多功能無人值守式光伏水泵的設(shè)計-蓄水箱說明書解析

目錄TOC\o"1-3"\h\u1太陽能水泵系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 51.1國外研究現(xiàn)狀 51.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 51.3太陽能水泵系統(tǒng)基本原理及結(jié)構(gòu) 61.3.1太陽能水泵系統(tǒng)基本原理 61.3.2太陽能水泵系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 71.4設(shè)計的目的及意義 82蓄水箱總體設(shè)計 92.1水箱設(shè)計基本概況 92.1.1水箱造型示意圖2.1.2蓄水箱的形狀尺寸及參數(shù)2.1.3蓄水箱載荷分析2.1.4蓄水箱箱體應(yīng)力及變形的分析計算2.2蓄水箱材質(zhì)選擇 92.2.1鍍鋅鋼板水箱 92.2.2不銹鋼水箱 92.2.3鋼筋混凝土現(xiàn)場灌注的水箱 102.2.4玻璃鋼水箱 102.2.5搪瓷鋼板水箱 102.3蓄水箱有效容積和公稱容積 102.4蓄水箱應(yīng)設(shè)置的配管和必要的附件 112.4.1進水管 112.4.2出水管 112.4.3溢流管 112.4.5人孔、人梯 122.5水箱衛(wèi)生要求及防腐蝕 122.6水箱設(shè)計存在尚待解決的問題 133.太陽能水泵的應(yīng)用 133.1經(jīng)濟作物和農(nóng)田灌溉 133.2荒山治理 133.3水土流失防護 133.4荒漠化和沙化土地治理 143.5畜牧用水和草場灌溉 143.6生活用水 144.太陽能水泵系統(tǒng)的研發(fā)方向和優(yōu)化設(shè)計的建議 144.1太陽能水泵系統(tǒng)的研發(fā)方向 144.2太陽能水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的建議 155.結(jié)束語 16謝詞參考文獻(xiàn)多功能無人值守式光伏水泵的設(shè)計——蓄水箱的設(shè)計王瑞王曉暄摘要：太陽能水泵系統(tǒng)是涉及太陽能采集與變換、電力電子、電機、水泵等多門學(xué)科專業(yè)綜合配套的一門新興技術(shù)，它是發(fā)展新能源利用和節(jié)能減排的重要手段和成果，因其符合新能源戰(zhàn)略發(fā)展的需要而備受關(guān)注和重視。本文簡述了太陽能水泵系統(tǒng)的組成和基本原理，回顧了太陽能水泵系統(tǒng)的發(fā)展歷程和國內(nèi)外現(xiàn)狀，介紹了近年國內(nèi)出現(xiàn)的幾種有代表性的光伏提水裝置，提出了太陽能水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的建議，最后展望了系統(tǒng)研究的應(yīng)用前景和研發(fā)方向。關(guān)鍵詞：太陽能；光伏提水；研究與應(yīng)用IntroductiontothesolarwaterpumpsystemWangruiWangxiaoxuanAbstract:PVwater-liftingisoneofthenewtechnologiesthatinvolvevariedsubjectsanddisciplinessuchasPVsolarenergycollectionandtransformation,electronics,motorsaswellaspumps.Itsapplicationisnotonlyanimportantmeansforthedevelopmentofnewenergyutilizationbutanachievementofenergysavings．Ithasattractedin-creasingattentionasitsatisfiesthestrategicneedsofdevelopingnewenergy.ThepaperreviewsthehistoryofPVwaterliftingtechnologydevelopment,makesanintroductionontypicalPVwaterliftingdevicesusedhomeandabroadinrecentyears,Putforwardtheoptimizationdesignsuggestionsofsolarwaterpumpsystem,finallyforecaststheapplicationprospectanddevelopmentdirectionofthesystem.Keywords:solarenergy;PVwaterliftingtechnology;researchandapplication1太陽能水泵系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀1.1國外研究現(xiàn)狀聯(lián)合國國際開發(fā)署、世界銀行組織(WB)、亞太經(jīng)社會(ESCA戶)等國際組織都先后在多個場合充分肯定了它的先進性與合理性,目前在這些國際組織的組織與支持下,全世界已有數(shù)萬臺不同規(guī)格的光伏水泵在不同地區(qū)和國家運行,特別是在亞、非、拉及中東等發(fā)展中國家,已為許多貧困地區(qū)的人民帶來了可觀的經(jīng)濟效益,加速了這些地區(qū)的脫貧步伐,體現(xiàn)了令人鼓舞的社會效益。光伏水泵系統(tǒng)從技術(shù)上說是一個比較典型的“光、機、電一體化”系統(tǒng),它涉及太陽能的采集、變換及電力電子、電機、水機、計算機控制等多個學(xué)科的最新技術(shù),因此己被許多國家列為重要的發(fā)展對象,中東、非洲有不少國家更是制定計劃,期望依藉太陽能水泵及微灌、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等新技術(shù)在地下水資源比較充裕的干旱地區(qū)把家園改造為綠洲。1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國在80年代開展了太陽能熱動力水泵的研究，試制成平板集熱器型低溫太陽能熱動力水泵，采用隔膜泵抽水，晴好天氣，每天可抽水3-7噸，揚程達(dá)18米。同時也開展了中溫太陽能水泵的研制。在北京還建成由德國提供的風(fēng)能、太陽能熱動力混合式水泵一臺，功率為3kW。在90年代，中國開展了光伏水泵的研究，先后試制成百瓦級和干瓦級光伏水泵，并建立了光伏水泵生產(chǎn)企業(yè)，能批量生產(chǎn)百瓦級光伏水泵。其代表產(chǎn)品有深圳大明生產(chǎn)的DHB和安徽日泉生產(chǎn)的NSP等系列光伏水泵。DHB和NSP系列光伏水泵也是國內(nèi)最早的一代光伏水泵，其性能基本上能代表我國20世紀(jì)80—90年代的技術(shù)水平。目前，中國研制的2.5kW光伏水泵正在新疆運行。