太陽能光伏水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

太陽能光伏水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案緒論 1第1章光伏水泵的種類 2 2 32.2光伏水泵的構(gòu)成 3 3 3 4 5第4章光伏水泵系統(tǒng)控制器與控制策略4.1光伏水泵系統(tǒng)MPPT控制器構(gòu)成 74.2光伏水泵系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì) 7光伏水泵亦稱太陽能水泵，他的基本原理是利用太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，然后?qū)動(dòng)各類電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵從江河，湖，井等水源提水。從設(shè)計(jì)到制造涉及電氣、機(jī)械、電力電子、計(jì)算機(jī)、控制等多個(gè)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(jì)性，特別是和常見的柴油機(jī)抽水相比較，具有壓倒的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。發(fā)展這種新型環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品無疑將會(huì)對(duì)發(fā)展產(chǎn)業(yè)、發(fā)展經(jīng)濟(jì)，特別是發(fā)展干旱地區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，帶來巨大良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，它特別符合建設(shè)“資源節(jié)約型”及“環(huán)境友好型”社會(huì)的發(fā)展戰(zhàn)略。光伏水泵利用太陽能，在無需任何外來能源的情況下能夠機(jī)動(dòng)靈活地用構(gòu)造彩色噴泉、為養(yǎng)魚、養(yǎng)蝦池增氧、海濱鹽場(chǎng)供排水等。此外大量國際訂貨意向表明，這種高技術(shù)產(chǎn)品的國際市場(chǎng)前景令人十分鼓舞。光伏水泵系統(tǒng)作為一個(gè)剛剛嶄露頭角的產(chǎn)業(yè)，十分符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。有刷直流光伏水泵：水泵工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器和電刷來完成，只要電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)碳刷就會(huì)產(chǎn)生磨損，電腦水泵運(yùn)行到一定的時(shí)候，碳刷磨損間隙變大，聲音也會(huì)隨之增大，連續(xù)運(yùn)行幾百小時(shí)之后碳刷就不能起到換向的作用了。第一章光伏水泵的種類1.1有刷直流光伏水泵有刷直流光伏水泵：水泵工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器和電刷來完成，只要電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)碳刷就會(huì)產(chǎn)生磨損，電腦水泵運(yùn)行到一定的時(shí)候，碳刷磨損間隙變大，聲音也會(huì)隨之增大，連續(xù)運(yùn)行幾百小時(shí)之后碳刷就不能起到換向的作用優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉。1.2無刷直流光伏水泵無刷電機(jī)式光伏水泵：電機(jī)式無刷直流水泵是采用無刷直流電機(jī)加上葉輪之后組成的。電機(jī)的軸與葉輪連在一起，水泵的定子和轉(zhuǎn)子之間是有間隙的，使用時(shí)間長了水會(huì)滲透進(jìn)入電機(jī)里面電機(jī)很容易燒壞。優(yōu)點(diǎn)：無刷直流電機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化，有專門的廠家大批生產(chǎn)，成本比較低，效率高。無刷直流磁力驅(qū)動(dòng)光伏水泵：無刷直流水泵采用了電子組件優(yōu)點(diǎn)：壽命長，噪音低可達(dá)35dB以下，可用于熱水循環(huán)。電機(jī)的定子和電路板部分采用環(huán)氧樹脂灌封并與轉(zhuǎn)子完全光伏水泵系統(tǒng)的日揚(yáng)水量受天氣(主要是日照)的2.2光伏水泵的構(gòu)成2.2.1光伏陣列生產(chǎn)過程中的差異、組件相互之間的連接電阻，呂附設(shè)它”具有理想的一致性光伏陣列的伏安特性曲線能夠看作僅是光伏陣列的輸thtr乎特性曲線具有強(qiáng)那朔)線他而且和在這種情況下要使光伏泵系統(tǒng)工作在)、較理想的工況，而壓值相適配的情況下直接連接，電動(dòng)機(jī)將帶動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)揚(yáng)直流電動(dòng)機(jī)的造價(jià)一般較高，還需要定期維護(hù)或更換其電幾種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)都要靠專用的變頻裝置或相對(duì)應(yīng)的電力電子驅(qū)動(dòng)電路。