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        光伏水泵在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用研究

        2018-02-11 00:25:00薛輝瞿敏
        鄉(xiāng)村科技 2018年1期
        關(guān)鍵詞:缺水永磁水泵

        薛輝 瞿敏

        (湘西民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 吉首 416000)

        光伏水泵系統(tǒng)融入了多種技術(shù),是一種典型的光能、機(jī)、電一體化系統(tǒng),是高新技術(shù)種類之一[1]。光伏水泵系統(tǒng)能夠直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能,而且應(yīng)用范圍十分廣泛。目前,在全世界已經(jīng)有許多不同規(guī)格的光伏水泵開始運(yùn)行,尤其是在發(fā)展中國(guó)家,光伏水泵的應(yīng)用為當(dāng)?shù)氐娜嗣駧?lái)了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要探討光伏水泵在我國(guó)農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,旨在解決能源危機(jī)問(wèn)題。

        1 光伏水泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        光伏水泵系統(tǒng)涉及到許多學(xué)科,如計(jì)算機(jī)、電力、電子等。光伏水泵利用來(lái)自太陽(yáng)的持久能源,其控制系統(tǒng)主要采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù),優(yōu)化太陽(yáng)能電池與負(fù)載之間的匹配。該系統(tǒng)在供水需求改變的情況下,輸出功率并沒(méi)有及時(shí)變化,這樣就會(huì)造成太陽(yáng)能電池功率的浪費(fèi)。為了改變這種現(xiàn)狀,需要通過(guò)智能控制實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的最大輸出功率與負(fù)載之間的最佳匹配,提高水泵運(yùn)行效率。

        電機(jī)節(jié)能作為一項(xiàng)龐大而系統(tǒng)的工程,需要高度重視,積極尋找降低能源消耗的措施。目前,中國(guó)的各種水泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率有限,導(dǎo)致電能浪費(fèi)嚴(yán)重。在電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面,主要是以改革異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能,發(fā)展永磁同步電動(dòng)機(jī)為主。永磁材料是永磁直流電動(dòng)機(jī)的主要材料。在國(guó)內(nèi),高性能永磁材料已形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,價(jià)格合理,產(chǎn)量居世界前列。據(jù)了解,中小型永磁同步電機(jī)的效率可以得到有效的提高,一些特殊的專用永磁同步電機(jī)具有明顯的節(jié)電效果。

        目前,大功率光伏水泵電機(jī)采用的是交流變頻電機(jī)[2]。效率比直流永磁電機(jī)要低,而且所占空間較大。與其相比,直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能優(yōu),體積小,運(yùn)行效率高,更容易進(jìn)行操作。因此,開發(fā)大功率直流永磁電機(jī)可以有效節(jié)能,提高效益。配合光伏水泵的電機(jī)通常是研究光伏電池后進(jìn)行設(shè)計(jì),然后再選擇不同種類的水泵。根據(jù)使用要求選擇相應(yīng)的水泵,這就需要考慮到水泵的運(yùn)行效率和電機(jī)最佳輸出功率相結(jié)合等問(wèn)題。

        2 光伏水泵系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用前景

        光伏水泵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是能源消耗少,沒(méi)有污染,可以對(duì)環(huán)境起到良好的保護(hù)作用。另外,光伏水泵中的太陽(yáng)能電池維修成本低,比較耐用,在干旱地區(qū)、人民生活供水地區(qū)應(yīng)用前景比較廣泛。

