什么是光伏水泵系统?
“光伏水泵系统”亦称“太阳能光电水泵系统”,其基本原理是利用太阳电池将太阳能直接转换为电能,然后驱动各类电动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有无噪声、全自动(日出而作,日落而停)、高可靠、供水量与蒸发量适配性好(“天大旱,它大干”)等许多优点。
联合国国际开发署(UNDP)、世界银行(WB)、亚太经社会(ESCAP)等国际组织部先后充分肯定了它的先进性与合理性,目前在这些国际组织的支持下,全世界已有数万台不同规格的光伏水泵在不同地区和国家运行,特别是在亚、非、拉及中东等发展中国家,已为许多贫困地区的人民带来相当可观的经济效益,加速了这些地区的脱贫步伐。
由于光伏水泵系统从技术上说是一个比较典型的“光、机、电一体化”系统,它涉及太阳能的采集、变换及电力电子、电机、水机、计算机控制等多个学科的最新技术,因此已被许多国家列为优先发展的高新技术和进一步发展的方向,中东、非洲有不少国家更是期望依藉太阳能水泵及省水微灌、现代化农业等新技术在地下水资源比较充裕的干旱地区把家园改造为绿洲。
通俗易懂的说就是水泵从深井或江河湖泊等水源中提水,注入水箱水池,太阳能供水泵工作的能耗!光伏电源的优势,可靠:光伏电源很少用到运动部件,工作可靠。安全,无噪声,无其他公害。不产生任何的固体,液体和气体有害物质,十分的环保。 安装维护简单,运行成本低,适合无人值守等优点。尤其以其可靠性高而备受关注。兼容性好,光伏发电可以与其他能源配合使用,也可以根据需要使光伏系统很方便的增容。标准化程度高,可由组件串并联满足不同用电的需要,通用性强。太阳能随处都有,应用范围广。产品特点:寿命长、功耗低、噪音小、调速平衡、运行可靠、无干扰等。光伏水泵系统利用来自太阳的持久能源,日出而作、日入而息,无需人员看管、无需化石能源、无需综合电网,独立运行、安全可靠。可与滴灌、喷灌、渗灌等灌溉设施配套应用,有效解决耕地灌溉问题,提高产量,节水节能,大幅降低传统能源、电力的投入成本。
1)解决无电人口和贫困地区用电。
独立光伏每3460 元的投资即可解决一人的用电而投资电网却需要13385 元,是独立光伏的3.87 倍。
2)实现精准扶贫。
2015~2017年三年光伏扶贫的开展,将使约200万户贫困群众在未来的20年获得每年3000元的稳定收入,相当于每年提供了60亿元的扶贫资金。
3)促进中西部融合。
西部以低廉的能源、人力成本吸引光伏制造企业前去投资。目前硅料环节57%的产能在西部,2018年底时这一数字可能达到76%其他环节的新增产能基本也都在西部。同时,截止2016年底,全国40%的光伏装机在西部省份,充分利用了当地丰富的太阳能资源和沙漠化土地,并能有效改善土地的沙漠化情况。
4)活跃民营资本,促进能源行业主体多元化。
传统能源从开采到发电,基本是控制在国有企业手中。而光伏产业,尤其是分布式光伏,打破了传统能源的地缘因素,降低了准入门槛,为更大范围的中小企业与公众参与能源事业提供了可能。
在持有量大的企业当中,国有企业和民营企业则各占半壁江山,而小规模持有人更是以民营企业为主。光伏发电的特点决定了其是促进能源行业主体多元化的主要力量。这种角色的转变将对能源系统的演进和发展产生重大而深远的影响。
5)集约用地,普及可再生能源,布局能源互联网
光伏发电与其他行业互补的发展新形式已经成为许多地区发展转型的措施之一,并使原有建筑物在原有功能的基础上,增加了发电、节能的功效,提高了利用率。户用光伏的发展,更是让可再生能源走进千家万户,让普通老百姓认识了可再生能源,提高了节能减排意识。
分布式光伏的发展,为未来的能源互联网发展奠定了坚实的基础。
6)节约水资源
从全生命周期来看,光伏发电的用水量仅是煤电用水量的50%,大力发展光伏发电,能有效节约水资源。
