动态智能最大功率跟踪控制太阳能多功能系统开发应用可行性研究报告(编辑修改稿)

动态智能最大功率跟踪控制太阳能多功能系统开发应用可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

统产品的批量生产能力。 ⑷、形成光伏水泵系统检测能力及实验室。 ⑸、从巴基斯坦、土耳其等国开始实施，三年内达到批量生产及批量出口的目的，计划年均增长率为 20%。 ⑹、 青海省三江源牧业区草场节水灌溉应用推广。 二、项目产品创新性、先进性 该项目产品的技术在国内外的发展情况及主要特点 ⑴ 、该项目产品的技术在国内外的发展情况及主要特点 光伏水泵与柴油机水泵相比具有相当良好的经济性。 世界银行在盛产石油的中东地区出了具有明确结论的经济性比较，就其每立方米的水价而言，光伏水泵的水价与柴油机水泵水价持平的系统功率约 在 40kW。 由于近几年太阳电池及其它电子控制器件的降价，两者水价持平的功率在 75kW 左右。 德国西门子公司基于近年在世界各地安装、试验、销售各种规格光伏水泵经验的基础上，得出的结 17 论是：柴油机水泵初期投资低是其优点，但随着运行年数的增加，其运行维护费用将不断增加，每立方米水的成本将因此而逐年增长。 光伏水泵与柴油机水泵的比较： ① 、性能比较 光伏水泵系统是靠太阳能提供能量，不需要消耗燃料，而柴油机则要消耗大量的燃料。 光伏水泵输出功率不随海拔高度的变化而变化，而柴油机的输出功率则随海拔高度的增加而逐步下降，在平 均海拔 4000 米的青藏高原，其输出功率只有平原地区的 60%,。 光伏水泵的主要部件太阳电池组件具有负温度系数，环境温度每降低 1℃可提高电池板输出功率 %。 光伏水泵在高寒的青藏高原比在平原温暖地区输出功率要高出许多，而柴油机恰恰相反。 太阳电池组件使用寿命长达 20 年，而柴油机在青藏高原特殊的气候条件下，平均无故障使用时间仅为 500h，运行维护费用高。 光伏水泵结构简单，性能稳定，操作方便，基本上可实现免维护。 光伏水泵应用领域： 对于农业是重要经济组成但同时却面临能源短缺乏的国家 , 如何有效的灌溉农田是一 个非常重要的问题 . 光伏水泵提供一种有竞争力的解决方案 . 不需要汽油 ,不需要柴油 , 不需要电力消耗 , 不需要敷设电线 , 只要有阳光 ,我们就可以实现农业灌溉。 喷泉景观造成大量浪费 ,光伏水泵可以对景观用水进行循环利用泵水 , 杜绝浪费。 18 对于生活在偏远地区的人民来说 , 因为无法连接电网 , 所以获取生活用水是一个很困难的问题 . 使用光伏水泵 , 可以方便有效的获取清洁的地下水 , 无须依赖电力。 低绿化率和荒漠化是包括许多发展中国家所面对的共同的环境问题 , 光伏水泵解决方案在治沙造林等环保领域可以发挥关键作用。 光伏 水泵无须看护 ,维护成本低 , 使用期限可长达 20 年 (注 : 须定期检修水泵 ), 虽然短期投资大 ,但长远收益好 , 是环保经济高效的供水解决方案。 ② 、经济性比较 光伏水泵与柴油机水泵相比具有良好的经济性。 柴油机水泵初期投资低是其优点，但随着运行年数的增加，其运行维护费用将不断增加，每立方米水的成本将因此而逐年增长。 光伏水泵的初期投资偏大是其缺点，但此后由于它的运行费用低和少维护或免维护等特点，其水的成本上升非常缓慢， 10 年以后，柴油机水泵的水成本将是光伏水泵水成本的两倍还多，两者的盈亏平衡点约在 3 年左右。 从柴油机 水泵运行成本分析看，燃料消耗占其运行成本的绝大部分，随着对石油开采和柴油提炼成本的不断增加，柴油发电机的运行成本还将不断上升。 由此可以断言，两者的成本比例将进一步拉大。 我国西部地区的实践证实了这一结果。 现有项目产品技术研发力量状况分析 公司概况 19 承担法人概况 项目申请单位简介：青海天普太阳能科技有限公司是从事太阳能发电 ,环保能源产品的研究、开发、生产、经营的高科技企业。 成立于 1998年。 公司通过 ISO9001:2020 质量管理体系认证。 通过 ISO14001:2020 环境管理体系认证。 公司获得国家光伏产 品金太阳认证。 具有青海省科技型企业；青海省高新技术企业资质。 国家发改委 /世界银行 /全球环境基金可再生能源发展项目执行单位。 