獅泉河、日土、改則、尼瑪、扎囊等地建成6座光伏水泵系統(tǒng)，總裝機容量2個多千瓦，除解決草場灌溉外，還解決了本地區(qū)的人畜飲水問題，結(jié)束了依靠人力背水的歷史，極大的解放了勞動力。（1）關(guān)于DHB系列光伏水泵共分漂浮泵和潛水泵兩大類。DHB潛水泵的功率為420W，當(dāng)最大揚程為30m時流量達(dá)1.3m/h。（2）關(guān)于NSP系列光伏水泵與DHB屬于同一代產(chǎn)品，其設(shè)計思路和結(jié)構(gòu)基本相同。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍然采用太陽能光伏陣列→逆變器（具有最大功率點追蹤功能）→三相異步交流電機→多級離心式潛水泵→出水管路的布置形式。其系列產(chǎn)品的參數(shù)見表1表1NSP系列泵主要技術(shù)參數(shù)型號NSP-250NSP-370NSP-420NSP-550額定流量（m3/d）12151314額定揚程（m）10152025額定功率（w）250370420550適用井徑（mm）≥101.61.3太陽能水泵系統(tǒng)基本原理及結(jié)構(gòu)1.3.1太陽能水泵系統(tǒng)基本原理太陽能水泵系統(tǒng)的工作原理可簡易地表以圖1，有光照的白天光伏發(fā)電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電直接驅(qū)動電機工作，另一路是給蓄電池充電作為儲能，一旦遇到陰雨天或者夜晚想要使用時可通過蓄電池放電來驅(qū)動電機工作，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮更全面、更適合居住在偏遠(yuǎn)無電陽光充足的的地方應(yīng)用。圖1光伏水泵工作原理簡圖1.3.2太陽能水泵系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)（1）光伏陣列光伏陣列是由光伏板通過先串后并的順序進行連接而成，組件組合容量可以根據(jù)接線盒、用戶要求等實現(xiàn)數(shù)百瓦到兆峰瓦的各個等級。組件分為單晶桂和多晶桂兩種，按生產(chǎn)出來的質(zhì)量又可分為A片、B片；用戶可以根據(jù)自己的經(jīng)濟實力選擇不同的電池片，當(dāng)然不同電池片的發(fā)電情況是有差異的。(2)DC/DC環(huán)節(jié)這是由于太陽電池陣列具有非線性的電源特性,為保證陣列在任何日照和環(huán)境溫度下都將提供相應(yīng)可能的最大功率輸出,必須引入該環(huán)節(jié),在太陽能光伏技術(shù)中稱它為“最大功率點跟蹤器(MPPT—MaximalPowerPointTracker)”。（3）DC/AC環(huán)節(jié)DC/AC環(huán)節(jié)就是將電池板發(fā)的電在前級升壓之后，驅(qū)動板工作，將直流電壓通過逆變橋轉(zhuǎn)換成交流以供電機使用。(4)馬達(dá)(驅(qū)動電機)驅(qū)動電機分為很多種，在等級較小的太陽能水泵系統(tǒng)中，為了好的提水效率，一般使用直流無刷電機在一些規(guī)模很大的太陽能水泵系統(tǒng)中，還有人用異步電機的。近代為了進一步提高提水高度，己經(jīng)發(fā)明了集群控制技術(shù)，多機群控技術(shù)對多臺水系進行控制。(5)水泵對于太陽能水泵系統(tǒng)而言,水泵類型的選擇同樣至為重要。在功率不大的系統(tǒng)中,若用戶要求揚程高但流量較小的情況下,宜選擇容積式正位移水泵，在其它情況下可能以采用離心式或軸流式水泵。關(guān)于光伏水泵系統(tǒng)配用泵型的選擇與考慮,(6)水塔及儲水設(shè)施如果光伏水泵系統(tǒng)應(yīng)用于冬季寒冷地區(qū)(如我國廣大西部地區(qū)),則宜采用防凍儲水設(shè)施,例如中間抽真空或?qū)嵰越^熱材料的雙層水箱或水塔,引水管道亦應(yīng)采用抗低溫材料并做防凍處理。1.4設(shè)計的目的及意義“太陽能水泵系統(tǒng)”是太陽能開發(fā)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，它具有無污染、蘊藏量大以及可靠性高的優(yōu)點，該系統(tǒng)是光、機、電、控制技術(shù)等多學(xué)科交叉、結(jié)合的體現(xiàn)。太陽光通過光伏板轉(zhuǎn)換為電能從而驅(qū)動各類電機帶動水泵從地下或河流中抽出水，用作牧區(qū)、草原、邊防哨所等偏遠(yuǎn)缺電、無電地區(qū)的人畜飲用和灌概使用。隨著太陽電池及電力電子技術(shù)的不斷進步和現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷發(fā)展，全球光伏水泵的技術(shù)及應(yīng)用突飛猛進地在發(fā)展，在許多發(fā)達(dá)國家已逐步地被用于花園、別墅、草地及宿營地等的供水設(shè)施,漸漸成為文明時尚的產(chǎn)品。發(fā)展中國家也已逐步使用光伏水泵來供水，既節(jié)約能源，又保護環(huán)境。利用太陽能驅(qū)動光伏水泵進行提水在無電、嚴(yán)重缺電的干旱、半干旱地區(qū)灌溉方面具有廣闊的應(yīng)用前景,對保護環(huán)境、減少化石能源使用和節(jié)約水資源有著十分重要的意義。2蓄水箱總體設(shè)計2.1水箱設(shè)計基本概況在給水工程設(shè)計中，經(jīng)常采用給水箱作為給水系統(tǒng)的高峰調(diào)節(jié)儲水設(shè)備。它的特點是使體系運行經(jīng)濟、可靠、操作簡單、管理方便。長期以來,給水箱以標(biāo)準(zhǔn)圖的形式供設(shè)計選用，根據(jù)建設(shè)部建設(shè)[1998]13號文〈關(guān)于印發(fā)《一九九八年國家建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計編制工作計劃》的通知〉，對原國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計《方形給水箱》、《裝配式給水箱選用安裝圖》、《沖壓鋼板給水箱選用安裝圖》進行修編。在編制和調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn),給水箱設(shè)計及工廠生產(chǎn)制作的各種材質(zhì)的成品給水箱在工程實際中沒有很好滿足使用要求，沒有按有關(guān)規(guī)范、規(guī)定要求設(shè)計制作,對其基本設(shè)計原則有模糊之處?，F(xiàn)就編制給水箱標(biāo)準(zhǔn)圖過程中的體會，以生活飲用水箱為主，提出給水箱設(shè)計的原則。2.1.1水箱造型示意圖蓄水箱設(shè)計成箱蓋、箱體、兩個部分（如下圖2所示）。箱蓋造型設(shè)計：考慮到箱體在使用過程中會上人，箱蓋設(shè)計時留有人孔。

