淺析光伏在澆灌中的運用論文
1光伏灌溉系統
(1)綜合成本(初期投資及運行維護費用)較架設電網(wǎng)方案及柴油發(fā)電方案均低。
(2)系統安裝、操作、維護簡(jiǎn)單，運行成本低。由于光伏灌溉系統運行過(guò)程無(wú)運動(dòng)部件，無(wú)機械磨損，故障率低，維護費用低。
(3)系統直接將太陽(yáng)能轉換為電能利用，無(wú)環(huán)境污染，無(wú)需支付能耗費用。
(4)系統采用智能化控制技術(shù)，具有完善的保護功能，可實(shí)現全自動(dòng)控制，無(wú)需人工值守。
(5)系統采用IP65設計，可直接戶(hù)外安裝，無(wú)需建設專(zhuān)用機房。
(6)使用范圍廣，不受地域、外部環(huán)境的限制。
(7)系統采用變頻調速控制，實(shí)現水泵電機的軟啟動(dòng)，避免水泵電機直接啟動(dòng)的沖擊，可有效延長(cháng)水泵及電機的壽命。
(8)可利用光照條件直接實(shí)現灌溉水量的自動(dòng)調節，實(shí)現農田灌溉的用水平衡。
2光伏灌溉與柴油機灌溉系統費用情況比較
以1.1kW水泵供水系統為例，我們將光伏水泵供水系統與柴油水泵供水系統做了一個(gè)投資運行費用情況比較，(注：考慮到兩者灌溉系統投資及運行費用基本無(wú)變化，故僅包括供水系統，不包括灌溉系統)。1.1kW光伏供水系統較柴油供水系統初期投資高11000元，但每年運行費用可節約14490元；這樣投資光伏供水系統，當年即可節約3490元，第二年則可節約14490元。而且兩年后，柴油發(fā)電機組基本報費，需重新投資，采購柴油發(fā)電機組。所以光伏供水系統較柴油供水系統，經(jīng)濟價(jià)值非常明顯。37.5kW光伏灌溉系統方案設計(1)光伏灌溉系統方案設計基本條件本項目方案采用從深井中取水，根據業(yè)主提供的項目實(shí)施地的水文條件，水井動(dòng)水位為井下40m；另當地主要灌溉月份為5月、6月、7月、8月，所以我們僅取項目實(shí)施地5～8月份日照時(shí)間模型，來(lái)作為項目方案計算依據。(2)光伏灌溉系統方案計算已知條件：水井動(dòng)水位為井下40m，輸水管等傳輸壓力損失為6m，灌溉季節為5～8月，灌溉額定需水量約18t/h最大需水量約20t/h，平均日需水量約100t/h；光照強度如光伏灌溉系統方案設計基本條件所述。
3水泵的選擇
H=ηh其中，H為光伏系統所需揚程；η為光伏系統揚程系數，取1.4；h為進(jìn)水口所需壓力，取70m；故水泵揚程選擇H=70m；參考水泵選型手冊，選擇7.5kW深井水泵。水泵逆變器的選擇根據水泵，對水泵逆變器、光伏組件行匹配。水泵輸出功率為7.5kW，配套使用的光伏水泵逆變器輸出功率為7.5kW，選用EHE-P7K5H光伏揚水逆變器。EHE-P7K5H光伏水泵逆變器具有的特點(diǎn)有：具有先進(jìn)的啟動(dòng)技術(shù)、MPPT技術(shù)及高轉換效率設計，保證系統效率最大化；因采用高效設計技術(shù)，保證系統出水量最大化，同等配置情況下，出水量為目前業(yè)內最高；具有精確PID調節功能，可實(shí)現智能化揚水系統快速、準確、穩定的全自動(dòng)智能調節，可完全無(wú)人值守；自帶無(wú)功補償功能，確保系統功率因數，降低能量傳輸線(xiàn)路損耗；完善的'保護功能，包括打干、缺水、過(guò)載、欠壓、漏電等保護，確保系統安全可靠；可根據用戶(hù)需要，選配光伏/市電自動(dòng)切換功能，實(shí)現光伏、市電的自由切換，增加光伏揚水系統的使用靈活性，對于供電不穩地區特別適用；包括各種遠程通信功能，可遠程查看、控制系統的運行狀態(tài)和運行模式；IP65防護等級的戶(hù)外系統，適應各種應用環(huán)境，低安裝成本；運行環(huán)境溫度范圍廣，最高可達70℃；完備的系統保護機制，延長(cháng)系統的使用壽命；根據客戶(hù)不同需求提供各種解決方案，如防盜、GPS遠程通信、兼容市電輸入等需求。光伏組件功率配置經(jīng)驗公式為：W=ηP其中，W為光伏組件功率；η為光伏組件修正系數，取1.4；P為逆變器額定功率。由式可計算出：光伏組件功率W=1.4×7.5kW=10.5kW綜合考慮逆變器的輸入電壓、電流，并考慮到系統配置的經(jīng)濟性，本系統設計采用45塊230W電池板15串3并連接，電池板參數。