光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益,是最优质的绿色能源之一。根据世界自然基金会(WWF)研究结果:从减排二氧化碳效果而言,安装1平米光伏发电系统相当于植树造林100平米。目前,发展光伏发电等可再生能源将是根本上解决雾霾、酸雨等环境问题的有效手段之一。
在我国平均日照条件下,安装1千瓦光伏发电系统,1年可发出1200度电,可减少煤炭(标准煤)使用量约1度吨。据测算,在我国平均日照条件下,光伏发电系统全寿命周期内能量回报超过其能源消耗的15倍以上。
在北京以最佳倾角安装的1千瓦屋顶光伏并网系统的能量回收期为1.5-2年,远低于光伏系统的实用寿命期。也就是说,该光伏系统前1.5-2年发出的电量是用来抵消其生产等过程消耗的能量,1.5-2年之后发出的能量都是纯产出的能量。
原理
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中某个电子全部吸收,电子吸收的能量足够大,能克服金属原子内部的库仑力做功,离开金属表面逃逸出来,成为光电子。
硅原子有4个外层电子,如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子,就成为N型半导体;若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子,形成P型半导体。
当P型和N型结合在一起时,接触面就会形成电势差,成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后,电流便从P型一边流向N型一边,形成电流。
光伏农业概述:简单来说,光伏农业就是将太阳能发电广泛应用到现代农业种植、养殖、灌溉、病虫害防治以及农业机械动力提供等领域的一种新型农业。
光伏农业符合生物链关系和生物最佳生产原料能量系统要求、遵循农产品生产规律并创新物质和能量转换技术,以达到智能补光、补水及调温的目的,而其产出的农产品将比现有方式生产的产品更安全、更营养、更多产。
光伏农业的光伏技术主要有:Solartech光伏提水技术(光伏扬水系统)、光伏水泵、滴灌、喷灌、微灌等产品。光伏农业的意义相较于传统农业而言,光伏农业是一场实现农场变工厂、田间变车间的生产方式变革。在国内,伴随而来的“光伏下乡”相关政策即将出台。
其在现代农业中有着广泛的运用前景和重大的现实意义:
首先,有利于种植、养殖环节的环境综合保护。如太阳能杀虫灯等设备的应用可有效解决传统农业中因大量使用化肥和农药而带来的土壤肥力下降、(蔬果)农药兽药残留严重、农业废弃物大量增加的问题,从而达到保护农村生态环境、减少食品安全事故的目的。
其次,可为种植、养殖基地提供能源供给,比如,建立光伏温室大棚能给蔬菜、花卉、苗木、牲畜等种植养殖场所提供热量和电力,以确保其顺利过冬。
第三,可改善农民生活。现在国家正在大力推进文明村镇建设,其中一个重要内容便是加快农村基础设施建设,如能将太阳能照明、太阳能取暖等在农村逐步推广,这无疑将为农民提供生活便利。
第四,光伏农业也可运用在林业生产或水利建设上,比如太阳能水情监测报告系统、林业监测报告系统、水利灌溉系统等都需要利用光伏科技和太阳能。 由此,笔者有理由相信,光伏农业将是解决我国现代农业发展长期困境的发动机,是进一步发展农村经济、改善农民生活的必然选择,也是农业生产方式变革时势所趋。