箱體造型設(shè)計：蓄水箱箱體設(shè)計成圓柱形，并設(shè)置人梯，以便維修及觀察水箱情況。還設(shè)置吊環(huán)以此來安裝蓄水箱。箱底造型設(shè)計：從使用和受力角度考慮，箱底一般設(shè)計成平底。水箱各部件的連接采用焊接與螺栓固定，并注意密封。圖2蓄水箱結(jié)構(gòu)圖1—進水管；2—水管緊固件；3—吊環(huán)；4—水箱蓋；5—水箱；6—銷；7—人梯；所設(shè)計的蓄水箱在室外露天安裝,箱體設(shè)計為圓柱形，箱底用地腳螺栓固定，用來裝載水泵抽出的水，以供人畜使用及農(nóng)牧灌溉。2.1.2蓄水箱的形狀尺寸及參數(shù)已知蓄水箱容積V=15.75m3，水箱側(cè)面半徑R為50cm，水箱長度A為255.7cm，水箱寬度B為300cm，水箱高度H為219cm，水位高為h，箱體壁厚等于箱底厚,生活用水的的密度為ρ=1.0*103kg/m3。安裝在室外平地上。由于蓄水箱尺寸較大，考慮到蓄水箱的承載問題，從而取t=t（b）=0.3cm。蓄水箱箱頂主要受力載荷為雪載荷及人載荷，均為軸向應(yīng)力作用。2.1.3

