一种光伏水泵系统及设计方法与流程

本发明涉及光伏水泵技术领域，具体为一种光伏水泵系统及设计方法。

背景技术：

光伏水泵大多由能量系统、控制系统、泵系统及连接管线构成，能量系统由太阳能电池板组件或配以蓄电池构成，控制系统分直流与交流输出两类分别包含mppt（最大能量跟踪），水泵驱动控制，变频或逆变控制，泵系统主要由泵体与电机构成。

光伏水泵技术涉及到的学科领域比较多，从系统构成的角度看，它不同于常规的“电源+水泵”，而是光、机、电、电力电子、计算机技术、多机群控技术等学科的综合，目前已经达到了可以批量产业化生产的程度，其技术水平已经可和国外发达国家的产品水落石出平相媲美，从经济性的角度看，光伏水泵的运行成本已经证明大大低于柴油机水泵，由于近两年来国内外半导体太阳电池的不断降价，使光伏水泵相对于柴油机水泵的水价优势更加令人瞩目，除此之外，它还具有无人值守、高可靠性、和农作物的水蒸发量适配性好等到物有的优点。

西北地区大部分是我国的边远地区和少数民族聚居地区，由于自然条件差，历史上汉族与少数民族之间的不平等，西北地区的社会发展一直落后于东部地区，西北贫困地区的首要问题是水的问题，在西北一些严重干旱地区，至今连饮水问题都还没有彻底解决，贫困程度可想而知，在可利用草地面积中，有百分之三十因为缺乏人畜饮水而未能利用，自然环境的影响和人为的破坏导致生态环境越来越严重，资源造成极大的浪费，极大的影响了人们良好的生产生活。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光伏水泵系统及设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光伏水泵系统及设计方法，包括太阳能电池组件、逆变器、并网计量箱、变频器、电塔和水泵；所述太阳能电池组件通过导线与逆变器串联，且逆变器通过导线与并网计量箱电性连接；所述并网计量箱通过导线与变频器电性连接，且变频器分别通过导线与电塔和水泵电性连接；所述水泵设置在储水槽内，且水泵通过管线与设置在储存槽上端的喷头连通，所述喷头的侧端设置有植物物种；

所述逆变器包括dip-ipm模块和dsp控制板，且dsp控制板通过驱动隔离电路与dip-ipm模块电性连接；所述dip-ipm模块上分别设置有短路保护电路、过热保护电路、欠压保护电路和故障输出电路，且短路保护电路、过热保护电路、欠压保护电路和故障输出电路的输出端分别与dsp控制板的输入端电性连接；所述dip-ipm模块通过导线与太阳能电池组件串联；

所述逆变器内设置有阵列电压采样器、母线电压采样器、阵列电流采样器、容中点电压采样器、三相负载电流采样器、散热器温度采样器、水位打干检测器、接地阻抗器、液晶显示屏、无线通讯器和辅助电源，且阵列电压采样器、母线电压采样器、阵列电流采样器、容中点电压采样器、三相负载电流采样器、散热器温度采样器、水位打干检测器、接地阻抗器和辅助电源的输出端分别与dsp控制板的输入端电性连接；所述液晶显示屏和无线通讯器的输入端分别与dsp控制板的输出端电性连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水泵6为交流型水泵，且水泵6的频率为50hz，水泵6的电压为低压220vac。

作为本发明的一种优选技术方案，所述逆变器应具有如下性能和功能：

a1：具备mppt功能，即可实时检测并控制太阳能电池组件1输出特性，使之按照最大功率方式发电；

a2：逆变器2能有效控制水泵6进行变频变压，即v/f控制，使系统输出功率随光照变化并在启动时平缓、无冲击；

a3：逆变器2需对外围设备进行管理和信息交互，构建控制和保护功能，如和直流汇流箱、流量计、水源水位传感器、储水装置的水位传感器、辐照度计等装置通讯；实现自动运行、无人值守、远程监控；

a4：由于马达和叶轮系统组成的扬水系统一般会有30%的效率损失，因此水泵逆变器的过载能力也是重要指标。

a5：考虑到安装成本和维护方便，逆变器2应选择室外型、即ip65防护等级；同时考虑系统寿命和可靠性，尽量选择逆变器2的散热系统为无风扇自冷散热方式，以提高核心部件的抗污染等级和对恶劣的环境适应性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明光伏水泵系统及设计方法，具有无污染、少维修、不消耗其他能源等优点，避免了由于自然环境的影响和人为的破坏导致生态环境越来越严重的问题，防止了造成资源极大的浪费，极大的改善了生态环境，可以防止土地退化、沙化，更好的保证了人们良好生产生活；实用性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的逆变器系统功能图；

