交流光伏水泵系統(tǒng)由４部分組成：:太陽電池組件、最大功率點(diǎn)跟蹤/控制（逆變）器、電機(jī)和水泵系統(tǒng)。 １） 太陽電池組件太陽電池組件是直接把太陽能轉(zhuǎn)換為直流形式的電能。太陽電池的伏安特性曲線具有強(qiáng)烈的非線性。太陽電池組件的伏安特性曲線具有和單體太陽電池同樣的形狀，若忽略單體太陽電池生產(chǎn)過程中的差異、組件相互之間的連接電阻，即假設(shè)它們具有理想的一致性，則太陽電池組件的伏安特性曲線可以看作僅是單體太陽電池伏安特性曲線按串、并聯(lián)方式放大其坐標(biāo)的比例尺。 ２）最大功率點(diǎn)跟蹤/控制（逆變）器 太陽電池組件的輸出伏安特性曲線具有強(qiáng)烈的非線性，而且和太陽輻照度、環(huán)境溫度、陰、晴、雨、霧等氣象條件有密切關(guān)系，其輸出隨日照而變化的是直流電量，而作為太陽電池組件負(fù)載的光伏水泵，它的驅(qū)動電機(jī)有時是直流電機(jī)，有時是交流電機(jī)，甚至還有其它新型電機(jī)，它們同樣具有非線性性質(zhì)。在這種情況下要使光伏水泵系統(tǒng)工作在比較理想的工況，而且對于任何日照，都要發(fā)揮太陽電池組件輸出功率的最大潛力，這就要有一個適配器，使電源和負(fù)載之間能達(dá)到和諧、高效、穩(wěn)定的工作狀態(tài)。適配器的內(nèi)容主要是最大功率點(diǎn)跟蹤器、逆變器以及一些保護(hù)設(shè)施等。 ａ.最大功率點(diǎn)跟蹤器（MPPT）： 太陽電池組件在不同太陽輻照度下輸出最大功率點(diǎn)位置并不固定，而且當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，相應(yīng)于同一輻照度的最大功率點(diǎn)位置也將變化。 為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，以獲取當(dāng)前日照下最多的能量，MPPT 通常做成兩種形式，即恒定電壓式最大功率點(diǎn)跟蹤器（CVT 式MPPT）和真正的MPPT。
ｂ．變頻逆變器： 太陽電池組件通過最大功率點(diǎn)跟蹤器以后的輸出是直流電壓，如果水泵所。 ａ.最大功率點(diǎn)跟蹤器（MPPT）： 太陽電池組件在不同太陽輻照度下輸出最大功率點(diǎn)位置并不固定，而且當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，相應(yīng)于同一輻照度的最大功率點(diǎn)位置也將變化。 為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，以獲取當(dāng)前日照下最多的能量，MPPT 通常做成兩種形式，即恒定電壓式最大功率點(diǎn)跟蹤器（CVT 式MPPT）和真正的MPPT。 ｂ．變頻逆變器： 太陽電池組件通過最大功率點(diǎn)跟蹤器以后的輸出是直流電壓，如果水泵所用驅(qū)動電機(jī)是直流電動機(jī)，當(dāng)然就可以在二者電壓值相適配的情況下直接連接，電動機(jī)將帶動水泵揚(yáng)水。由于直流電動機(jī)的造價一般較高，還需要定期維護(hù)或更換電刷，近年來，由于新型調(diào)速控制理論及新型功率電子器件問世和技術(shù)進(jìn)步，使交流調(diào)速技術(shù)有了長足的發(fā)展，其效率已逐步趕上直流電動機(jī)，而其使用的方便性和牢固性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直流電動機(jī)，因此有刷直流電動機(jī)的驅(qū)動方式漸呈被淘汰之勢，而取而代之的主要是高效率的三相異步電動機(jī)及直流無刷電動機(jī)，也偶有采用永磁同步電動機(jī)或磁阻電動機(jī)的。后幾種電動機(jī)的驅(qū)動都要靠專用的變頻裝置或相應(yīng)的電力電子驅(qū)動電路。這里以三相異步電動機(jī)的驅(qū)動為例說明其驅(qū)動的基本原理。 交流驅(qū)動常分為方波驅(qū)動（含階梯波驅(qū)動）及正弦波驅(qū)動兩大類。一般說功率較小的光伏水泵系統(tǒng)（300W 以下）采用方波驅(qū)動的為多，功率較大時為限制其諧波損耗，常采用正弦波驅(qū)動。不論采用何種驅(qū)動，其基本電路結(jié)構(gòu)都可分為以下四部分，即：（１）開關(guān)電源部分：它的作用是為控制器提供電源?？