法人单位注册号： 632900102902411 法人单位名称： 青海天普太阳能科技有限公司 法定代表人： 杨志刚（研究员）（电话： 13519709111） 地址：青海省西宁市经济技术开发区（国家级）创业园 电话： 0971－ 821673 8817719 传真： 0971－ 8226401 邮编： 810007 电子信箱： 公司网址： 开业时间： 1998 年 08 月 03 日 登记注册类型：有限责任公司 注册资金： 壹仟万元 人员总数： 58 人（其中 60％为下岗工人，残疾职工 6 名） 大学本科学历以上学历人员 9 人，大专学历人员： 12 人， 高级技术职称人员： 5 人，中级技术职称人员： 6 人（其中高级技师 3 人），初级技术职称人员： 7 人。 20 公司已于 2020 年纳入国家发改委 /世界银行中国可再生能源发展项目执行单位。 公司已制定中长期计划，立足于青海，专心致志地以青海为基地发展新能源技术和市场， 力求为广大的青海少数民族地区做出毕生的贡献。 公司目前正在开展与国际的合作，已初有成效。 我们有信心与国际间有关机构形成密切合作，为我省的新能源普及、推广和环境保护贡献力量。 公司已与缅甸、巴基斯坦、土耳其等国开展商务协作。 本公司应巴基斯坦农业部要求，首批出口产品已发至该国。 公司已在缅甸、巴基斯坦建立销售服务网点，以求业务迅速扩展。 十年以来，公司已完成世界银行中国光伏发展项目、农业部光伏书屋项目、青藏铁路道班太阳能电源项目以及西部各省区政府新能源研发、建设及太阳能电源推广项目五十余个。 十年以来，公司主要产品 －太阳能光伏电源及其主要部件在国内外的销售量已逾 10 万台套。 公司管理层中拥有高级工程师、研究员、副研究员以及硕研、博士等高级管理人员及技术人员多名，技术力量强劲。 公司工程技术人员学科结构合理、全面，其中数人拥有多项新技术、新产品国家专利，有多人从事太阳能光伏技术事业十年以上，具有丰富的理论和实践经验。 项目负责人基本情况及主要技术负责人的概况： 项目负责人： 21 公司法人代表、研究员、总经理杨志刚，是青海天普太阳能科技有限公司的发起人，公司的创立人。 公司组织结构图 电 池 片 分 选 划 片 测 试 组 分铜 焊 带 下 料串 （ 并 ） 焊 接 组 焊 检 验玻 璃 纤 维 下 料T P T 下 料E V A 下 料组 件 层 铺玻 璃 清 洗入 库成 品 检 测 分 档贴 标组 装 边 框 粘 装 接 线 盒 整 形 层 压 成 型 组 件 复 检 公司目前生产能力：年产太阳能电池组件 2MWp，光伏发电系统年产 20200 套。 企业技术创新情况 公司近三年以来，每年投入技术进步及新品研发等技术创新方面的资金约 100 万元。 公司自有专利技术 8 项，有效专利 6 项（见附件） 近年来公司已完成研发及技术进步项目： 公司实施并完成的重大项目：  国家发改委 /全球环境基金组织 /世界银行 中国可再生能源发展项目  完成青藏铁路道班太阳能光伏信号电源项目  完成农业部青海三江源地区太阳能温暖工程项目  完成格尔木机场路太阳能亮化工程 22 公司现有专业高级技术人 员 5 名，具有一支实践经验丰富，专业知识扎实，学科搭配合理的研发、生产技术团队，有能力承担该项目的研发、生产转化。 国际市场营销方面公司借助于现有力量，有计划发展营销队伍及逐步建立国外经营服务网点。 我公司长期以来与国内业界院校、研究所、专业企业间均有良好的协作关系。 项目技术支撑协作单位拟为（均有协作意向）： 上海交大能源研究所 中科院北京自动化研究院 安徽科光新能源有限公司 国内可提供光伏水泵所需高效能水泵企业已有合作意向的有： 威乐 劳伦斯 开利 与现有产品、技术和装备的对比分析 项目完成后，其产品完 全可达到国内领先水平，国际先进水平。 智能化高效控制逆变器是光伏水泵系统的关键技术环节，国内外技术现状简述如下：国内现在很多场合使用的还是第一代工频变压器逆变器，体积庞大笨重，变换效率低仅 85%～ 87%，浪费大量宝贵电能，发热量大温升高；部分采用第二代高频逆变器，因为还是采用变压器，体积减小重量减轻比例有限，其电能转换效率虽有所提 23 高，也仅能达到 87%92%。 在太阳能电池矩阵发电效率每提高一个百分点都很艰难的情况下，采用全新设计理念研制的第三代无变压器高效率逆变控制器，逆变效率可以提高到 95%以上，体积大幅 度减小，重量减轻近半。 