隨著建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的需求，光伏提水業(yè)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，它對(duì)解決人畜供水和農(nóng)牧業(yè)灌溉問(wèn)題起到了較大的作用。但因在光伏提水工程建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)的隨意性大，使光伏提水系統(tǒng)利用率低、效益差，系統(tǒng)功能不能全部發(fā)揮。本文將根據(jù)多年光伏提水工程的建設(shè)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，依次介紹光伏提水工程的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)要求和指標(biāo)的確定進(jìn)行闡述，為今后光伏提水工程的建設(shè)提供一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。

１光伏提水工程的選址

光伏提水工程建設(shè)地點(diǎn)選擇應(yīng)具備相應(yīng)的條件：有穩(wěn)定、可靠的太陽(yáng)能資源；５０年一遇的最大風(fēng)速不大于５０ｍ／ｓ；有適宜的水源條件。

１．１太陽(yáng)能資源條件

對(duì)工程建設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行不少于一年的太陽(yáng)能資源資料測(cè)量，并取得距離建設(shè)點(diǎn)最近的相應(yīng)參證氣象站的同期資料。滿足下列條件的地區(qū)，認(rèn)為適合建設(shè)光伏提水工程。（１）條件一、年平均太陽(yáng)總輻射量不小于１４００ｋＷ•ｈ／（ｍ２•ａ）。（２）條件二、全年太陽(yáng)能年平均日照小時(shí)數(shù)不小于２２００ｈ。（３）太陽(yáng)輻射量年變化和日變化、各月太陽(yáng)輻射量日變化：用太陽(yáng)輻射量年變化和日變化、各月太陽(yáng)輻射量日變化與同期負(fù)荷的變化曲線對(duì)比，兩者相一致或接近的部分越多越好。

１．２水源條件

光伏提水工程建設(shè)前，應(yīng)對(duì)建設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行水資源的勘察評(píng)價(jià)，對(duì)水源水質(zhì)和水量提出相應(yīng)要求。（１）光伏提水工程的水源水一般為清水，如河水、湖水、池塘水、井水等。水的溫度不高于４０℃；固體物質(zhì)含量（按質(zhì)量計(jì)）不大于０．０１％，粒徑不大于０．２ｍｍ。（２）選用地下水源時(shí)，其允許開(kāi)采量應(yīng)大于取水量，保證水源的可持續(xù)性；選用地表水源時(shí)，其設(shè)計(jì)枯水流量的年保證率不宜低于９０％。當(dāng)單一水源水量不能滿足要求時(shí)，可采用多水源或調(diào)蓄水等措施。（３）水源的供水能力應(yīng)大于水泵的流量。

２光伏提水工程設(shè)計(jì)

２．１光伏提水工程總體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素

（１）光伏提水泵站周?chē)粦?yīng)有影響光伏發(fā)電的遮陽(yáng)障礙物。（２）供水蓄水池應(yīng)具備重力供水條件，應(yīng)有一定的容積，保證連續(xù)陰天泵站不提水的情況下仍能正常供水。（３）在泵站取水處要預(yù)留放置其它取水器所需的空間。（４）系統(tǒng)應(yīng)有放水裝置，以免冬季凍壞水管等設(shè)備。（５）在光伏陣列、控制室、水源口、蓄水池處應(yīng)設(shè)有安全防護(hù)設(shè)施和警示標(biāo)志。（６）輸水管線不應(yīng)有較大的起伏，穿越不良地質(zhì)、地段時(shí)應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)措施。輸水管線接口處不應(yīng)有明顯的滲漏。

２．２光伏提水工程技術(shù)要求

（１）光伏提水泵設(shè)施能在－２０℃～＋６０℃的條件下正常工作。（２）在光伏組件安裝的區(qū)域內(nèi)，地基應(yīng)有相應(yīng)的承載力，避開(kāi)沼澤、灘涂、流沙。（３）蓄水池最低點(diǎn)的水頭應(yīng)能滿足最不利用戶用水終端的水頭要求。（４）容量大于２ｋＷ的光伏提水泵站的控制器應(yīng)有欠壓、過(guò)載等電子自動(dòng)保護(hù)功能。（５）光伏提水泵站的出水口處應(yīng)有消能和防沖刷裝置。（６）要求冬季作業(yè)的光伏提水系統(tǒng)，輸水管線應(yīng)埋設(shè)在凍層以下，或采取相應(yīng)的其他防凍措施，管道上安裝閥門(mén)處應(yīng)建閥門(mén)井。

