光伏提水系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】光伏提水系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及到光伏提水系統(tǒng)，屬于太陽能光伏利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]光伏提水系統(tǒng)是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)變成電能，再由電能驅(qū)動(dòng)水泵來達(dá)到提水的目的的裝置。光伏提水系統(tǒng)輕巧方便，機(jī)動(dòng)靈活，適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)性好，不僅是邊遠(yuǎn)無電地區(qū)供水的重要手段，也是其他地區(qū)和領(lǐng)域的一種理想供水方式，可用于村莊、牧場、家庭的人畜供水，也可以同節(jié)水灌溉相結(jié)合進(jìn)行農(nóng)田和人工草場的灌溉。
[0004]傳統(tǒng)的光伏提水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)屬于現(xiàn)有技術(shù)，例如在文獻(xiàn)CN201459802U中公開了一種適用于高寒地區(qū)的光伏電源提水供水系統(tǒng)，包括光伏電源、控制管理系統(tǒng)、光伏水泵、蓄水系統(tǒng)、閥門、供水網(wǎng)、輸電線、輸水管，所述的光伏電源通過輸電線與光伏水泵相連，光伏水泵與蓄水系統(tǒng)相連，控制管理系統(tǒng)分別與光伏水泵和閥門相連，閥門輸出端與供水網(wǎng)連接；所述的控制管理系統(tǒng)具有PLC可編程控制的功能特點(diǎn)；所述的光伏水泵設(shè)置在機(jī)井下，光伏水泵通過輸水管與蓄水系統(tǒng)連接；所述的光伏水泵最大流量4.0m3A,最大揚(yáng)程40m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該光伏電源提水供水系統(tǒng)將太陽輻射能轉(zhuǎn)變成電能，然后由電能驅(qū)動(dòng)水泵來從井抽水達(dá)到揚(yáng)水的目的，同時(shí)通過蓄水解決光伏提水系統(tǒng)陰天和夜間無法提水的不足，保證用水的隨時(shí)性。采用光伏水泵取水，無污染，不消耗燃料，維護(hù)簡便，性能可靠，有效地了青藏高原無電地區(qū)缺電、缺水問題，節(jié)省了能源，保護(hù)了環(huán)境。采用水泵具有最高揚(yáng)程可達(dá)40米，流量最大可達(dá)4.0m3A,高可靠性、使用壽命長、安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。光伏水泵技術(shù)是利用太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，然后通過控制逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)水泵，它具有不消耗常規(guī)能源、無污染、無需遠(yuǎn)距離架設(shè)電線、全自動(dòng)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)?？刂破骺刂扑惶结槪?dāng)水泵脫離水源時(shí)，控制器可以自動(dòng)切斷電源，從而保護(hù)泵體。當(dāng)日照條件和水源條件充足時(shí)，停止的水泵可在20分鐘后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)?？刂破骶哂蟹乐顾梅崔D(zhuǎn)、過載、高溫保護(hù)功能?？刂破骺梢钥刂扑米畲筮\(yùn)行速度，可將泵速調(diào)整到流量為最大流量的30%。具有輸入最大功率跟蹤功能和逆變功能。對(duì)蓄電池具有欠壓保護(hù)和恢復(fù)功能。
[0005]文獻(xiàn)CN103355136A公開了一種光伏提水節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)，它主要由一臺(tái)壓力傳感器、可編程邏輯控制器、多臺(tái)電磁閥等組成；壓力傳感器與可編程邏輯控制器的輸入端相聯(lián)，電磁閥與可編程邏輯控制器的輸出端相聯(lián)，壓力傳感器安裝在輸水管道上，每一支管上安裝一只電磁閥。該光伏提水節(jié)水灌溉自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程為:光電池輸出功率隨著光強(qiáng)的變化而變化，輸水管道的壓力也跟著發(fā)生變化，壓力傳感器將壓力信號(hào)送入可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器對(duì)輸水管道壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)輸水管道壓力達(dá)到一設(shè)定值時(shí)，開啟一路支管上的電磁閥，當(dāng)光強(qiáng)變大，輸出功率上升時(shí)，輸水管道壓力增加到一定程度，可編程邏輯控制器測得后，指示執(zhí)行元件動(dòng)作，打開一路支管上的電磁閥，該支管上的噴頭開始工作，管道壓力隨即會(huì)下降，保證開啟電磁閥的各支管上的噴頭能正常工作；當(dāng)光強(qiáng)變小、輸出功率下降時(shí)，輸水管道壓力下降到一定程度，可編程邏輯控制器測得后，指示執(zhí)行元件動(dòng)作，關(guān)閉一路支管上的電磁閥，該支管上的噴頭停止工作，輸水管道壓力隨即會(huì)上升，保證開啟電磁閥的各支管上的噴頭能正常工作?？删幊踢壿嬁刂破鞲鶕?jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測到的壓力的變化，控制安裝于各支管上電磁閥的開啟與關(guān)閉，達(dá)到穩(wěn)定管道壓力的目的，使節(jié)水灌溉設(shè)備保持穩(wěn)定工作。另外，根據(jù)太陽能資源和田間布置的情況，對(duì)每日的輪灌次數(shù)和每次各支管的工作時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，可編程控制器在打開各支管電磁閥的同時(shí)對(duì)各支管的工作時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)工作時(shí)間到達(dá)設(shè)定值后，即關(guān)閉該支管，打開沒有工作的支管，達(dá)到各支管在一日內(nèi)出水量相等的目的。