蓄水箱荷載分析

（1）靜水壓

設(shè)計靜水壓，按蓄水箱箱體內(nèi)的最高水位計算。靜水壓參照下表2取值。表2靜水壓取值項目數(shù)值水箱高度（m）1.52.02.53.0最高水位（m）2.6靜水壓值0.0120.0160.0210.026按照所設(shè)計的水箱尺寸標(biāo)準(zhǔn)，取靜水壓為0.021MPa（2）風(fēng)壓荷載

風(fēng)壓載荷根據(jù)我國主要地區(qū)基本風(fēng)壓值表查得，新疆地區(qū)基本風(fēng)壓為W=30kg/㎡。換算得到本設(shè)計所需承受的計算風(fēng)壓荷載為0.0003MPa。（3）人荷載

人荷載以980N/0.3X0.3㎡計算。

（4）荷載組合

由于其他的荷載很小可忽略不計，所以按靜水壓荷載設(shè)計。2.1.4蓄水箱箱體應(yīng)力及變形的分析計算

風(fēng)壓作用下，把蓄水箱視為懸臂梁。此時蓄水箱沿軸向迎風(fēng)免受拉，背風(fēng)面受壓。箱底的最大彎矩為：2/2（2-1）迎風(fēng)面的最大軸向拉應(yīng)力為：（2-2）蓄水箱箱體在水箱自重及靜水壓力作用下,受到壓縮應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力。該應(yīng)力值在箱體與箱底聯(lián)接處最大。由自重產(chǎn)生的最大壓縮應(yīng)力由下式計算:（2-3）式中：y—材料的密度；