：這里以三相異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)為例說明其驅(qū)交流驅(qū)動(dòng)一般情況下可分為正弦波驅(qū)動(dòng)和方波驅(qū)動(dòng)(含階梯波驅(qū)動(dòng))兩大類。如果是功率較小的光伏水泵系統(tǒng)(300W以下),通常都都以方波驅(qū)動(dòng)為主；而當(dāng)功率較大時(shí)為了限(1)開關(guān)電源：開關(guān)電源部分的作用顧名思義，就都是需要士5V或+12V等控制電源，而太陽電池陣列的輸出電壓在絕大多數(shù)情形下是不可能直接為此(2)主電路及其驅(qū)動(dòng)電路：作為主電路的三相逆變一同為負(fù)載供電。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與制作應(yīng)精心進(jìn)(3)控制電路：當(dāng)前很多的光伏水泵系統(tǒng)電路都采用先進(jìn)的單片微機(jī)技術(shù)，經(jīng)過了MsC-51系列、意的8XCI96系列，其中包括專門用于電機(jī)調(diào)速的80C196MC系列，它除了具有196系列的很多共有特1)完成系統(tǒng)要求的過流、欠壓、低速、打干保護(hù)2)檢測(cè)主回路直流側(cè)的電流、電壓、計(jì)算出太陽3)按磁鏈追蹤或其它相對(duì)應(yīng)的變頻調(diào)速原理，發(fā)送(4)保護(hù)電路：出于對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行的考慮，需要2.2.3電機(jī)和水泵“隨便”,因?yàn)殡姍C(jī)的功率等級(jí)、電壓等級(jí)在很大程度上受功率系統(tǒng)仍以采用高效三相異步電動(dòng)機(jī)為主。在進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到光伏水泵的具體運(yùn)行條件，主要是：變頻運(yùn)行、負(fù)載率早晚變化較大等。在這種情況下要力爭(zhēng)使電動(dòng)機(jī)全日、全年的總平均效率為最高，它不象普通電動(dòng)機(jī)那樣能夠認(rèn)為它是一直處于具有恒定電壓的電源帶動(dòng)下工作的。光伏水泵系統(tǒng)中水泵的選擇與設(shè)計(jì)也甚有特點(diǎn)。根據(jù)用戶對(duì)流量、揚(yáng)程的不同要求，按經(jīng)濟(jì)性、可靠性大致可按以下原則選擇泵型：要求流量小、揚(yáng)程高的用戶，宜選用容積式水泵；要求流量較大，且揚(yáng)程也較高的用戶，宜選用潛水式電2.4光伏水泵系統(tǒng)的效率及特性系統(tǒng)效率nsys能夠是瞬時(shí)系統(tǒng)效率，也能夠是小時(shí)平均系統(tǒng)效率，日平均系數(shù)效率，月平均系統(tǒng)效率，季度平均系統(tǒng)效率，年度平均系統(tǒng)效率等。計(jì)算這些效率時(shí)要注意在上述定義公式中，分子與分母所選的積分限為相同的小時(shí)、日、月、季度或年，而常易混淆的是諸如把日平均效率看成是小時(shí)平均效率的算術(shù)平均值，或把月平均效率看成是一月內(nèi)各天日平均效率的平均值。商品化光伏水泵系統(tǒng)的系統(tǒng)效率，其一般在1%-6%的范圍內(nèi)不等。產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊，更因?yàn)橄到y(tǒng)效率中包含了太陽電池的效率，僅根據(jù)系統(tǒng)效率難以判斷逆變器、機(jī)泵總成件等主要部件的效率情況，所以市場(chǎng)上通常把太陽電池的效率排除在外，給出一個(gè)“機(jī)泵系統(tǒng)效率”,這里“系統(tǒng)”二字的含意是已把MPPT、變頻逆變器的效率考慮在內(nèi)。從當(dāng)前世界市場(chǎng)的產(chǎn)品情況看，機(jī)泵系統(tǒng)效率相差很大，高的可達(dá)60%左右，低的僅10%左右。當(dāng)然，功率等級(jí)不同、泵型及電動(dòng)機(jī)類型不同都會(huì)有不同的效率范圍，在保證其可靠性的前提下要認(rèn)真推敲其一定年限內(nèi)的性能/價(jià)格比。光伏水泵系統(tǒng)的日揚(yáng)水量受天氣(主要是日照)的影響很大，很難給出具體結(jié)果，只能根據(jù)某一具體時(shí)日的具體日照分布給出相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)工作狀況。如