董海明1　　　王剛2
1，青海尚德尼瑪太陽能電力有限公司  2，青海光明工程有限公司

　　摘要：青藏高原地處我國西北地區(qū)，平均海拔在3000米以上，空氣稀薄，透明度較高，年日照時間長達1600一3400小時之間，輻射強度大，年均輻射總量7000兆焦耳/平方米，是世界上太陽能資源最豐富的地區(qū)之一；同時青藏高原水資源極為豐富，分布廣闊但很不均勻，很多地區(qū)由于水資源匱乏存在著嚴重的缺水問題，但地下水位極為豐富，但由于青藏高原處邊遠地區(qū)，遠離沿海經(jīng)濟發(fā)達城市，農(nóng)牧業(yè)住戶較為分散，離骨干電網(wǎng)距離較遠，很難形成居住集中點進行電網(wǎng)供電，在加上交通、經(jīng)濟的不發(fā)達，干旱少雨季節(jié)對人畜飲水帶來一定困難和威脅；許多偏遠無電山區(qū)和牧區(qū)選用煤油或酥油作為生活照明燃料，用機井進行生活用水及農(nóng)田灌溉；利用常規(guī)能源解決日常用電及生活用水，雖然在很大程度上解決了當?shù)鼐用竦娜粘Ｉ�活問題，但由于在地處高海拔地區(qū)，用常規(guī)能源（如機油發(fā)電）解決生活照明及動力電源，一方面使用費用比較昂貴（燃料費及維護費），常年使用難以支付其費用；另一方面對當?shù)馗咴�地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來諸多影響；能源問題的長期制約嚴重制約著廣大農(nóng)牧區(qū)的經(jīng)濟和社會的發(fā)展，利用太陽能資源來解決交通不便的廣大山區(qū)生產(chǎn)、生活電源問題無疑是最佳方案。

　　關(guān)鍵詞：高原地區(qū) 光伏水泵 應用 前景

　　1  太陽能光伏發(fā)電的構(gòu)成及原理
　　１.1  太陽能光伏水泵的構(gòu)成
　　（1）、太陽能光伏組件：太陽能光伏是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。
　　（2）、太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ堋?br /> 　　（3）、蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。
　　（4）、逆變器：光伏組件將太陽能輻射能力轉(zhuǎn)化成電能，其一部分電能在蓄電池中儲存起來；另一部分通過逆變階段將輸入的直流逆變成AC220V交流；一般國內(nèi)逆變直流輸入電壓等級為48V/220V兩種。
　　（5）、潛水泵：潛水泵分為直流泵和交流泵兩種，利用大氣壓力原理將液體從低位處移至高位處。
　　1.２ 太陽能光伏發(fā)電的原理
　　太陽能光伏電源的基本原理是利用太陽能光伏組件(簡稱光電板)將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能，光伏組件的轉(zhuǎn)換效率越高、太陽輻射能量越大，其轉(zhuǎn)換的電能也就越多。太陽能光電系統(tǒng)分為交流與直流兩種供電方式，交流供電系統(tǒng)由光電板、蓄電池、控制器、逆變器、配電線路和負載組成，光伏組件輸出的直流電儲存在蓄電池中，通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)?20V、50Hz并具有正弦波型的交流電，供用戶使用。直流供電與交流供電的區(qū)別就是直流系統(tǒng)無需逆變而直接供電。交直流供電系統(tǒng)基本原理見圖1。

　　太陽能光伏水泵就是利用光伏發(fā)電作為潛水泵的動力電源進行地下抽水作業(yè)，它將太陽能光伏發(fā)電和潛水泵兩種系統(tǒng)結(jié)合在一起；由于光伏水泵的負載特性和工作環(huán)境，除在系統(tǒng)中設(shè)置必要的轉(zhuǎn)換電路外，還應配備一套自動啟停電路，在有太陽光照達到一定的輻射量時控制電路接通主電路，水泵將開始運行工作；為了容易啟動和穩(wěn)定交直流水泵電機的運轉(zhuǎn)，提高系統(tǒng)的整體效率，應在系統(tǒng)中配置最大功率跟蹤電路或蓄電池等輔助電路；在實際應用中，系統(tǒng)采用大容量蓄電池組使蓄電池工作電壓對系統(tǒng)起電壓鉗位作用，但這樣會讓整個系統(tǒng)造價幅度增加，再考慮蓄電池的維護更加提高了系統(tǒng)的運行費用，如采用小容量蓄電池的光伏水泵同樣使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠運行，這樣在太陽輻射量達不到額定值時系統(tǒng)起不到最佳工作狀態(tài)，但這種光伏水泵系統(tǒng)主要用于白天農(nóng)田灌溉作業(yè)，夜間能保證居民的正常生活用水，且此方法簡單實用，所以被廣泛應用。 　　　　　　　　　　

　　太陽能光伏組件容量要與負載及啟動電路進行合理的配比才能達到最佳的經(jīng)濟性和實用性，光伏組件的峰值功率容量可根據(jù)實際輻射資源設(shè)計為水泵電機額定功率總和的１．５～３倍，這樣不僅提高了水泵的可靠性和效率，同時也保證了水泵電機啟動時的浪涌電流的需求；采用大容量電解電容代替蓄電池可以解決電機啟動的浪涌電流和蓄電池的過沖、過放電問題；泵水所需要的位能可根據(jù)實際的揚程、流量來確定：
　Ｅ＝ＰqＱＨ／3.6×106＝０.00273ＱＨ（ＫＷＨ）
其中：P= 1000㎏/M³
　　　g= 9.81m/s²
　　　Q----流量（m³/天）
　　　H----揚程（m）

　　2  光伏水泵的種類
　　光伏水泵從驅(qū)動電機區(qū)分可分為直流水泵和交流水泵兩種，從技術(shù)意義上講，直流電機效率比較高，與光伏組件的直流輸出特性較容易配合，因此得到了重視與應用。但由于目前光伏水泵產(chǎn)品和市場還處于起步、開拓階段，產(chǎn)品規(guī)模化相對較低，產(chǎn)品及種類較少，主要以潛水泵和浮水泵為主，其揚程及流量也是很有限的，但價格相對比較昂貴。而目前我國市場上銷售的交流水泵的品種比較多，可適合應用于各種不同的場合和領(lǐng)域，交流水泵相對比較普及、價格便宜，購買、維修方便、通用性強。因此從市場及經(jīng)濟角度考慮，交流水泵雖然效率比較低，但在太陽能水泵使用當中占有較大的市場份額。　
　　表１交、直流水泵性能價格比較
　　水泵種類 效率％ 價格（元／瓦） 備　注
　　直流水泵 ５０～８０ １０．００～３０．００ 包括控制器
　　交流水泵 ３０～６０ ４．００～６．００ 包括逆變器等

　　西北大部分地區(qū)干旱少雨，一般以提取地下水和集流水窖的水為主．因此小功率潛水泵尤其是高揚程，中、小流量的水泵比較適合。

　　3  太陽能光伏水泵在青藏高原的前景
　　太陽能等新能源為世界2000年經(jīng)濟展望中最具決定性影響的五大技術(shù)領(lǐng)域之一，而太陽能光伏發(fā)電又是其中最受矚目的項目之一。光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、安裝及維護簡便等優(yōu)點，在高原廣袤嚴寒、地形多樣和居住分散的現(xiàn)實條