３光伏提水機(jī)組的選型

光伏提水機(jī)組類型應(yīng)依據(jù)工程用途、太陽(yáng)能資源條件、提水流量及揚(yáng)程等來(lái)選擇。流量大于１０ｍ３／ｈ的提水機(jī)組或水中含沙量大的宜優(yōu)先選用離心泵提水機(jī)組；流量小于１０ｍ３／ｈ時(shí)宜選用高揚(yáng)程、小流量容積泵提水機(jī)組。

４泵站相關(guān)參數(shù)的確定

４．１系統(tǒng)揚(yáng)程的確定

光伏提水泵站總揚(yáng)程是指光伏提水系統(tǒng)在夏季為９～１７ｈ，冬季為１０～１５ｈ抽取的水量與水源供給的水量處于平衡時(shí)，水源此時(shí)的動(dòng)水位到出水口中心的高差與輸水管道的阻力之和。按公式（１）計(jì)算：Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＋△Ｈ（１）式中：Ｈ———水泵的總揚(yáng)程，ｍ；Ｈ１———動(dòng)水位到最不利用水終端的高差，ｍ；Ｈ２———蓄水池底部到最不利用水終端的高差，一般取２ｍ～３ｍ；Ｈ３———蓄水池深度，ｍ；△Ｈ———總水頭損失，ｍ。

４．２系統(tǒng)日提水量的確定

系統(tǒng)日提水量為系統(tǒng)在全日內(nèi)各個(gè)時(shí)間段的提水量之和，按公式（２）計(jì)算：Ｑｒ＝?ｔｚｔｑＱｉ（２）式中：Ｑｒ———日提水量，ｍ３／ｄ；Ｑｉ———選定機(jī)型在確定的揚(yáng)程下某時(shí)段太陽(yáng)能資源對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)流量，ｍ３／ｈ；ｔｑ———一天內(nèi)系統(tǒng)提水起始時(shí)間，ｈ；ｔｚ———一天內(nèi)系統(tǒng)提水終止時(shí)間，ｈ。

５光伏陣列的設(shè)計(jì)

５．１光伏陣列容量的確定

光伏陣列容量可按公式（３）計(jì)算：Ｎ＝Ｎｐｆ×ｋ１ｋ２（３）式中：Ｎ———光伏陣列的容量，Ｗ；Ｎｐｆ———提水系統(tǒng)峰值水功率，Ｗ；ｋ１———太陽(yáng)能資源修正系數(shù)；ｋ２———光伏陣列跟蹤太陽(yáng)方式修正系數(shù)。ｋ１、ｋ２值分別按表１和表２選取。

５．２光伏陣列方位角、最佳傾角的確定

（１）方位角γ按公式（４）計(jì)算：ｃｏｓγ＝（ｓｉｎαｚｓｉｎ?－ｓｉｎδ）／ｃｏｓαｚｃｏｓ?（４）式中：αｚ———太陽(yáng)高度角；?———當(dāng)?shù)鼐暥龋?delta;———太陽(yáng)赤緯角。（２）最佳傾角的確定。根據(jù)水平面太陽(yáng)總輻射量結(jié)果，計(jì)算出不同角度（１０°～６０°間隔１°）傾斜面上各月太陽(yáng)總輻射量。比較傾斜面不同傾角的月平均太陽(yáng)總輻照量計(jì)算結(jié)果，得出全年最大太陽(yáng)總輻照量時(shí)對(duì)應(yīng)的傾角，即為光伏陣列最佳傾斜角。同時(shí)也適用固定安裝光伏陣列最佳傾角的計(jì)算［１］。