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1、目 录1 太阳能水泵系统发展现状51.1 国外研究现状51.2 国内研究现状51.3 太阳能水泵系统基本原理及结构61.3.1 太阳能水泵系统基本原理61.3.2 太阳能水泵系统基本结构71.4 设计的目的及意义82 蓄水箱总体设计92.1 水箱设计基本概况9 2.1.1水箱造型示意图 2.1.2 蓄水箱的形状尺寸及参数 2.1.3蓄水箱载荷分析 2.1.4蓄水箱箱体应力及变形的分析计算2.2 蓄水箱材质选择92.2.1 镀锌钢板水箱92.2.2 不锈钢水箱92.2.3 钢筋混凝土现场灌注的水箱102.2.4 玻璃钢水箱102.2.5 搪瓷钢板水箱102.3 蓄水箱有效容积和公称容积102.4
2、 蓄水箱应设置的配管和必要的附件112.4.1 进水管112.4.2 出水管112.4.3 溢流管112.4.5 人孔、人梯122.5 水箱卫生要求及防腐蚀122.6 水箱设计存在尚待解决的问题133. 太阳能水泵的应用133.1 经济作物和农田灌溉133.2 荒山治理133.3 水土流失防护133.4 荒漠化和沙化土地治理143.5 畜牧用水和草场灌溉143.6 生活用水144. 太阳能水泵系统的研发方向和优化设计的建议144.1 太阳能水泵系统的研发方向144.2 太阳能水泵系统优化设计的建议155. 结束语16谢词参考文献多功能无人值守式光伏水泵的设计蓄水箱的设计王瑞 王晓暄摘要：太阳能
3、水泵系统是涉及太阳能采集与变换、电力电子、电机、水泵等多门学科专业综合配套的一门新兴技术，它是发展新能源利用和节能减排的重要手段和成果，因其符合新能源战略发展的需要而备受关注和重视。本文简述了太阳能水泵系统的组成和基本原理，回顾了太阳能水泵系统的发展历程和国内外现状，介绍了近年国内出现的几种有代表性的光伏提水装置，提出了太阳能水泵系统优化设计的建议，最后展望了系统研究的应用前景和研发方向。关键词：太阳能；光伏提水；研究与应用Introduction to the solar water pump systemWang rui Wang xiao xuanAbstract: PV water-l
4、ifting is one of the new technologies that involve varied subjects and disciplines such as PV solar energy collection and transformation, electronics, motors as well as pumps. Its application is not only an important means for the development of new energy utilization but an achievement of energy sa
5、vingsIt has attracted in-creasing attention as it satisfies the strategic needs of developing new energy. The paper reviews the history of PV water lifting technology development, makes an introduction on typical PV water lifting devices used home and abroad in recent years,Put forward the optimizat
6、ion design suggestions of solar water pump system,finally forecasts the application prospect and development direction of the system. Key words: solar energy; PV water lifting technology; research and application1 太阳能水泵系统发展现状1.1 国外研究现状 联合国国际开发署、世界银行组织(WB)、亚太经社会(ESCA户)等国际组织都先后在多个场合充分肯定了它的先进性与合理性,目前在这
7、些国际组织的组织与支持下,全世界已有数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了可观的经济效益,加速了这些地区的脱贫步伐,体现了令人鼓舞的社会效益。光伏水泵系统从技术上说是一个比较典型的“光、机、电一体化”系统,它涉及太阳能的采集、变换及电力电子、电机、水机、计算机控制等多个学科的最新技术,因此己被许多国家列为重要的发展对象,中东、非洲有不少国家更是制定计划,期望依藉太阳能水泵及微灌、现代农业等新技术在地下水资源比较充裕的干旱地区把家园改造为绿洲。1.2国内研究现状 中国在80年代开展了太阳能热动力水泵的研究，试制成平板集热器
8、型低温太阳能热动力水泵，采用隔膜泵抽水，晴好天气，每天可抽水3-7吨，扬程达18米。同时也开展了中温太阳能水泵的研制。在北京还建成由德国提供的风能、太阳能热动力混合式水泵一台，功率为3kW。在90年代，中国开展了光伏水泵的研究，先后试制成百瓦级和干瓦级光伏水泵，并建立了光伏水泵生产企业，能批量生产百瓦级光伏水泵。其代表产品有深圳大明生产的 DHB 和安徽日泉生产的 NSP 等系列光伏水泵。DHB和NSP 系列光伏水泵也是国内最早的一代光伏水泵，其性能基本上能代表我国20世纪8090年代的技术水平。目前，中国研制的2.5kW光伏水泵正在新疆运行。狮泉河、日土、改则、尼玛、扎囊等地建成6 座光伏水