R—水箱半徑；

H—水箱高度；

t—箱體厚度由靜水壓產(chǎn)生的最大環(huán)向應(yīng)力由下式計算

（2-4）式中：r—生活用水的密度；

R—為水箱半徑；

h—為水位高度；

t—為水箱壁厚由靜水壓產(chǎn)生的最大撓度由下式計：（2-5）將數(shù)據(jù)代入公式，得出靜水壓時蓄水箱產(chǎn)生的最大撓度。2.2蓄水箱材質(zhì)選擇目前適合做水箱的材料有許多種，最常見的材料有鍍鋅鋼、不銹鋼、鋼筋混凝土、玻璃鋼、搪瓷鋼板等。2.2.1鍍鋅鋼板水箱它價格雖較不銹鋼低,但其鍍鋅層的使用年限限制和國家對鍍鋅行業(yè)的限制，且因為它的生產(chǎn)過程對環(huán)境造成污染，所以應(yīng)用前景逐漸趨淡。普通焊接鋼板水箱的選擇，主要局限于工業(yè)不發(fā)達(dá)地區(qū)及對衛(wèi)生要求不高的場所，它價格較低，便于現(xiàn)場加工制作。2.2.2不銹鋼水箱特點是：堅固、不污染水質(zhì)，耐腐蝕、不漏水，清洗方便，重量輕，不滋生藻類，容光煥發(fā)易保溫，美觀且施工方便，但價格高。隨著不銹鋼生產(chǎn)工藝的完善和價格的降低,在工程中應(yīng)用日趨廣泛，它自身輕、移裝較方便、無毛細(xì)孔、不長青苔，且耐弱酸弱堿,是我們目前工程設(shè)計中作為水箱的首選材質(zhì)。2.2.3鋼筋混凝土現(xiàn)場灌注的水箱這種水箱重量大，施工周期長，與配管周邊接處易漏水，而且清洗時表面材料易脫落。鋼筋混凝土水箱能與建筑物同時澆鑄、處理，對抗震設(shè)防有一定缺陷的部位應(yīng)有適當(dāng)?shù)募訌姶胧?。但混凝土水箱貯水易生藻類且不便清洗，而且重量大，目前工程設(shè)計中較少采用鋼筋混凝土水箱。2.2.4玻璃鋼水箱不受建筑空間限制，管應(yīng)性強，重量輕，無銹蝕，不滲漏，外形美觀，使用壽命長，保溫性能好，安全可靠，安裝方便，清洗維修簡單。模壓玻璃鋼其整體質(zhì)量大大優(yōu)于手工敷制的玻璃鋼,它耐腐蝕性好,但其長期的慢浸毒理性能無法得到根本抑制,若長期飲用對人體的健康會造成影響,在目前一般作為污水及消防專用水箱,而不宜作為生活水箱。2.2.5搪瓷鋼板水箱水質(zhì)不受污染，能防止鋼板銹蝕，安裝方便迅速，不受土建進度限制，且結(jié)構(gòu)合理，堅固美觀，不變形不漏水，適用性廣。2.3水箱有效容積和公稱容積水箱有效容積一般采用調(diào)節(jié)水量確定,其值應(yīng)按最高日水箱進水量和用水出水量的逐時流量變化曲線求得。當(dāng)缺少資料時一般可按最高日用水量的10%左右計算。當(dāng)給水系統(tǒng)為水泵-水箱方式時,如水泵為自動控制,水箱的有效容積可取最高日用水量的5%;如為人工控制,則取最高日用水量的12%[1]。當(dāng)水箱負(fù)有消防的儲備水功能時,則有效容積還應(yīng)包括按現(xiàn)行有關(guān)建筑設(shè)計防火規(guī)范確定的水量。水箱公稱容積為箱體的總?cè)莘e。為確保水箱有效容積和盡可能縮小水箱公稱容積,在設(shè)計選用水箱時設(shè)計者必須根據(jù)水箱的液位控制方式、溢流管位置、出水管位置及最低水位時管口淹沒情況、箱底排水坡度和泄水管位置等情況來計算確定水箱公稱容積。2.4應(yīng)設(shè)置的配管和必要的附件2.4.1進水管進水管應(yīng)設(shè)置在水箱最高水位以上,可做成淹沒式或非淹沒式管口。淹沒式管口的進水管應(yīng)在最高水位以上100mm處的部位開φ10的孔,以防當(dāng)停止進水時產(chǎn)生虹吸倒流。淹沒式進水管口能減少進水噪音;非淹沒式管口進水噪音過大,需采取在管口設(shè)置錐形消能散流擋板等減噪的技術(shù)措施。進水管管徑按流速0.8～1.2m/s設(shè)計較佳,其流量按水泵在連續(xù)運行時間內(nèi)充滿水箱的有效容積確定。自動控制時按水泵1h啟動6～8次確定;人工控制時按水泵最短連續(xù)運行時間不得小于0.25h確定。進水管最大管徑不得大于200mm,這是考慮過大管徑開孔會減弱箱壁強度和增加水箱箱體尺寸,造成材料浪費。2.4.2出水管出水管管徑應(yīng)按給水系統(tǒng)設(shè)計秒流量確定,一般與進水管管徑相同設(shè)置。出水管可設(shè)置在箱壁或箱底,但其管口最低點應(yīng)高于箱底不小于50mm,以防止箱底沉積物進入管道。