从长远来看,发展光伏农业对于我国的农业转型具有重要意义,而从短期来看,光伏农业是是解决目前光伏产业困境的有效措施。 2011年,国际光伏市场萎靡不振,国内大量光伏企业也陷入困境,产能过剩问题严峻,原本风光无限的光伏企业集体进入“寒冬”。从根本上讲,国内光伏产业要打破危机,关键就在于能否逐渐实现自我转型,摆脱对出口的依赖,这就需要其深耕国内应用市场。 然而,尽管中国的大城市人口众多,但房屋大多是高楼大厦,也就是说大部分城市人没有自己的屋顶,这决定了中国的光伏应用难以像发达国家一样以居民别墅的屋顶发电设备为主。光伏企业想在城市打开一片天,其难度可想而知。笔者以为,要开拓国内光伏市场,走“农村包围城市”的路线或许更为现实,而发展光伏农业则是一个必然的选择。 要走“农村包围城市”之路,光伏应用企业需要转型升级:加大产品在终端运用的研发力度,生产出在农业生产、农民生活中可广泛运用的光伏应用产品,以化解市场危机,因为广袤的农村地区有着巨大的市场潜力。比如,如果新建一个万亩的光伏蔬菜大棚,需要近200兆瓦的多晶硅片。
有专家计算,如果在全国大面积、大范围地推广光伏农业产品,其市场产值可达千亿元规模,在五年内可达到万亿元规模,这几乎是一种裂变式的增长。太阳能在光伏农业领域内的应用 光伏农业不仅是一个诱人的概念,它还具有广阔的产业化前景,现在,很多产品已在农业生产中发挥作用。
从目前的情况看,主要有以下几类:
第一,太阳能杀虫灯。相比于传统农药,太阳能杀虫灯最大的好处是取代农药或少用农药,可保证食品安全。同时,市场上的此类产品已经具有时空、雨控、光控、全天候智能化管理等功能,除了普通电源产品外,有些高科技公司还开发出一体化野外太阳能照明杀虫灯、室内便携式照明杀虫杀蚊灯等产品,极大地方便了农民进行病虫害防治。
第二,新型太阳能生态农业大棚。这种技术将太阳能光伏发电系统、光热系统及新型纳米仿生态转光膜技术综合嫁接到传统温室大棚,达到不可思议的效果。比如,转光膜技术能根据不同植物生长对不同波长光吸收的需求,对透过转光膜的太阳光进行波长转换,以便农作物更容易吸收,提高了光合作用的效率。这种新型农业大棚能完全实现能源自给,既节能环保,又极易维护,相比于传统大棚,有成本低廉、农产品量质皆高的优点。
第三,太阳能光伏养殖场,这是将现代清洁能源工程与传统养殖事业相结合,在养殖场屋顶建设光伏电站,用以改造和提升传统畜牧养殖业并提供绿色能源的一种全新尝试,同时其推广和普及也能在提升新能源利用水平方面起到积极作用。
第四,新型农村太阳能发电站。这是一种以村为单位分享光伏发电系统的创新型商业尝试,在每一个村庄建设一个光伏电站,服务三农。考虑到太阳能发电技术在新农村建设中具有较大的应用发展空间,未来这类产品将大有可为。
第五,太阳能污水净化系统。现在,农村的环境污染日益严峻,污水是其中一大问题。太阳能污水净水系统在将太阳能转化成热能、电能后再有效地运用于污水处理工艺中,在这个过程中,基本没有二次污染和能耗转移。
第六,农用太阳能小产品,如太阳能手电筒、太阳能马灯、太阳能充电器、太阳能照明灭蚊灯等。这些产品可为偏远的无电、缺电地区的农民提供极大的生活便利。 以上列举的产品只是几类极具代表性的、可实际运用的光伏产品,实际上,光伏农业还在其他很多方面有着广阔的应用前景。
假以时日,类似的产品会源源不断地被开发出来,为农业生产提供便利的同时,也能提升农业科技水平,改善农民生活水准,推动农村加快转型。国家采取措施推动光伏农业发展 综上可知,现代农业需要光伏技术支撑,而光伏产品在农业上的应用价值也不可估量,推动光伏农业发展,是发展现代农业和解决光伏产业困境的双赢之道,而政府应该在其中有所作为。
笔者以为,政府可从以下几个方面采取措施推动光伏农业发展:
首先,中央政府应尽快出台扶持光伏农业相关应用的配套支持政策和法规。
其次,各级政府应制定出资金扶持政策,以鼓励相关企业投入到光伏农业领域。除了给予企业相应的资金补助外,还应从每年的新能源专项资金中拿出部分资金用于扶持光伏农业。同时,还应允许各地农业局或科技局申请专项经费用于推广太阳能农业技术或产品。
再次,中央、省级相关部门应和各地农业厅牵头,打造光伏农业样板和示范工程,专款列入国家财政预算,为其发展培养优秀人才和培育初级市场。
最后,在农业部现有的每年农机补贴经费中增加光伏农业产品补贴的份额和范围,扶持光伏农业的快速发展,同时是为我国整体光伏产业解决燃眉之急。