[發明專利]一種提高光伏水泵系統效率的新技術

有效

• 申請號: 201210421069.2
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN103075330A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李杰慧;楊約葵;李艷雄;金塍川
• 申請（專利權）人: 云南卓業能源有限公司
• 主分類號: F04B49/06
• 分類號: F04B49/06
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明涉及一種提高光伏水泵系統效率的新技術，屬太陽能發電驅動水泵技術領域。

背景技術：

光伏水泵系統效率的提高大家比較關注是提高控制器和逆變器的效率，包括最大功率跟蹤(MPPT)等，其實光伏水泵系統配置是提高系統效率的關鍵。但由于太陽輻照度在一天中變化很大，當太陽輻照度較低時，由于光伏方陣輸出的功率有限，不能驅動水泵突破閥值開始工作，在沒有蓄電池配置時，這些達不到閥值的太陽輻射能就被浪費了。

有時為充分利用低輻照度的太陽能，在光伏水泵系統中增加蓄電池，將此時不能驅動水泵工作的能量存儲在蓄電池中，當蓄電池儲滿電時再用來驅動水泵工作^[1]。如果配置蓄電池也帶來兩方面的問題，一方面系統的成本增加很多，另一方面蓄電池的壽命較短，在工作5~6年就需要更換，也顯著增加了光伏水泵的運行成本。

常規光伏水泵系統為了充分發揮水泵的性能，一般配置的光伏組件功率要大于水泵約25%^[2]，但這種配置實際上在低揚程水泵中工作還比較好，但在高揚程水泵中問題就比較多，需要較高的太陽輻照度才能工作，這樣一天中就沒有多少時間可以抽水。

為了使光伏水泵在稍低光強（如300~400W/m²）下能工作需要將光伏組件的功率顯著增加，我們經過試驗證明甚至將組件配置接近翻倍在低光強下仍不能工作，而在高光強下又浪費，因為水泵不需要那么多的能量，導致系統效率不高，成本過高。

參考文獻：

[1]?趙鄭鳴，陳劍，孫曉瑛，《太陽能光伏發電最大功率點跟蹤技術》，北京：電子工業出版，2012年4月，p.132

[2]?Teresa?D.?Morales,?Design?of?Small?Photovoltaic?(PV)Solar-Powered?Water?Pump?Systems,?Technical?Note?No.?28,?issued?Oct?2010,?US?Department?of?Agriculture,?NRCS?(Natural?Resources?Conservation?Service)

發明內容

本發明目的在克服現有技術的缺點，發明一種采用采樣光伏組件或太陽電池，得到瞬時的太陽輻射及光伏組件工作溫度信息，更準確控制光伏水泵工作，真正實現光伏方陣的最大功率跟蹤，同時再采用兩個及兩個以上的相同揚程的水泵并聯工作方式，實現多臺水泵依順序啟動工作模式。

本發明是通過以下的技術方案實現的：由光伏方陣、采樣組件、逆變器、水泵三部分組成的一種提高光伏水泵系統效率的新技術，其特征在于將兩個小片太陽電池采用與光伏方陣相同的材料和工藝封裝起來，用鍍錫焊帶將這兩個小片太陽電池的輸出引出來，構成采樣小組件，將采樣小組件與光伏方陣安裝成相同方位及傾角，其中一個電池的短路電流作為太陽輻照度的采樣，另一個電池的開路電壓作為溫度的采樣，使用這個采用小組件能同時獲得光伏方陣所處位置的太陽輻照度和溫度數據；

或者將兩個小片太陽電池直接封裝在光伏組件中，該組件的引出接線盒中增加兩路輸出，其中一個電池的短路電流作為太陽輻照度的采樣，另一個電池的開路電壓作為溫度的采樣，這樣使用這個采樣小組件也能同時得到光伏方陣所處位置的太陽輻照度和溫度；

將太陽輻照度和溫度兩個數據輸送到泵組控制器中，經泵組控制器內的單片機處理后，分別控制兩臺或兩臺以上并聯連接的水泵工作，在低太陽輻照度時僅啟動一臺水泵工作，太陽光輻照強度超過一臺水泵滿負荷工作后，再啟動第二臺水泵工作，這樣依順序啟動多臺水泵工作。

每臺水泵前端與管道連接部位裝有單向閥。

所述的采樣小組件得到瞬時太陽輻射度、光伏方陣工作溫度及獲得到的光伏方陣準確功率數據后，輸送到水泵用的變頻泵組控制器中，控制軟件快速響應，采用動態太陽輻照度及方陣溫度最大功率點跟蹤（PTMPPT）控制法，直接調整水泵的工作頻率及光伏方陣的最大功率點的電壓，讓水泵運行穩定，保證水泵工作時不掉線；通過控制逆變器讓光伏方陣最大功率跟蹤太陽光照更精準、讓光伏水泵工作狀態控制更精確。

所述的裝有逆變器使用交流水泵，沒有裝逆變器只能使用直流水泵。

工作原理:為解決光伏水泵在低光強下仍能工作，提高系統的整體效率，本發明采用控制器來同時控制使用兩個及兩個以上的相同揚程的水泵并聯工作，在低太陽輻照度時僅啟動一臺水泵工作，光強超過一臺水泵滿負荷工作后再啟動第二臺水泵工作，這樣依順序啟動多臺水泵工作。