湘西地区光伏水泵应用优缺点分析

李家浦 薛 辉

(湘西民族职业技术学院，湖南 湘西 416000)

湘西州位于云贵高原与鄂西山地的结合部，武陵山脉由东北向西南斜贯全境，地形复杂，交通不便。州内农作物多依山而种，梯田式的耕作方式是本地种植的特色。湘西州处于亚热带季风气候带，雨季降雨量充沛，但夏天时有炎热少雨的情况发生。同时受地形的限制，偏远贫困地区用电不便。某些地区依然采用人工或畜力背水的方式采集饮用水和灌溉水。课题项目研究将低洼处水源使用光伏水泵抽送到灌溉区域，着力减轻农民负担，解决社会问题，同时实现农产品增产增收，为精准扶贫贡献力量。

1 光伏水泵系统的构成及工作原理

1.1 光伏水泵系统的构成

1975年，第一台光伏水泵问世。但因为太阳能电池技术的限制使用，使用范围非常小。随着30多年的发展进步，现在全世界已经投入使用的各种光伏水泵不计其数[1]。光伏水泵主要由光伏扬水逆变器、光伏阵列、追光系统、水泵等构成。在某些条件允许的地区，也可以在灌溉区修建蓄水池，将光伏阵列的电能用于水池蓄水，从而节省蓄电池的成本。光伏水泵系统可以分为直流光伏水泵系统和交流光伏水泵系统。直流光伏水泵系统将太阳能转化为直流电，功率较小，一般用于小型灌溉场景。而交流光伏水泵系统中光伏扬水逆变器可以将直流电转化为交流电，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率，功率较强，一般用于大型或中型的灌溉用水场景。

1.2 光伏水泵系统与柴油水泵和电网供电水泵的成本对比

光伏水泵系统相比较于柴油水泵系统和电网供电水泵系统，在系统整体使用成本上有一定的优势。假设三种水泵系统的水泵功率、功率因数、年运行时间都相同，光伏水泵与电机水泵年耗电量相同、3种水泵系统的水泵寿命也相同。电机水泵电网距离按1km计算，则需增加架设电网费用15万元，电费按0.5元/kWh计算；柴油机油耗0.33L/kWh，柴油价格按6元/L计；光伏组件以10kw计算。通过计算，光伏水泵系统系统总投入为10万元，柴油水泵系统系统总投入为20.567万元，电网供电水泵系统总投入为23.246万元，显然光伏水泵系统在初投和运行成本方面相对于其他常用的两种是有优势的。

1.3 光伏水泵系统与柴油水泵在环境成本方面的对比

2017年10月18日，习近平同志在十九大报告中指出，坚持人与自然和谐共生。我国对大气污染物的排放量高度重视，近年来不断强调节能减排。与柴油水泵系统相比，光伏水泵系统在运行时处于零排放的状态。而柴油机组在运行时会排放一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物以及颗粒物。柴油在运输和使用的过程中出现泄漏，不仅会污染环境，遇火还会引发火灾[2]。

2 光伏水泵系统应用方面的缺点

2.1 光伏水泵系统前期投入较大

“十一五”期间，国家电网农电系统大力实施“三新”农电发展战略，着力推进农村电网建设与改造“户户通电”工程、新农村电气化建设。随着农村电网改造升级，光伏水泵系统在设备方面的优势逐渐消失。原本的电网假设成本被国家以公益服务的方式分摊。电网供电水泵设备相对简单，初投成本较低，为光伏水泵系统初投成本的1/3～1/15倍。

2.2 光伏水泵系统区域性较强

光伏水泵应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电。同时能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度1000W/M2。大规格使用时，对作物用地占用较多。在交通不便的贫困偏远地区，建设费用也是一笔不小的支出。

2.3 光伏水泵系统的核心设备生产属于高污染高能耗

光伏太阳能阵列的生产具有高污染、高能耗的特点。其制作过程十分复杂，要经过切片、清洗、制备绒面、周边刻蚀、去除背面PN+结、制作上下电极、制作减反射膜、烧结、测试分档等10步步骤。制作过程中本身要消耗大量的能源，其次晶体硅电池的制造过程也是高污染、高能耗的。

3 结语

具体到湘西地区，光伏水泵系统在山地辅助农作物种植方面，在经济效益方面和环境效益方面对比常用的水泵系统都具有不小的优势。但从服务地方经济的角度，尤其是支持国家脱贫攻坚大政方针方面，光伏水泵系统如何使用还需要进一步的探讨和研究。