿轻放，吊装绳索不得栓在手轮或阀杆上，以防损坏手轮和阀杆。⑦螺纹阀门安装须在阀门的出口处安装活接头，以便拆装和检修。⑧截止阀门安装必须注意介质的流向，使管道中的流体由上向下流经阀盘（俗称低进高出）⑨闸板阀允许流体从一端流入或流出，因此安装没有方向性，但明杆式新加坡板阀不宜装在地下，以防阀杆锈蚀。⑩止回阀安装必须注意介质的流向，才能保证阀盘的自由开放。式升降式止回阀应水平安装、降式止回阀应安装在垂直管路上，应从上向下流入；旋启式止回阀，；只要求保证摇板的旋转轴处于水平位置，旋启式止回阀就可以正常工作，所以旋启式止回阀可安装在水平或介质由下向上流动的垂直管路上。3 、管路安装①冷水管采用 PP-R 热水铝塑管，热水管采用热镀锌管，热水管的保温采用闭泡式橡塑保温材料，再用铝板保护。②容易发生故障的设备及附件两端采用的活接头连接，以便维修更换。③管道支架有足够的强度和刚度，起到支撑重量、防止管道下垂弯曲的作用，使管道保持系统需要的循环及排泄坡度。④管道系统中固定支点设置的最大安装距离符合下表的要求。⑤立管的支撑，在 2.5M 以内有一个支点。⑥管道直线距离较长时，安装膨胀节，以补偿因温度变化产生的伸缩。⑦管道在支架上的固定，在保温前进行。七、管道试压与冲洗1、水管安装完毕后，应分层进行水压实验，实验压力为 6.0Kg/ m2 ，压强 ≤ 0.2Kg/C m2/10min 为合格。2、在试压时应进行巡视，检查是否有局部滴漏现象。如发现螺纹或零件有小的渗漏，可上紧至不漏为合格，如有大漏需要更换零件时，则应将水排除后再进行整理。3、分层试压合格后，进行系统试压合格后应保压，直到试压合格。4、经试压合格后对系统进行反复冲洗，直到排出水中不夹带泥沙、铁屑等杂质，且水色不浑浊时方为合格。在进行冲洗之前、应先除去过滤器的滤网，待冲洗工作结束后再装上。管路系统冲洗时，水流不得经过所有设太阳能水泵系统系统项目施工自评报告