图中：1-太阳能电池组件、2-逆变器、3-并网计量箱、4-变频器、5-电塔、6-水泵、7-储存槽、8-喷头、9-植物物种、10-dip-ipm模块、11-dsp控制板、12-驱动隔离电路、13-短路保护电路、14-过热保护电路、15-欠压保护电路、16-故障输出电路、17-阵列电压采样器、18-母线电压采样器、19-阵列电流采样器、20-容中点电压采样器、21-三相负载电流采样器、22-散热器温度采样器、23-水位打干检测器、24-接地阻抗器、25-液晶显示屏、26-无线通讯器、27-辅助电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2本发明提供的一种实施例：一种光伏水泵系统及设计方法，包括太阳能电池组件1、逆变器2、并网计量箱3、变频器4、电塔5和水泵6；所述太阳能电池组件1通过导线与逆变器2串联，且逆变器2通过导线与并网计量箱3电性连接；所述并网计量箱3通过导线与变频器4电性连接，且变频器4分别通过导线与电塔5和水泵6电性连接；所述水泵6设置在储水槽7内，且水泵6通过管线与设置在储存槽7上端的喷头8连通，所述喷头8的侧端设置有植物物种9；

所述逆变器2包括dip-ipm模块10和dsp控制板11，且dsp控制板11通过驱动隔离电路12与dip-ipm模块10电性连接；所述dip-ipm模块10上分别设置有短路保护电路13、过热保护电路14、欠压保护电路15和故障输出电路16，且短路保护电路13、过热保护电路14、欠压保护电路15和故障输出电路16的输出端分别与dsp控制板11的输入端电性连接；所述dip-ipm模块10通过导线与太阳能电池组件1串联；

所述逆变器2内设置有阵列电压采样器17、母线电压采样器18、阵列电流采样器19、容中点电压采样器20、三相负载电流采样器21、散热器温度采样器22、水位打干检测器23、接地阻抗器24、液晶显示屏25、无线通讯器26和辅助电源27，且阵列电压采样器17、母线电压采样器18、阵列电流采样器19、容中点电压采样器20、三相负载电流采样器21、散热器温度采样器22、水位打干检测器23、接地阻抗器24和辅助电源27的输出端分别与dsp控制板11的输入端电性连接；所述液晶显示屏25和无线通讯器26的输入端分别与dsp控制板11的输出端电性连接。

所述水泵6为交流型水泵，且水泵6的频率为50hz，水泵6的电压为低压220vac；所述逆变器应具有如下性能和功能：

a1：具备mppt功能，即可实时检测并控制太阳能电池组件1输出特性，使之按照最大功率方式发电；

a2：逆变器2能有效控制水泵6进行变频变压，即v/f控制，使系统输出功率随光照变化并在启动时平缓、无冲击；

a3：逆变器2需对外围设备进行管理和信息交互，构建控制和保护功能，如和直流汇流箱、流量计、水源水位传感器、储水装置的水位传感器、辐照度计等装置通讯；实现自动运行、无人值守、远程监控；

a4：由于马达和叶轮系统组成的扬水系统一般会有30%的效率损失，因此水泵逆变器的过载能力也是重要指标。

a5：考虑到安装成本和维护方便，逆变器2应选择室外型、即ip65防护等级；同时考虑系统寿命和可靠性，尽量选择逆变器2的散热系统为无风扇自冷散热方式，以提高核心部件的抗污染等级和对恶劣的环境适应性。

光伏水泵系统除了具有上述保护功能外，还具有光伏水泵系统特有的低频、日照低、打干(自动和手动打干)等保护功能；对于泵类负载，当转速低于下限值时，太阳能电池组件1所提供的能量绝大部分都转化为损耗，长期低速运行，会引起发热并影响水泵6使用寿命，因此，本系统设计了低频保护，对水泵6来说，当液面低于水泵6进水口时，水泵6处于空载状态，若不采取措施，长时间运行则会损坏润滑轴承，而本系统为户外无人值守工作方式，故系统为了增加检测可靠性，采用了自动打干和手动打干两种识别方式，其中，自动打干是根据系统输出功率和电机工作频率来进行判别；手动打干则是通过水位传感器识别当前水位高低来实现的；由于低频、日照低、打干等功能都是由软件来完成，不须增加硬件电路，故系统结构简单。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。