光伏水泵系统产业化关键技术及示范

云南师范大学

2009年，云南多地遭遇了连续干旱，对群众生活和生产造成极大影响，云南省科技厅2010年立项实施“光伏水泵系统产业化关键技术及示范”重点新产品项目，利用太阳能解决抗旱的问题，从此开始了光伏水泵的研究。2014年获国家自然科学基金项目“现有梯级水电站加装光伏抽水系统对光伏发电平衡能力的研究（项目编号：51367019）”的支持。

光伏水泵系统是采用太阳能光伏发电直接供电的提水系统。光伏发电及常规水泵提水是比较成熟的技术，但光伏水泵是一个新的技术方向，由于太阳辐射实时变化，导致光伏发电功率也变化，如何让水泵适应这种变化，同时保持较高工作效率是一个挑战。光伏水泵涉及光伏发电、水力学、自动控制等多个学科，众多难题等待解决。

2011年11月，省科技厅重点新产品计划项目在文山州西畴县董马乡幺铺子村上坝村民小组安装了云南省第一个光伏水泵示范系统，水泵7.5kW，光伏水泵控制逆变器7.5kW，光伏方阵功率10.8kW，扬程140m，晴天日提水50m3。该系统的建成结束了该村民小组87户家庭不通自来水的历史，村民们都表示感谢党和政府的关心。项目实施取得了光伏水泵系统的优化设计，包括光伏阵列的最佳设计，最佳的方位角、倾角，最佳的水泵功率和光伏组件配置，最佳的控制系统配置等成果。2012年省科技厅又在昆明市五华区西翥街道办安装38个示范点，自2013年开始省科技厅批量支持了4年全省范围内光伏水泵系统的建设。省水利厅2013年在嵩明、隆阳区及澄江支持了3个示范项目。

随着公司承担的光伏水泵系统工程的增加，针对遇到的各种各样的问题，深入研究了光伏水泵系统的各个方面，特别是光伏水泵控制逆变器技术、取水技术及系统设计等，在核心关键技术方面取得了一系列的突破：光伏水泵最大功率跟踪术、应对阳光激变、多种类型水泵应用、光交并行、远程监控、远程水位、多泵控制、多级多泵控制、大小泵、串联泵、冬季管道防冻、特殊防雷、漂浮取水、轨道取水、高压柱塞泵管道震动、不稳定电源的远距离输送和系统设计技术等，目前获2项发明专利授权，2项实用新型专利授权。

在光伏水泵系统建设的经济性、晴天日提水量等技术经济指标方面达到了国际领先水平。实际或提供技术方案及关键设备建设了130多个光伏水泵系统，光伏组件累计装机超过5MW，年提水量超过300万m3，解决了数万人饮用水及数万亩农田的灌溉问题，年产生的经济效益高达数亿元，取得了显著的经济社会效益，特别是解决了干旱季节的提水问题，促进了农村脱贫致富。项目实施每年都研发出多项光伏水泵新技术，是国际上少有的具备光伏水泵系统设计、关键设备制造、并能提供定制化制造及系统安装工程的全产业链单位，开创了光伏水泵产业新局面。

2012年底在大理州漾濞县组织实施的利用太阳能光伏技术从大江提水发展特色经果产业项目，突破了“祖祖辈辈居住江边山上的少数民族群众，看着江水年复一年流逝而不能用江水灌溉农业的无奈”，深受相邻州市县乡干部群众欢迎，项目荣获大理州第二届政府创新奖。

2013年云南省战略性新兴产业专项资金扶持项目“高效光伏水泵系统的产业化”，获得省财政厅100万元支持，是云南省唯一获支持的光伏水泵产业化项目。论文在2013年9月和2017年9月两届中国光伏大会上被评为优秀论文，这是自2004年设立优秀论文奖以来唯一颁发给光伏水泵领域的奖。2014年2月18日，光伏水泵规模化应用被云南省科技厅及新华社云南分社评为云南省2013年十大科技进展。

2014年6月11日获得联合国工业发展组织颁发的“2014年全球可再生能源领域最具投资价值领先技术蓝天奖”（全球仅有10项技术获奖，也是目前唯一给光伏水泵领域的奖）。

2015年刘祖明参加云南省农村科技服务中心的项目“太阳能光伏取水关键技术及示范推广”获得云南省2014年度科技进步三等奖。

2016年10月16日，刘祖明教授应邀参加2016扶贫日科技扶贫平行论坛，作为全国6个科技创新驱动精准脱贫实践分享典型之一，并在做了“光伏提水精准解决贫困山村吃水难问题”的报告，受到国务院扶贫办领导的好评。

2017、2019年亚行邀请刘祖明教授到孟加拉国提供光伏水泵技术咨询指导，2018年亚行邀请刘祖明教授在第十一届亚洲太阳能论坛上介绍中国光伏水泵，这是光伏水泵技术首次在国际顶级经济组织中亮相。2018年8月亚行通过中国可再生能源工业协会委托我们在昆明举办了光伏水泵在可持续灌溉及清洁供水中的应用国际区域培训班，有11个国家的代表参加，并参观了示范工程，对工程实施给予了高度评价。