2.4.3溢流管溢流管的設(shè)置容易被人們忽視,甚至有人以種種理由不設(shè)溢流管。溢流管的作用:一是泄壓,保證水箱體不超壓破壞,保證安全;二是保證浮球閥等水位控制器的動作空間。溢流管管徑一般按大于進水管1～2號確定,可保證排泄水箱最大入流量。溢流管可以從側(cè)壁或底部接出,但溢流管管口最低部位應(yīng)高于水箱最高水位20mm,距箱頂150～200mm為宜,這樣可在保證水箱有效容積的基礎(chǔ)上,使水箱的公稱容積最經(jīng)濟。溢流管是水箱敞口部位直接和大氣連通,為防止外部對水質(zhì)的污染,溢流管管口應(yīng)設(shè)置18目的耐腐蝕材料濾網(wǎng),以防止昆蟲和鼠類小動物進入。溢流管不得與排水系統(tǒng)直接連接,以防排水系統(tǒng)的臭氣和污物的污染。2.4.5人孔、人梯人孔和人梯供日常維修時使用。人孔最小尺寸不得小于500mm,并設(shè)置能夠鎖定的人孔蓋,以保證水箱衛(wèi)生安全。根據(jù)人體動作尺寸,水箱高度大于和等于1500mm時,應(yīng)在人孔處設(shè)置內(nèi)外人梯。外部人梯的第一踏步宜離地面600mm,箱頂扶手部分高不大于600mm為宜,這樣既滿足使用要求,又不使水箱間凈高度過大,其材料應(yīng)和水箱材料一致,以保證水箱整體美觀。2.5水箱衛(wèi)生要求及防腐蝕水箱制作采用多種材料,但用于生活飲用水水箱的箱體材質(zhì)及其連接件、密封件,必須是對人體無害的,應(yīng)符合《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護材料的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)》要求。對防腐蝕涂料應(yīng)選用滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求的防霉環(huán)氧涂料、瓷釉涂料等材料外,在涂刷施工中金屬表面應(yīng)嚴(yán)格除銹、除垢,再打磨焊縫表面。采用噴砂除銹應(yīng)達(dá)到Sa2級,采用人工除銹應(yīng)達(dá)到St3級,這樣才能保證防腐涂料與金屬表面牢固親合和涂料層不產(chǎn)生龜裂。2.6水箱設(shè)計存在尚待解決的問題一是缺乏水箱和附件設(shè)計制作的原則,使設(shè)計的水箱和附件不合理、不經(jīng)濟。二是設(shè)計選用成品水箱時,對所選水箱參數(shù)沒有認(rèn)真校核。三是現(xiàn)行制作的水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)拉筋過多,影響水箱衛(wèi)生清掃。四是對水箱的抗震限位設(shè)計尚不完善。五是忽視水箱設(shè)計、制作、管理,忽略對其經(jīng)濟合理、衛(wèi)生安全的認(rèn)識。3.太陽能水泵的應(yīng)用3.1經(jīng)濟作物和農(nóng)田灌溉針對干旱半干旱地區(qū)水資源匱乏的導(dǎo)致農(nóng)作物灌溉困難的問題。利用光伏供水系統(tǒng)進行對常規(guī)農(nóng)作物進行灌溉，即實現(xiàn)了低能耗、環(huán)保的目的，又大大降低了揚水成本。經(jīng)濟效益相當(dāng)顯著，即可以增加植被覆蓋率，又產(chǎn)生社會效益和生態(tài)效益。該系統(tǒng)在經(jīng)濟作物和農(nóng)田灌溉方面具有廣闊的推廣應(yīng)用前景和顯著的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。3.2荒山治理環(huán)境的惡化使沙塵暴等惡劣氣候頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅到我們的生存環(huán)境。荒山綠化過程中植被灌溉成為最大問題，高昂的電網(wǎng)架設(shè)和用電費用成為目前荒山綠化的瓶頸。光伏水泵取水系統(tǒng)因地制宜的利用太陽能資源和地下水資源，配置揚水滴灌及智能控制系統(tǒng)，是荒山治理過程中解決植被灌溉的最有效的途徑。3.3水土流失防護光伏水泵供水系統(tǒng)在水土流失防護的治理過程中發(fā)揮重要作用。在無需電力供應(yīng)的情況下，利用太陽能，將河流中的水抽上岸，用來灌溉兩岸及山坡的防水土流失植被。