[0006]文獻(xiàn)CN203718287U公開了一種移動(dòng)式光伏提水車，是由車體，太陽能電池板，光伏逆變器，潛水泵組成，包括由車體，萬向輪，吊鉤組裝成可移動(dòng)的拖車；由單晶硅板，鋁合金邊框，連桿和滑軌組成可調(diào)整角度的發(fā)電裝置；車廂內(nèi)放置的光伏逆變器將電流轉(zhuǎn)換提供電源供潛水泵使用；潛水泵連接水管，接上電源后組成供水裝置。該移動(dòng)式光伏提水車將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，不需要經(jīng)過蓄電池，然后由電能驅(qū)動(dòng)光伏水泵從主干溝渠提水到田地，用于灌溉、養(yǎng)殖和人畜用水。車體可靈活地調(diào)整方向，由此所承載的太陽能電池板可以根據(jù)光照條件人工調(diào)整角度，使陽光垂直照射，提高光能利用率，可移動(dòng)式車體可方便地從一個(gè)水源地移動(dòng)到另一個(gè)水源地，適應(yīng)性好，機(jī)動(dòng)靈活。
[0007]傳統(tǒng)的光伏提水系統(tǒng)基本上只能選用直流電動(dòng)機(jī)和離心泵，因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)和離心泵的功率規(guī)格與太陽能電池組件的輸出比較相符。而對(duì)于容積泵來說，通常有著完全不同的扭矩速度特性，很難與太陽能板直接匹配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種既可以采用離心泵也可以采用容積泵的光伏提水系統(tǒng)。
[0009]離心泵通常被應(yīng)用在揚(yáng)程小，排量大的項(xiàng)目中，離心泵速率即葉輪的角速度的平方與其扭矩成正比。一旦水泵速度減慢，其抽水性能會(huì)大幅下降。也就是說除非水泵能夠達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，否則根本抽不動(dòng)水。特別是在光照偏低的時(shí)段，離心泵在光伏提水系統(tǒng)中的應(yīng)用必須考慮到轉(zhuǎn)速的問題。高速運(yùn)轉(zhuǎn)可以使系統(tǒng)系能發(fā)揮到最佳，并讓水泵更容易與發(fā)動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，在和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相近時(shí)，離心泵的扭矩趨向最大值，達(dá)到最高效率。但是讓離心泵保持在最高運(yùn)行效率會(huì)對(duì)輸入電壓和電流的范圍提出非?？量痰囊?。對(duì)于配套的光伏系統(tǒng)來說，需要安裝最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)。另外由于離心泵不能自動(dòng)為泵室注水，所以離心泵需要設(shè)在水面以下，但是由于直流電動(dòng)機(jī)需要一個(gè)電刷，無法將直流電動(dòng)機(jī)置于水下，因此需要設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸連接直流電動(dòng)機(jī)和離心泵。由于離心泵的扭矩與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，而流經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組的電流會(huì)直接影響電動(dòng)機(jī)的扭矩輸出。一旦光伏系統(tǒng)的太陽能電池板輸出的電流降低，電動(dòng)機(jī)的扭矩也會(huì)隨之下降，這不但會(huì)影響抽水速度，也會(huì)相應(yīng)地降低電動(dòng)機(jī)本身的反電動(dòng)勢，最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)對(duì)工作電壓需求的下降。
[0010]容積泵在扭矩穩(wěn)定時(shí)，泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)直接影響其抽水速率。對(duì)于光伏系統(tǒng)來說，輸出的電流會(huì)直接影響電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩大小，為了使電動(dòng)機(jī)能夠保持穩(wěn)定的扭矩以使容積泵的輸出達(dá)到定值，需要優(yōu)先考慮恒定電流。但是光伏系統(tǒng)的太陽能電池輸出的電流與日照量成正比，假如容積泵的工作電流和太陽能電池的最大功率電流相匹配，那么一旦光照強(qiáng)度降低，電流就將無法維持期望的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，容積泵的抽水速率就會(huì)隨之下降。根據(jù)恒扭矩特性，當(dāng)電流低于電動(dòng)機(jī)的臨界電流時(shí)，容積泵也有停機(jī)的危險(xiǎn)。為了避免這種情況的頻繁發(fā)生，本發(fā)明將容積泵的臨界電流設(shè)置在不高于于光伏系統(tǒng)最大輸出電流的70%的位置。容積泵所需要的扭矩大小根據(jù)揚(yáng)程、管線材質(zhì)與直徑以及水泵的摩擦系數(shù)而定，但轉(zhuǎn)速對(duì)扭矩的影響