采用本项目新技术开发的第三代无变压器高效率逆变控制器，不仅以较低投入大大提高了太阳能发电系统的整体效率，而且运输、安装、维护都更加方便、快捷。 目前国内主要主流逆变厂商的技术尚处于第一代工频变压器逆变技术状态；而国外的主流厂商除了德国的 SMA 能够提供第三代逆变技术外，其余基本尚处于第二代逆变（高频变压）技术，其中包括奥地利的 Fronius 等。 其次，最大功率跟踪器同样是光伏水泵系统的关键技术，项目采用的此项技术具有国内外领先优势。 以硅为基本材料的太阳能电池在不同的照射强度和温度下其 Ⅰ Ⅴ特性曲线各不相同，而输出与Ⅰ Ⅴ特性相应存在一个最大功率输出点，因此对太阳能电池最大输出功率点的追踪，即 MPPT（ Maximum Power Point Trace）成为提高整个系统效率的关键点之一。 由于最大功率是动态的，因此如何在最快的时间内找到其最大功率点，是整个技术的关键。 本装置使用了“缩小步长法”来寻找和跟踪太阳能电池的最大功率点。 比起普通的 MPPT 算法来，寻找和跟踪速度更快。 24 在实现最大功率点跟踪的时候，本装置时刻对输出电压和工作电流进行监控和保护。 输出电压不能太高或太低，工作电流不能太大。 当输出电压过低时，关闭整个设备；当输出电压过高时，跳出最大功率点跟踪状态，实行恒压供电模式，控制输出电压不超过逆变装置输入电压的上限。 工作电流过高时，跳出最大功率点跟踪状态，实行恒流供电模式，使得工作电流始终不会超过整个装置能够随的上限。 要达到的技术性能指标和参数 主要技术指标： ⑴、太阳电池组件： 组件效率 η ＞ 17% 25 标称功率 Pm： 175Wp； 最大功率电压 Vm： ； 最大功率电流 Im： ； 开路电压 Voc： ； 短路电流 Isc： ； 最大系统电压 : 1000V； 一块电池板尺寸为： cm； ⑵、水泵选型技术指标： 选择的光伏水泵的主要性能参数为： 扬程 [ m ] 0—60 最大流量 [m179。 /h] 最大效率 [%] 64 系统电压 72—96V DC 最大开路电压 200V DC 所配光伏阵列 [Wp] 480—1200 ⑶、控制逆变器效率：＞ 90% ⑷、 MPPT 增加提水率：＞ 15% ⑸、光伏水泵含沙量：＜ 2% 采用的技术标准 GB/T190642020 《太阳能家用电源技术条件》 Q/TYN0022020《太阳能光伏电源产品技术条件》 GB/T95351998《 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》 GBT28171991 《井用潜水泵技术条件》 GB／ T32142020 《水泵流量的测定方法》 SN/T09602020 《进出口水泵检验规程》 SL3172020 《水泵安装及验收规范》 26 三、实施方案 技术特点、关键技术和关键工艺 光伏水泵的特点： ⑴ 、利用随处可得的太阳能作为水泵的驱动动力，节约传统能 源，既环保又节省电力费用； ⑵ 、系统根据水泵 工作的特点，设计有最大功率点跟踪（ MPPT 或 VI 动态最大功率跟踪器）功能，最大程度地利用了光伏组件的转换能量，使用户的投资得到最大回报；如果用户选用跟踪日照支架将获得更长的日照时间（适用于小型系统），从而增加日取水量； ⑶ 、无需专人看管的自动系统。 水泵每天自行在日照达到要求 时开始取水，在日照不足时停止工作，而在井水干涸和水箱注满时均会自动停止取水；不需要取水时只需扳动控制器上的开关，即可停止水泵工作； ⑷ 、适用于不同的水井构造（如水泥井壁、钢管型井壁、砖壁 或泥底水井）和水深，输水管与水泵连接方便可靠；安全 绳能使水泵处于合适的水下深度，保护坠落或低于设计采水位置，只需将安全绳在井口拴接牢固即可；电缆连接有专用防水接头和套管，防水性好； ⑸ 、特别选用的水泵电机，针对光伏供电条件且不受太阳能供 电电压和电流不稳的影响高效取水。 我们的电机虽然浸入水中，但由于电机绕组采用的是防水形式，因水泵暴露在水中工作，长时间 27 连续工作时也不会因电机温度过高，影响水泵寿命； ⑹ 、专门设计的控制器适用于螺杆泵、离心泵、等多种泵型， 只要根据不同需要匹配不同的控制器，更换方便，能适应不同的水质。