        在一些干旱地區(qū),由于常年持續(xù)少雨,極度缺水,因此土地正在迅速沙化,生態(tài)環(huán)境不斷遭到破壞。還有一些缺水嚴(yán)重的地區(qū),飲用水十分稀缺。但是,這些地區(qū)的一些區(qū)域卻具有豐富的地下水資源,如果能充分利用這些水資源,不僅可以解決缺水問(wèn)題,還能夠提高該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。而干旱地區(qū)地下水資源的提取與開發(fā)需要有充分的技術(shù)。這些地區(qū)由于交通不方便,電網(wǎng)覆蓋率很低,居民居住不集中,住戶少,而且住戶之間相距較遠(yuǎn),常見(jiàn)距離可以達(dá)到幾百公里,因而會(huì)降低用電需求,或者他們的用電需求僅限于生活、農(nóng)田灌溉、照明等,電網(wǎng)并不發(fā)達(dá)。電網(wǎng)的建設(shè)需要很高的投資,如果沒(méi)有得到充分的回報(bào),就會(huì)給電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)很大的不便,也難以獲得有效的經(jīng)濟(jì)效益。小規(guī)模居民用電為電網(wǎng)投資帶來(lái)了很大的難題,因此這些偏遠(yuǎn)地區(qū)用電問(wèn)題必須依靠其他方法,如采用太陽(yáng)能發(fā)電的方式。而且干旱偏遠(yuǎn)地區(qū)大多與海洋距離較遠(yuǎn),晴天多、雨天少,太陽(yáng)輻射能力很強(qiáng),具有豐富的太陽(yáng)能資源。因此,利用光伏發(fā)電,開發(fā)地下水資源成了最佳的途徑。近年來(lái),光伏設(shè)備成本不斷降低,太陽(yáng)能電池效率不斷提升,為推廣光伏水泵系統(tǒng)提供了有利條件。

        為緩解能源危機(jī),促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用,國(guó)家將重點(diǎn)開發(fā)利用可再生能源作為優(yōu)先發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域,大力改善能源結(jié)構(gòu),減少環(huán)境污染,促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著國(guó)家對(duì)“三農(nóng)”問(wèn)題的重視度日益提高,在我國(guó)一些干旱、缺水、缺電的地區(qū),利用可再生能源提取地下水,使農(nóng)田灌溉、人民生活用水有保證,還可以大大促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展和人民收入水平的提升,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。利用可再生能源開發(fā)和提取地下水資源,還可以及時(shí)解決能源問(wèn)題,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

        但是,所有地區(qū)的供電都保持在穩(wěn)定的狀態(tài),在缺電、缺水地區(qū),電力保持著并不正常的供應(yīng),大量農(nóng)田難以服務(wù)電網(wǎng)建設(shè),這就使一些水源與電網(wǎng)相距遙遠(yuǎn)。在這種情況下,供電、輸電的距離增大,線路損耗不斷加大,降低電動(dòng)水泵的效率,水泵頻頻不出水,許多農(nóng)戶仍采取對(duì)環(huán)境污染十分嚴(yán)重的柴油機(jī)抽水灌溉,不僅消耗大量能源,而且嚴(yán)重污染環(huán)境。與上述水泵相比,光伏水泵不僅更加高效,還環(huán)保、節(jié)能、成本低,可以為廣大農(nóng)民排憂解難。光伏水泵系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大,尤其都是在一些發(fā)展中國(guó)家,光伏水泵的應(yīng)用增長(zhǎng)幅度很快,中國(guó)西部地區(qū)也開始不斷推廣光伏水泵系統(tǒng)。

        3 光伏水泵發(fā)展趨勢(shì)

        光伏水泵系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行,無(wú)需人工值守。光伏揚(yáng)水逆變器對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)施控制和調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤,不僅可以保證太陽(yáng)能電池更加耐用,還可以結(jié)合實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整電池輸出功率,合理利用能源,提高經(jīng)濟(jì)效益。由于目前一些光伏水泵的流量范圍有限,可能會(huì)在流量過(guò)大的時(shí)候超出太陽(yáng)能光伏電機(jī)功率,這樣就無(wú)法保證光伏水泵是否實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)行。目前,針對(duì)光伏系統(tǒng)開發(fā)流量范圍寬和高效區(qū)寬的專用光伏水泵不僅可以降低成本,還能夠節(jié)約許多能源,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提升[3]。

        4 結(jié)語(yǔ)

        若要進(jìn)一步推廣光伏水泵系統(tǒng),則需不斷加大研究力度,尤其對(duì)電機(jī)的研究與開發(fā)、水泵的性能研究方面均需不斷創(chuàng)新,符合相關(guān)地區(qū)的實(shí)際情況,真正為農(nóng)民解決問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

        [1]鄭國(guó),鄭萬(wàn)新.基于開關(guān)磁阻電機(jī)光伏水泵系統(tǒng)模糊控制研究[J].中國(guó)電力,2017(1):146-150.

        [2]萬(wàn)曉鳳,康利平,余運(yùn)俊,等.光伏水泵系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報(bào),2014(27):76-84.

        [3]劉家宏,徐鶴,王浩,等.太陽(yáng)能光伏水泵提水灌溉修復(fù)草場(chǎng)的水資源要求[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013(6):20-25.

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