9、泵系统，总装机容量2个多千瓦，除解决草场灌溉外，还解决了本地区的人畜饮水问题，结束了依靠人力背水的历史，极大的解放了劳动力。 （1）关于 DHB 系列光伏水泵共分漂浮泵和潜水泵两大类。DHB潜水泵的功率为420W，当最大扬程为30m时流量达1.3 m/h。 （2）关于 NSP 系列光伏水泵与DHB属于同一代产品，其设计思路和结构基本相同。其系统结构仍然采用太阳能光伏阵列逆 变 器（ 具有最大功率点追踪功能 ） 三相异 步交流电机 多级离心式潜水泵出水管路的布置形式。其系列产品的参数见表 1表1 NSP系列泵主要技术参数型号NSP-250NSP-370NSP-420NSP-550额定流量（m/d
10、）12151314额定扬程（m）10152025额定功率（w）250370420550适用井径（mm）101.61.3太阳能水泵系统基本原理及结构1.3.1太阳能水泵系统基本原理 太阳能水泵系统的工作原理可简易地表以图1，有光照的白天光伏发电通过逆变器转换为交流电直接驱动电机工作，另一路是给蓄电池充电作为储能，一旦遇到阴雨天或者夜晚想要使用时可通过蓄电池放电来驱动电机工作，系统设计应考虑更全面、更适合居住在偏远无电阳光充足的的地方应用。图1 光伏水泵工作原理简图1.3.2太阳能水泵系统基本结构（1）光伏阵列 光伏阵列是由光伏板通过先串后并的顺序进行连接而成，组件组合容量可以根据接线盒、用户要求
11、等实现数百瓦到兆峰瓦的各个等级。组件分为单晶桂和多晶桂两种，按生产出来的质量又可分为A片、B片；用户可以根据自己的经济实力选择不同的电池片，当然不同电池片的发电情况是有差异的。 (2)DC/DC环节 这是由于太阳电池阵列具有非线性的电源特性,为保证阵列在任何日照和环境温度下都将提供相应可能的最大功率输出,必须引入该环节,在太阳能光伏技术中称它为“最大功率点跟踪器(MPPTMaximal Power Point Tracker)”。（3）DC/AC环节 DC/AC环节就是将电池板发的电在前级升压之后，驱动板工作，将直流电压通过逆变桥转换成交流以供电机使用。 (4)马达(驱动电机) 驱动电机分为很
12、多种，在等级较小的太阳能水泵系统中，为了好的提水效率，一般使用直流无刷电机在一些规模很大的太阳能水泵系统中，还有人用异步电机的。近代为了进一步提高提水高度，己经发明了集群控制技术，多机群控技术对多台水系进行控制。 (5)水泵 对于太阳能水泵系统而言,水泵类型的选择同样至为重要。在功率不大的系统中,若用户要求扬程高但流量较小的情况下,宜选择容积式正位移水泵，在其它情况下可能以采用离心式或轴流式水泵。关于光伏水泵系统配用泵型的选择与考虑, (6)水塔及储水设施 如果光伏水泵系统应用于冬季寒冷地区(如我国广大西部地区),则宜采用防冻储水设施,例如中间抽真空或实以绝热材料的双层水箱或水塔,引水管道亦应
13、采用抗低温材料并做防冻处理。1.4设计的目的及意义“太阳能水泵系统”是太阳能开发应用的一个重要领域，它具有无污染、蕴藏量大以及可靠性高的优点，该系统是光、机、电、控制技术等多学科交叉、结合的体现。太阳光通过光伏板转换为电能从而驱动各类电机带动水泵从地下或河流中抽出水，用作牧区、草原、边防哨所等偏远缺电、无电地区的人畜饮用和灌概使用。随着太阳电池及电力电子技术的不断进步和现代节水灌溉技术的不断发展，全球光伏水泵的技术及应用突飞猛进地在发展，在许多发达国家已逐步地被用于花园、别墅、草地及宿营地等的供水设施,渐渐成为文明时尚的产品。发展中国家也已逐步使用光伏水泵来供水，既节约能源，又保护环境。利用太
14、阳能驱动光伏水泵进行提水在无电、严重缺电的干旱、半干旱地区灌溉方面具有广阔的应用前景,对保护环境、减少化石能源使用和节约水资源有着十分重要的意义。2蓄水箱总体设计2.1水箱设计基本概况 在给水工程设计中，经常采用给水箱作为给水系统的高峰调节储水设备。它的特点是使体系运行经济、可靠、操作简单、管理方便。长期以来,给水箱以标准图的形式供设计选用，根据建设部建设1998 13 号文关于印发一九九八年国家建设标准设计编制工作计划的通知，对原国家建筑标准设计方形给水箱、装配式给水箱选用安装图、冲压钢板给水箱选用安装图进行修编。在编制和调研过程中发现,给水箱设计及工厂生产制作的各种材质的成品给水箱在工程实
15、际中没有很好满足使用要求，没有按有关规范、规定要求设计制作,对其基本设计原则有模糊之处。现就编制给水箱标准图过程中的体会，以生活饮用水箱为主，提出给水箱设计的原则。2.1.1水箱造型示意图蓄水箱设计成箱盖、箱体、两个部分（如下图2所示）。箱盖造型设计：考虑到箱体在使用过程中会上人，箱盖设计时留有人孔。箱体造型设计：蓄水箱箱体设计成圆柱形，并设置人梯，以便维修及观察水箱情况。还设置吊环以此来安装蓄水箱。箱底造型设计：从使用和受力角度考虑，箱底一般设计成平底。水箱各部件的连接采用焊接与螺栓固定，并注意密封。 图2 蓄水箱结构图1进水管；2水管紧固件；3吊环；4水箱盖；5水箱； 6销；7人梯；所设计的蓄水箱在室外露天安装,箱体设计为圆柱形，箱底用地脚螺栓固定，用来装载水泵抽出的水，以供人畜使用及农牧灌溉。2.1.2 蓄水箱的形状尺寸及参数已知蓄水箱容积V=15.75m，水箱侧面半径R为50c