3.4荒漠化和沙化土地治理此系統(tǒng)還可廣泛應(yīng)用在營林造林、還林還草，遏制沙化土地蔓延和沙化草原治理、保護和恢復(fù)沙化草原草地植被、小流域綜合治理和水源、節(jié)水灌溉工程建設(shè)、小型水利水保工程、農(nóng)田與人工草地灌溉等方面。3.5畜牧用水和草場灌溉干旱缺水導(dǎo)致草場受災(zāi)嚴(yán)重，牧草大面積干枯，牧業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重沖擊。牧區(qū)牲畜因缺草缺水死傷乏弱。長期的干旱也有利于草原鼠害、蟲害的發(fā)生發(fā)展。綜合治理迫在眉睫。目前草場灌溉主要依賴地下水，而地下水的利用又受兩個因素的制約，其一是水資源的限制，其二是能源動力的限制。因這些地區(qū)人居分散、交通不便、能源供給困難，而電網(wǎng)建設(shè)又因線損高、法架設(shè)等原因造成能源短缺，致使提水動力無法解決。光伏供(提)水系統(tǒng)結(jié)合草場太陽能源豐富，日照時間普遍較長等物點，有效的利用太陽能板將太陽能轉(zhuǎn)為電能，驅(qū)動水泵抽取地下水，將天然草場改造為人工草場。3.6生活用水光伏供水系統(tǒng)能有效滿足因電力短缺、水資源供應(yīng)不足的偏遠(yuǎn)地區(qū)的家庭提供安全、高效的供水解決方案。能有效滿足各項家庭用水需求。4太陽能水泵系統(tǒng)的研發(fā)方向和優(yōu)化設(shè)計的建議4.1太陽能水泵系統(tǒng)的研發(fā)方向太陽能水泵系統(tǒng)研發(fā)方向應(yīng)該考慮以下5個方面：1）隨著中小型光伏水泵系統(tǒng)的快速發(fā)展，在優(yōu)化電池板功率的基礎(chǔ)上應(yīng)加大對系統(tǒng)運行可靠性的評價，以提高光伏水泵系統(tǒng)長期運行的可靠性和供水的穩(wěn)定性，保證光伏水泵產(chǎn)業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展。2）繼續(xù)對控制算法進行研究，開發(fā)出控制精度高、穩(wěn)定性能好同時控制簡單響應(yīng)快速且容易實現(xiàn)的最大功率點跟蹤算法。組合型MPPT控制算法將是今后MPPT控制策略改進的新方向。3）開發(fā)高效的驅(qū)動電機，提高電機工作效率的同時，保障光伏陣列轉(zhuǎn)換能量的充分利用。4）研發(fā)高效的光伏專用水泵，打破當(dāng)前光伏水泵行業(yè)無專用水泵的尷尬局面解決市售普通水泵與光伏水泵系統(tǒng)容量很難匹配的難題。5）研發(fā)低成本、高可靠性的智能控制器以提高各組件間的性能匹配及應(yīng)對多變的氣候狀況的能力，繼而提高系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)和全局效率。4.2太陽能水泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的建議通過對太陽能水泵系統(tǒng)中的多種最大功率點跟蹤技術(shù)以及電機、水泵的選用方案進行綜述，明確了各種技術(shù)方案的優(yōu)缺點，給出各種最大功率點跟蹤技術(shù)的適用范圍和電機與水泵的對應(yīng)匹配方案。對光伏水泵系統(tǒng)有以下幾點優(yōu)化設(shè)計的建議。1）最大功率點跟蹤方法有很多種，且分別有不同的適用范圍，其選用一般視具體情況而定。但是由于控制精度高，跟蹤速度快，穩(wěn)定性能好等特點，變步長電導(dǎo)增量法與擾動觀察法的組合型MPPT法是目前最大功率點跟蹤效果最好的一種方法，在光伏水泵系統(tǒng)的設(shè)計中推薦使用。2）光伏水泵系統(tǒng)電機的選擇同樣要視不同工況而定。若系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)或?qū)﹄姍C調(diào)速性能要求較高則建議使用成本較高的直流無刷電機；若光伏水泵系統(tǒng)為大功率系統(tǒng)且對系統(tǒng)造價有一定限制，則常見的三相異步電機是最優(yōu)的選擇；若要求系統(tǒng)損耗小，效率高則可以選用永磁同步電機。3）合理匹配水泵的容量，使水泵效率最大化。光伏水泵系統(tǒng)中水泵的確定是由揚程、流量以及水泵軸功率三者決定的。在實際的選擇過程中，首先要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡叵滤惶攸c和具體的提水高度要求確定光伏水泵的揚程范圍；然后根據(jù)單位時間的需水量并結(jié)合式確定水泵的流量范圍；最后根據(jù)之前選擇好的驅(qū)動電機的輸出功率，選擇對應(yīng)的水泵的軸功率。