刂破魍枰?plusmn;5V 或±12V等控制電源，而太陽電池組件的輸出電壓在絕大部分情形下是不可能直接為此所用，因此需要一個DC/DC 變換裝置，把太陽電池組件的直流電壓變換為所需的直流電壓，這就是開關(guān)電源。 （２）主電路及其驅(qū)動電路：作為主電路的三相逆變電路的主要元件為功率電子器件，它們構(gòu)成了全橋式逆變電路，大容量的電解電容作為儲能元件直接跨接在直流側(cè)兩端，當(dāng)逆變電路關(guān)斷時，太陽電池方陣向電容充電，當(dāng)逆變電路導(dǎo)通時，電容和太陽電池方陣一同為負(fù)載供電。 （３）控制電路：目前許多光伏水泵的控制電路已經(jīng)采用先進(jìn)的單片微機(jī)技術(shù)，經(jīng)過了MSC-51 系列、MCS-96 系列等發(fā)展過程，最近更推出了比較令人滿意的8XC196 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8XC196 系列的許多共有特點(diǎn)外，還具有特別適合于電動機(jī)驅(qū)動的特點(diǎn)，通過匯編語言的程序設(shè)計(jì)，在該系統(tǒng)中主要完成以下功能：· 完成系統(tǒng)要求的過流、欠壓、低速、打干保護(hù)等保護(hù)功能、顯示故障狀態(tài)；· 檢測主回路直流側(cè)的電流、電壓、計(jì)算出太陽電池方陣的輸出功率，完成在變頻調(diào)速過程中對太陽電池組件輸出最大功率點(diǎn)的跟蹤；· 按磁鏈追蹤或其它相應(yīng)的變頻調(diào)速原理，發(fā)送SPWM 信號。 （４）保護(hù)電路：出于對系統(tǒng)安全運(yùn)行的考慮，需要設(shè)置諸如過電流、過電壓、過負(fù)荷、過低負(fù)荷、欠電壓、井水打干、停機(jī)后在各種條件下的自啟動……許多保護(hù)環(huán)節(jié)，要根據(jù)所選用的控制器件、控制電路因地制宜地把它們設(shè)置到電路中去。由于光伏水泵在絕大多數(shù)情況下都是“日出而作，日落而停”，全自動地工作的，因此必須采用十分可靠的保護(hù)措施。 ３， 電機(jī)和水泵 光伏水泵系統(tǒng)的一切措施都是為了能穩(wěn)定、可靠地多出水，或者說最后都要落實(shí)在電機(jī)、水
7 / 19 泵的工作上，它們往往構(gòu)成一個總成件，這個總成件要求有最大限度的可靠性及高效率。對于光伏水泵而言，電機(jī)和水泵的搭配并不象常見的電機(jī)和水泵搭配那樣“隨便”，由于電機(jī)的功率等級、電壓等級在很大程度上受到太陽電池組件的電壓等級和功率等級的制約，因此對水泵揚(yáng)程、流量的要求被反映到電機(jī)上時，往往必須在兼顧太陽電池組件結(jié)構(gòu)的條件下專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。出于不同用戶的不同要求，光伏水泵用驅(qū)動電機(jī)有：不同電壓等級的傳統(tǒng)直流電動機(jī)，直流無刷永磁電動機(jī)，三相異步電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，磁阻電動機(jī)等。從目前的使用情況看，以三相異步電動機(jī)及直流無刷電動機(jī)為最多，大功率系統(tǒng)仍以采用高效三相的基本原理。 交流驅(qū)動常分為方波驅(qū)動（含階梯波驅(qū)動）及正弦波驅(qū)動兩大類。一般說功率較小的光伏水泵系統(tǒng)（300W 以下）采用方波驅(qū)動的為多，功率較大時為限制其諧波損耗，常采用正弦波驅(qū)動。不論采用何種驅(qū)動，其基本電路結(jié)構(gòu)都可分為以下四部分，即：（１）開關(guān)電源部分：它的作用是為控制器提供電源?？刂破魍枰?plusmn;5V 或±12V等控制電源，而太陽電池組件的輸出電壓在絕大部分情形下是不可能直接為此所用，因此需要一個DC/DC 變換裝置，把太陽電池組件的直流電壓變換為所需的直流電壓，這就是開關(guān)電源。 （２）主電路及其驅(qū)動電路：作為主電路的三相逆變電路的主要元件為功率電子器件，它們構(gòu)成了全橋式逆變電路，大容量的電解電容作為儲能元件直接跨接在直流側(cè)兩端，當(dāng)逆變電路關(guān)斷時，太陽電池方陣向電容充電，當(dāng)逆變電路導(dǎo)通時，電容和太陽電池方陣一同為負(fù)載供電。 （３）控制電路：目前許多光伏水泵的控制電路已經(jīng)采用先進(jìn)的單片微機(jī)技術(shù)，經(jīng)過了MSC-51 系列、MCS-96 系列等發(fā)展過程，最近更推出了比較令人滿意的8XC196 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8XC196 系列的許多共有特點(diǎn)外，還具有特別適合于電動機(jī)驅(qū)動的特點(diǎn)，通過匯編語言的程序設(shè)計(jì)，在該系統(tǒng)中主要完成以下功能：· 完成系統(tǒng)要求的過流、欠壓、低速、打干保護(hù)等保護(hù)功能、顯示故障狀態(tài)；· 檢測主回路直流側(cè)的電流、電壓、計(jì)算出太陽電池方陣的輸出功率，完成在變頻調(diào)速過程中對太陽電池組件輸出最大功率點(diǎn)的跟蹤；· 按磁鏈追蹤或其它相應(yīng)的變頻調(diào)速原理，發(fā)送SPWM 信號。 （４）保護(hù)電路：出于對系統(tǒng)安全運(yùn)行的考慮，需要設(shè)置諸如過電流、過電壓、過負(fù)荷、過低負(fù)荷、欠電壓、井水打干、停機(jī)后在各種條件下的自啟動……許多保護(hù)環(huán)節(jié)，要根據(jù)所選用的控制器件、控制電路因地制宜地把它們設(shè)置到電路中去。由于光伏水泵在絕大多數(shù)情況下都是“日出而作，日落而停”，全自動地工作的，因此必須采用十分可靠的保護(hù)措施。 ３， 電機(jī)和水泵 光伏水泵系統(tǒng)的一切措施都是為了能穩(wěn)定、可靠地多出水，或者說最后都要落實(shí)在電機(jī)、水泵的工作上，它們往往構(gòu)成一個總成件，這個總成件要求有最大限度的可靠性及高效率。對于光伏水泵而言，電機(jī)和水泵的搭配并不象常見的電機(jī)和水泵搭配那樣“隨便”，由于電機(jī)的功率等級、電壓等級在很大程度上受到太陽電池組件的電壓等級和功率等級的制約，因此對水泵揚(yáng)程、流量的要求被反映到電機(jī)上時，往往必須在兼顧太陽電池組件結(jié)構(gòu)的條件下專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。出于不同用戶的不同要求，光伏水泵用驅(qū)動電機(jī)有：不同電壓等級的傳統(tǒng)直流電動機(jī)，直流無刷永磁電動機(jī)，三相異步電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，磁阻電動機(jī)等。從目前
8 / 19 的使用情況看，以三相異步電動機(jī)及直流無刷電動機(jī)為最多，大功率系統(tǒng)仍以采用高效三相異步電動機(jī)為主。在進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)時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使電動機(jī)全日、全年的總平均效率為最高，它不象普通電動機(jī)那樣可以認(rèn)為它是一直處于具有恒定電壓的電源帶動下工作的。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，宜選用潛水式電泵；需要流量較大，但揚(yáng)程卻較低的用戶，一般宜采用自吸式水泵 目前已運(yùn)行的光伏水泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式如圖1～圖4 所示圖1 無人值守直流光伏水泵系統(tǒng) 圖2 無人值守交流光伏水泵系統(tǒng)圖1 和圖2 為無人值守直（交）流光伏水泵系統(tǒng)，專門用于供水。圖1 為直流水泵系統(tǒng)， 適合微小供水場合；圖2 為交流水泵系統(tǒng)，功率可達(dá)數(shù)kW，適于供水量較大的場合。圖3和圖4 所示的系統(tǒng)具有多種用途，性能價格比較優(yōu)越，可用于揚(yáng)水，還可用于照明、收看電視和驅(qū)動冰箱等，能滿足無電用戶的用電需要。這兩種模式是由人工開停水泵，揚(yáng)水時間隨意，也適合風(fēng)光互補(bǔ)或風(fēng)力發(fā)電用戶。其不足之處是，若水源距住宅較遠(yuǎn)，須經(jīng)常搬運(yùn)蓄電池
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