变频器在光伏水泵行业的典型应用-专业自动化论坛-中国工控网论坛

变频器在光伏水泵行业的典型应用点击：3307 | 回复：12

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发表于：2016-01-28 17:29:43

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一、光伏水泵概述

光伏水泵系统也叫做光伏扬水系统，由光伏太阳能板、光伏专用变频器、水泵、储水装置等组成。原理是利用半导体吸收太阳日照辐射能量，并将其转化为直流电，再经过光伏变频器逆变为交流电，驱动水泵扬水。

世界上一些干旱和半干旱地区，人居分散、交通不便，电力供应不足，提水困难，这些问题成为制约这些地区发展的主要因素。典型的有我国西北地区的新疆、青海。新疆太阳能资源十分丰富，全年日照时数为2550小时~3500小时，日照百分率为60%~80%，年辐射总量达5430MJ/m2~6670MJ/m2,年辐射照度总量比我国同纬度地区高10%~15%，比长江中下游地区高15%~25%；居全国第二位，仅次于青藏高原。新疆全年日照大于6小时的天数为250~325天，日照气温高于10°C的天数普遍在150天以上。但新疆又是沙漠化最严重的地区，特别是南疆地区，仍有部分地区缺水严重，且这些地区地处偏远，没有商业电力引入。因此，新疆利用丰富的太阳能发电来抽取地下水，以满足居民生活需要、进行防沙绿化就显得尤为必要。

光伏水泵系统不需要电网支持，有效地解决了这些问题。只要有充足的光照和水源，就能以太阳能为动力进行提水，随时可以安装使用，缩短了建设周期。光伏扬水系统独立运行，无需人工值守，无需投入高成本的蓄电池储能装置，解决了无电地区和干旱地区提水动力问题。

光伏水泵系统特点：

清洁能源：太阳能作为动力驱动，对环境零污染；

经济实惠：无需铺设供电线路，大大地降低系统建设费用;

安全可靠：全自动运行，无须人工值守，以蓄水替代蓄电，直接驱动水泵扬水，避免大面积敷设电缆带来的安全隐患，可靠性高，大幅降低系统的建设和维护成本。

智能调节：根据日照强度的变化调节水泵转速，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率；当日照很充足时，保证水泵的转速不超过额定转速；当日照不足时，根据设定的条件，自动停止或者切换到市电运行，保证系统持续经济运行。

应用广泛：水泵由三相交流电机驱动，从深井中抽水，注入蓄水箱/池，或直接接入灌溉系统。根据实际系统需求和安装条件，可采用不同类型的水泵进行工作。并可以根据地区、客户不同需求提供经济有效的解决方案。

光伏水泵系统示意图

二、光伏水泵对变频器要求

1、具有MPPT算法，根据日照强度的变化调节水泵转速，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率。由于光伏阵列输出特性的非线性，其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响，在一定的光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值。因此在太阳能光伏水泵系统中，要提高系统效率，必须实时检测光伏阵列的输出功率并调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，满足在不同太阳光照条件下，使太阳能尽量多的转化为电能，使水泵能高效和稳定的工作。因此，最大功率点追踪（MPPT）是光伏水泵变频器的核心功能。

2、具有干烧检测功能，自动保护水泵。水泵的工作环境是在水中，水泵电机是靠水的介质进行散热，严禁在断水下运行，但水泵的水位是根据供水量的多少和水源的变化有很大的不同，若出现水泵断水就会烧毁水泵电机，影响系统的可靠性。

3、能根据光照强度变化，自动睡眠唤醒。为满足系统自动工作的要求，系统应具备自诊断和自动投入运行的功能，控制系统在水泵工作前首先进行自检测和预判断，符合条件后启动光伏水泵工作或对照明用蓄电池充电；若出现多云、雷雨等天气，系统能根据检测的数据停止光伏水泵的工作，当光照满足光伏水泵的工作要求时，系统能自动恢复运行状态。

4、系统具有雷击保护等功能，当已出现的过电压、欠电压、过电流、过负载、过热、水箱满水、水泵缺水等故障解除后，系统通过自诊断后能自动恢复工作状态。

5、可以配合水位开关及水塔来进行储水，提高用水效率。

三、HD300光伏水泵变频器

1、接线图

主回路接线图

HD300光伏专用变频器接线图

2、HD300光伏变频器技术规格

光伏水泵性能	电压等级	220V	380V
	最大输入直流电压	410V	800V
	推荐MPPT电压范围	270~400VDC	350~750VDC
	推荐输入电压	310V	513V
	额定输出电压	三相 220VAC	三相380VAC
	MPPT效率	99.9%
	电源输入通道	2
	输出频率范围	0-300HZ
	最大效率	97%
	专用功能	最大功率点追踪、光弱自动休眠、光强自动唤醒、满水位休眠、低水位唤醒、欠载报警、水位传感器故障检测

3、HD300光伏水泵专用变频器特点

（1）内置MPPT系统，智能追踪最大功率点，响应快，稳定性高，效率高。

（2）光照不足时，结合外围器件能够实现与市电自动切换，保证系统可靠性；

（3）宽电压适应范围，更好适应户外环境；

（4）核心元件采用一线品牌核心元器件，如IGBT使用了德国英飞凌（Infineon）、电容用日本爱普科斯 (EPCOS)，产品更加可靠耐用。

四、七喜HD300系列光伏水泵专用变频器在国外的应用

甲国盛产水稻，畜牧业较发达，但甲国面临着严重的灌溉用水短缺问题，诸如降雨分布不均，干旱反复出现，而且灌溉用电与柴油资源尤为紧缺。但得天独厚的地理条件赋予了甲国丰富的太阳能资源，随着光伏组件的成本降低，甲国农业光伏灌溉趋势明显，利用太阳能清洁能源的步伐正在进一步加快。广州七喜智能设备有限公司的HD300系列光伏水泵专用变频器推出后，很快在甲国得到了应用。在大规模使用前，甲国客户先对七喜HD300变频器进行了连续7天的严格测试。在这7天，七喜变频器经受住了严格考验，一直稳定可靠地工作着，获得客户的赞赏，继而大批量地应用于甲国。

五、总结

光伏水泵系统利用太阳的持久能源，日出而作、日入而息，无需人员看管、无需化石能源、独立运行、也可根据需求配合电网使用，安全可靠。在无需任何外来能源的情况下可以机动灵活应用于农田灌溉、人畜饮水、庭院发展、园区美化、构造彩色喷泉、养殖业增氧、海滨盐场供排水等，有效解决耕地灌溉问题，提高产量，节水节能，大幅降低传统能源、电力的投入。具有寿命长、功耗低、噪音小、调速平衡、运行稳定、无干扰等优点。

因此光伏水泵系统成为利用清洁能源替代化石能源的最有效方式，成为全球“粮食问题”、“能源问题”综合解决方案中新能源、新技术重要产品。