最終使水泵效率達(dá)到最高為原則。4）合理選擇光伏陣列數(shù)量。導(dǎo)致整個光伏水泵系統(tǒng)成本過高的原因是光伏陣列價格過高，因此在系統(tǒng)容量匹配過程中，要做到滿足電機供電需求的前提下使光伏陣列數(shù)量最小化。5）儲能方式以儲水替代蓄電。光伏水泵系統(tǒng)的儲能環(huán)節(jié)中的蓄電池價格昂貴，使用壽命為2～3年。以蓄電池為儲能方式的系統(tǒng)成本較高，不利于光伏水泵系統(tǒng)的廣泛使用。將蓄電改為儲水，以水的勢能替代電能被儲存下來，該儲能方式大大降低了光伏水泵系統(tǒng)的成本，儲能效果良好。5.結(jié)束語總之，太陽能水泵系統(tǒng)是近若干年來迅速發(fā)展起來的光機電一體化系統(tǒng)，它利用太陽電池發(fā)出的電力，通過最大功率點跟蹤以及變換、控制等裝置驅(qū)動直流、永磁、無刷、無位置傳感器、定轉(zhuǎn)子雙塑封電機或高效異步電機或高速開關(guān)磁阻電機帶動高效水泵，將水從地表深處提至地面用蓄水箱進行存儲，以此供農(nóng)田灌溉或人畜飲用，能夠長期穩(wěn)定的為人們提供用水，解決了當(dāng)?shù)氐娜彼畣栴}，方便了人們的生活，提高了他們的生活質(zhì)量，也進一步帶動當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展。從設(shè)計到制造涉及電氣、機械、電力電子、計算機、控制等多個學(xué)科的近代技術(shù)，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、節(jié)能、環(huán)保等提供了極其良好的手段。本系統(tǒng)具有良好的長效經(jīng)濟性，特別是和常見的柴油機抽水相比較，具有壓倒的經(jīng)濟性優(yōu)勢。謝詞通過這一階段的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。設(shè)計是一個反復(fù)修改的過程，經(jīng)過不斷的改進使得方案逐步的完善。在設(shè)計的過程中還是會遇到許多困難，經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師王老師。老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習(xí)到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查等整個過程中都給予了我悉心的幫助與指導(dǎo)。他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神是我要學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計的李慶和徐劍同學(xué)，他們在我設(shè)計的過程中總是幫助我，幫我解決不會的問題，克服了許多困難，從而完成畢業(yè)設(shè)計。然后還要感謝大學(xué)四年來所有的代課老師，使本人有了完成論文所要求的知識積累。最后，感謝大學(xué)四年里的每一位同學(xué)，每一件經(jīng)歷過得事，讓我在這四年里一步步成長起來。還要感謝各位審核老師和指點幫助過我們的老師，指出了我的設(shè)計中不足之處。讓我能夠繼續(xù)努力。參考文獻(xiàn)：[1]萬曉鳳，康利平，余運俊等.光伏水泵系統(tǒng)研究進展[J].科技導(dǎo)報，2014,32(27)：76-84.[2]林泉，龔仁喜，譚偉付單相光伏揚水系統(tǒng)優(yōu)化控制研究[J].電測與儀表，2014,9：018.[3]張可，徐政，陳銳堅基于高效水泵的光伏揚水系統(tǒng)開發(fā)[J]太陽能學(xué)報，2014,35(004):630-635.[4]SunG,MengQ,wangB,etal.efficiencyoptimizationofstand-alonephotovoltaicpumpingsystembasedonMPPTandMLPT[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2013,44(3):361-364.[5]薛席.基于光伏供電的提水系統(tǒng)的設(shè)計[D].安徽理工大學(xué)，2013.[6]蘇建徽.光伏水泵系統(tǒng)及其控制的研究[D].合肥院合