光伏水泵系统设计与试验研究

作     者：贾自强 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丛小青

授予年度：2010年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：光伏泵 流动分析 最大功率 充放电 控制 试验 

摘      要：光伏水泵具有无污染、无燃料消耗、无人值守等优点,推广光伏水泵能缓解西部干旱地区、偏远无电山区的农业和生活缺水问题,改善人民生活水平。但是,价格昂贵、系统复杂等因素,导致光伏水泵系统难以大规模推广应用。本文以光伏水泵系统为研究对象,有针对性的对系统若干重要方面进行了优化设计及试验验证。为开发小型户用、低成本、高性能、结构简单的光伏水泵系统做出了探索。主要研究内容和结论如下： (1)分析了电池阵列的输出特性,研究了阵列输出与辐射强度、环境温度、光线入射角等因素的关系,并概述了搭建阵列的原则。 (2)分析了水泵叶轮入口附近的流动特性。从速度三角形入手,推导了入口附近的冲击损失公式。公式表明入口冲击损失与圆周速度的平方成正比,且与液流角的改变量有关。随着转速降低,损失先增大,然后趋于稳定,最后又减小。并分析了不同辐射下二次流的部位与范围。 (3)应用Pro/E软件,对光伏水泵的叶片、叶轮进行了三维建模,利用非结构网格技术对流动区域进行了网格划分。借助Fluent软件,基于N-S方程和标准κ-ε湍流模型,考虑四种不同的辐射条件,采用SIMPLE算法对设计的光伏水泵进行了流场计算。计算结果与前文分析基本吻合。 (4)针对扰动观察法的不足,提出了一种改进的双重判据、五段式扰动观察法。详细分析了该算法的决策原理和跟踪过程,利用Multisim 10设计了基于单片机的最大功率跟踪(MPPT)硬件电路。 (5)为提高蓄电池组的效率、延长其寿命,提出了智能化充放电控制策略。分析了该策略的原理和电路结构,设计了基于单片机的充放电硬件电路,包括电压检测、数据转换、功率管驱动、指示和保护电路等。 (6)试制了一套光伏水泵试验系统,在晴朗无风的条件下进行了相应的试验研究。结果表明：采用的跟踪策略取得了较好的实际效果。充放电控制方法能有效地解决蓄电池组使用过程中出现的过充电、欠充电、互充电等问题,延长了电池的寿命。