郑州地区小型光伏水泵系统试验研究

发布时间：2020-05-07 16:41

【摘要】：作为太阳能光电开发应用的一个重要分支,光伏水泵系统无需燃料消耗,具有易安装、低维护、无人值守、低运营成本、清洁无污染等优点,被认为是目前最有可能满足无电、缺电区域保障农作物灌溉和人畜饮水的首选方案。本文针对郑州地区的日照条件开展小型直流光伏水泵系统的试验研究,旨在试验查明、验证郑州地区推广应用小型光伏水泵系统的可行性,主要工作如下:(1)根据历年的日照统计结果,分析了郑州地区的太阳能资源条件,结果表明郑州地区太阳能资源丰富且比较稳定,具有较好的光伏发电应用前景。简述了光伏水泵系统的基本结构与分类,研究了光伏阵列最大功率点追踪和电机水泵总成的控制需求。(2)根据各类水泵的特点及其在固定式农田灌溉、便携移动式园林灌溉中的应用场合需求,选定并阐述了适用于郑州地区推广应用的两种小型直流电机水泵总成:高扬程、低流量的3DS-4-0030-100型三相直流容积活塞泵和低扬程、大流量的ZQB3X8-24型两相直流离心泵。(3)为便于室外试验和推广,本文以3DS-4-0030-100型光伏水泵系统为原型,设计、搭建了小型光伏水泵系统试验台。该试验台具有以下特点:光伏阵列安装架的倾角在18~51°范围内连续可调,缩口型圆柱水箱适用于大多数小型电机水泵总成,试验台安装万向脚轮可移动,构件采用螺栓连接,制造、组装、拆卸简易方便。(4)基于双管Buck-Boost变换原理,利用STM32F103RET6单片机设计了一种宽输入电压范围的光伏阵列控制器。该控制器硬件包括单片机最小系统电路、系统供电电路、双管Buck-Boost电路和信号采集电路,系统软件以占空比控制为核心,采用基于电导增量法的组合式算法对光伏阵列进行最大功率追踪。(5)郑州地区冬季日照条件下,进行了两种小型光伏水泵系统的性能试验,测试了本文设计的光伏阵列直流变换控制器在不同负载模式下的占空比调制和最大功率追踪效果,并进行了数据分析。试验结果表明:3DS-4-0030-100型和ZQB3X8-24型光伏水泵系统在郑州地区冬季弱光照(小于550W/m~2)、低温(小于20℃)、低容量(小于140W)光伏阵列输入的情况下每天依然可以工作6小时以上,可以满足郑州地区固定式农田灌溉和便携移动式园林灌溉需要。不同负载模式下的占空比调制和MPPT性能试验结果表明,本文设计的光伏阵列直流控制器能够较好的实现最大功率追踪,主要表现为追踪速度快,追踪结果准确、稳定。以上结果表明,郑州地区具有较好的光伏水泵系统应用条件,小型光伏水泵系统具有较好的推广应用价值。
【图文】：

的同时强力推进能源结构变革，逐步深化可再生能源的工程应用研究。太阳能绿色无污不尽、用之不竭，而且资源分布广泛、适宜就地开发利用，已经成为世界各国的研究热阳能的利用方式中，光伏发电以电能作为最终能量形式，能量通用性好，传输方便，可光热利用和光化学转换方式无法替代的优势[2]。目前，光伏发电系统在国内主要应用于以面[3]：一是为无电地区提供电力，例如偏远村庄供电，利用光伏水泵保障农作物灌溉和人要；二是在通信和工业场合应用，如无线通信系统、微波中继站供电等；三是日照丰富中型光伏发电并网系统；四是民用光伏系统，主要是太阳能路灯，观光农业提水等。毋光伏发电技术已经渗透到国防科技建设、工农业生产、人民日常生活的各个层面，为满续增长的能源需求提供了新的解决方法和途径。1 光伏水泵的研究意义作为太阳能光电开发应用的一个重要分支，光伏水泵系统静音、无污染的将太阳能转化之后辅以电力电子变换技术控制电动机驱动水泵从江河湖泊或深井中提水，其基本结构用如图 1-1 所示。与风力提水、柴油机提水单元相比，，光伏扬水无需燃料消耗和大量的，系统规模可大中小并举，具有易安装、低维护、无人值守、低运营成本、清洁无污染等优点，被认为是目前最有可能满足无电、缺电区域保障农作物灌溉和人畜饮水的首选

农业农村发展，需要“坚持新发展理念”，这是习近平总书记在中央农业农村工作会议中定的基调。河南作为农业大省，农业生产的平稳增长、农村经济的蓬勃发展和农民收入有效增在全省的快速健康发展中起到“压舱石”作用。要“坚持新发展理念”，就必须重视培育农业农村、农民发展的新动能。国家能源局、国务院扶贫办发布的光伏扶贫工程工作方案指出，光伏扶贫必然走农村、农业农民的"三农"道路。光伏水利是光伏扶贫政策的最佳实践和推广应用领域，光伏水利有利于提农业水利建设，实现光伏绿色扶贫、光伏农业扶贫，走特色光伏扶贫之路，致富"三农"。目前光伏扶贫工作首批已在河北、山西、安徽、甘肃、宁夏和青海六省率先开展试点，利用光伏水技术把太阳能资源应用在农业水利建设方面、农作物种植方面和农田灌溉方面，将光伏与农业效结合，帮助农村生产，农业增产，农民增收[6]。1.1.2 郑州地区的太阳能资源条件我国疆域辽阔，太阳能资源丰富，约 2/3 的国土面积年日照在 2200h 以上，年太阳辐射量超5000MJ/m2[7]，如图 1-2 所示。河南省地处我国中部，属于太阳能资源良好区。这为河南省充分用太阳能能源、减少化石能源消耗，改善能源结构、增强可持续发展能力提供了较好的资源保证如表 1-1 所示。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S277;TM615

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本文编号：2653250