陣列占地面積計算選用的45塊電池板擺放方式為2行23列的陣型排列，考慮到設計與制造的統一性，分別按8個(gè)陣列為一個(gè)子陣，共6個(gè)子陣，最后一個(gè)子陣空出3塊電池板的空間，安裝項目介紹牌。其安裝后的照片。經(jīng)過(guò)工程計算得：電池板安裝傾斜角為50，電池板安裝面積占地約為75m2；另考慮到電站系統的安全性，系統周?chē)O置護欄，內部設人行檢修通道等，綜合計算，占地面積約160m2抽水量計算根據當地每月的日照和溫度的不同分別計算了5～8月份的抽水量和輸出功率情況，計算結果見(jiàn)表7。其中，5月份每天分時(shí)相關(guān)數據見(jiàn)表8。由以上所述可知，該7.5kW光伏灌溉系統5～8月份，在滿(mǎn)足揚程要求的情況下，每天抽水總量分別為：120t、117t、103t、99t，完全滿(mǎn)足既定要求。
4方案的實(shí)施
上述方案設計完成后，于2013年4月開(kāi)始實(shí)施。由于4月我國東北地區尚未解凍，給施工帶來(lái)較大難度；同時(shí)項目地點(diǎn)缺水缺電，又地處偏遠，交通不便，物資又較為匱乏。但項目人員克服種種困難，從設計到完成灌溉系統的調試，僅用了不到一個(gè)月的時(shí)間，如期在4月底完成灌溉系統全部改造工作，并交付客戶(hù)使用，通過(guò)客戶(hù)初步驗收，有效保證了客戶(hù)春耕季節的灌溉供水。為用戶(hù)的節能、節水、農業(yè)增產(chǎn)增收提供了強有力的保障。在該項目實(shí)施中，我們發(fā)現由于實(shí)際水位較原始所提供數據有出入，實(shí)際水井靜水位為地下15m，動(dòng)水位為地下2m，故水泵安裝地下28m。該項目設施的現場(chǎng)照片如圖3所示。四項目實(shí)施后效果項目實(shí)施完成后，我們抽取一天進(jìn)行實(shí)際抽水量的測試（用灌滿(mǎn)一箱2.5t水箱所用時(shí)間計算）。從上述測試數據看出，平均抽水量約為30t/h(估算值)，當天工作時(shí)間自早晨5:00至晚上18:00，工作約13h，故每天抽水量估算390t，遠大于設計指標。項目交付業(yè)主使用后，恰逢春播季節，該灌溉系統不僅滿(mǎn)足了業(yè)主自家田地的播種灌溉，尚有多余水以銷(xiāo)售形式輸送給周邊農戶(hù)灌溉，取得良好的經(jīng)濟效益。五經(jīng)驗根據筆者項目設計經(jīng)驗及在該項目實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題，總結以下經(jīng)驗以供今后在類(lèi)似項目實(shí)施時(shí)借鑒：
(1)項目地處東北，施工期短，要趕在春耕期前完成項目改造，必須在凍土情況下施工，這給施工帶來(lái)很大難度，又增加了項目施工成本，故要實(shí)施類(lèi)似項目，應做好規劃，在非凍土季施工，可極大地節約項目成本。
(2)此類(lèi)項目實(shí)施地點(diǎn)均為缺水缺電地區，所以項目實(shí)施前要做好充分的準備，技術(shù)方案與施工方案均要避免在現場(chǎng)用水、用電。
(3)組件支架的設計要充分考慮當地的自然條件，如積雪及風(fēng)力，系統應能充分滿(mǎn)足最大雪載荷及風(fēng)載荷的要求。
(4)由于地處較為偏遠的農田中，系統設計要充分考慮防盜與安全，特別是光伏電池組件與水泵逆變器，當有陽(yáng)光照射時(shí)，系統即可能帶電，由于非專(zhuān)業(yè)人士的認知水平問(wèn)題，可能有導致誤觸電的危險，所以系統設計時(shí)，必須要充分考慮防觸電的安全設計，包括增加防護欄、采用防隨意插拔連接器的設計等。
(5)由于很多地區灌溉季節較短，如果僅僅將光伏系統用于灌溉，則在非灌溉季節，太陽(yáng)能源卻被白白浪費，為充分提高太陽(yáng)能的利用率，在條件的許可下可為用戶(hù)設計光伏綜合利用系統，即在灌溉季節，光伏系統用于農業(yè)灌溉，在非灌溉季節，可利用光伏系統實(shí)現人畜用水的提水；或采用蓄電池儲能，用于家庭生活供電等。
5結論
對于廣大缺水、缺電地區，較架設電網(wǎng)或采用柴油發(fā)電灌溉的方式，具有綜合投資少、節能、環(huán)保、可靠性高、使用、維護方便等特點(diǎn)，對農業(yè)增產(chǎn)、增收具有巨大的經(jīng)濟價(jià)值。
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