光伏水泵应用系统概述和对发展绿色大西北建设意义

    光伏水泵系统的基本原理是利用太阳电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有无噪声、全自动、高可靠、供水量与蒸发量适配性好等许多优点。联合国计划开发署、世界银行、亚太经社会等国际组织都先后充分肯定了它的先进性与合理性。目前在这些国际组织的支持下，全世界已有几万台不同规格的光伏水泵在不同地区和国家运行，特别是在亚、非、拉及中东等发展中国家，已为许多贫困地区的人民带来相当可观的经济效益，加速这些地区的发展步伐。

    伏水泵与柴油机水泵相比具有相当良好的经济性。世界银行在盛产石油的中东地区出了具有明确结论的经济性比较，就其每立方米的水价而言，光伏水泵的水价与柴油机水泵水价持平的系统功率约在40kW。由于近几年太阳电池及其它电子控制器件的降价，两者水价持平的功率在75kW 左右。德国西门子公司基于近年在世界各地安装、试验、销售各种规格光伏水泵经验的基础上，得出的结论是：柴油机水泵初期投资低是其优点，但随着运行年数的增加，其运行维护费用将不断增加，每立方米水的成本将因此而逐年增长。新疆新能源公司在塔克拉玛干沙漠进行的光伏扬水生态环境试验站也得到了相同的结论。

    光伏水泵的初期投资偏大是其缺点，但此后由于它的运行费用低和少维护或免维护等特点，其水的成本上升很缓慢，10 年以后，柴油机水泵的水成本将是光伏水泵水成本的两倍还多，两者的盈亏平衡点约在3年左右。

    在边远社区，采用太阳光伏系统供电提水设备解决这些无电地区的人畜饮水和灌溉问题，是理想的方式之一。一方面，中国西部边远地区太阳能资源丰富；另一方面，光伏提水设备无污染、无噪声，可靠性高，维护工作量极小。据中国国家水利部有关专家试验测评，在中国光伏提水成本小于0.2 元/t，比柴油机提水成本低一半左右。而其可靠性远超过风力提水。随着太阳电池价格的下降，光伏提水应用前景更加广阔。光伏水泵系统由４部分组成：:太阳电池组件、功率点跟踪/控制（逆变）器、电机和水泵系统。

电机和水泵

    光伏水泵系统的一切措施都是为了能稳定、可靠地多出水，或者说都要落实在电机、水泵的工作上，它们往往构成一个总成件，这个总成件要求有的可靠性及高效率。对于光伏水泵而言，电机和水泵的搭配并不象常见的电机和水泵搭配那样“随便”，由于电机的功率等级、电压等级在很大程度上受到太阳电池组件的电压等级和功率等级的制约，因此对水泵扬程、流量的要求被反映到电机上时，往往必须在兼顾太阳电池组件结构的条件下专门进行设计。出于不同用户的不同要求，光伏水泵用驱动电机有：不同电压等级的传统直流电动机，直流无刷永磁电动机，三相异步电动机，永磁同步电动机，磁阻电动机等。从目前的使用情况看，以三相异步电动机及直流无刷电动机为多，大功率系统仍以采用高效三相异步电动机为主。在进行电机设计时要充分考虑到光伏水泵的具体运行条件，主要是：变频运行、负载率早晚变化较大等。在这种情况下要力争使电动机全日、全年的总平均效率为高，它不象普通电动机那样可以认为它是一直处于具有恒定电压的电源带动下工作的。

    光伏水泵系统中水泵的选择与设计也甚有特点。根据用户对流量、扬程的不同要求，按经济性、可靠性大致可按以下原则选择泵型：要求流量小、扬程高的用户，宜选用容积式水泵；要求流量较大，且扬程也较高的用户，宜选用潜水式电泵；需要流量较大，但扬程却较低的用户，一般宜采用自吸式水泵电机和水泵。

光伏水泵系统技术日趋成熟，可以大规模应用于西北地区

    光伏水泵技术涉及到的学科领域比较多，从系统构成的角度看，它不同于常规的“电源+水泵”，而是光、机、电、电力电子、计算机技术、多机群控技术等学科的综合。我国清华大学、合肥工业大学、浙江大学、西安交通大学、中科院电工所等多所高等学校和国家级的科研院所在国家科委、国家科委、国家经贸委以及原机械工业部的支持下的科技攻关计划，目前已经达到了可以批量产业化生产的程度，其技术水平已经可和国外发达国家的产品水落石出平相媲美。从经济性的角度看，光伏水泵的运行成本已经证明大大低于柴油机水泵，由于近两年来国内外半导体太阳电池的不断降价，使光伏水泵相对于柴油机水泵的水价优势更加令人瞩目。除此之外，它还具有无人值守、高可靠性、和农作物的水蒸发量适配性好等到物有的优点。图1给出了光伏水泵系统和柴油机水泵运行经济性的比较。

建设绿色大西北具有经济、社会、环境多方面重要意义

适应经济建设战略重点西移

21世纪中国经济建设的战略重点将移向大西北，不仅矿产等原材料和煤、石油、天然气等能源生产基地将移向西北地区，农业、牧业也将把西北地区作为俦发展地区。

加快西北边远地区和少数民族地区肌贫步伐

西北地区大部分是我国的边远地区和少数民族聚居地区。由于自然条件差，历史上汉族与少数民族之间的不平等，西北地区的社会发展一直落后于东部地区，加快发展西北地区的经济，消除贫困，对于稳定和平衡发展具有重要意义。

西北贫困地区的首要问题是水的问题。在西北一些严重干旱地区，至今连饮水问题都还没有彻底解决，贫困程度可想而知。在可利用草地面积中，有30％因为缺乏人畜饮水而未能利用。应用光伏水泵对于解决这些贫困地区的饮用水和农牧业用水具有特别重要的意义。

有利于改善西北地区的生态环境

由于人为破坏和不合理开发活动，使本来就很脆弱的生态环境日益恶化，水上流失、森林减少、土地沙化、盐碱化、荒漠化、物种减少等生态环境问题越来越严重。推广应用光伏水泵技术，合理开发水、土等资源，建设绿色大西北，对于改善西北乃至全国的生态环境都有极其重要的意义。

西北地区水资源可以满足需要

水资源是指可更新补充可永续利用的淡水资源，属于可再生资源。水资源总量包括河川面只的32%,水资源为全国的8%,因此从总体上看西北地区水资源非常贫乏.二是地下水资源相对丰富,地下水在水资源总量口的比例高达45%,因此在西北地区水资源中,地下水占有十分重要的地位。三是地下水资源大部分分布在山前平原地带，主要如祁连山、天山、昆仑山山前地带。对这些地带而言，地下水资源是丰富或比较丰富的。而这些地带正是可耕土地和人口集中分布的地带，是主要经济带。 

改善生态环境

应用光伏水泵和节水灌溉技术可以在沙漠中大面积植树造林，大大提高造休成活率，促进三6北防护林建设． 扩大41M面积和人工草地面积，可以防止土地退化、沙化将为减入显著.大于20年的费用2万圆,按照20年算的效益更加显著。