隨著建設社會主義新農村的需求，光伏提水業近年來得到了迅速發展，它對解決人畜供水和農牧業灌溉問題起到了較大的作用。但因在光伏提水工程建設過程中沒有可執行的標準，工程建設的隨意性大，使光伏提水系統利用率低、效益差，系統功能不能全部發揮。本文將根據多年光伏提水工程的建設和設計經驗，依次介紹光伏提水工程的各個設計環節，對每個環節的設計內容、技術要求和指標的確定進行闡述，為今后光伏提水工程的建設提供一個科學的設計方法。

１光伏提水工程的選址

光伏提水工程建設地點選擇應具備相應的條件：有穩定、可靠的太陽能資源；５０年一遇的最大風速不大于５０ｍ／ｓ；有適宜的水源條件。

１．１太陽能資源條件

對工程建設地點進行不少于一年的太陽能資源資料測量，并取得距離建設點最近的相應參證氣象站的同期資料。滿足下列條件的地區，認為適合建設光伏提水工程。（１）條件一、年平均太陽總輻射量不小于１４００ｋＷ•ｈ／（ｍ２•ａ）。（２）條件二、全年太陽能年平均日照小時數不小于２２００ｈ。（３）太陽輻射量年變化和日變化、各月太陽輻射量日變化：用太陽輻射量年變化和日變化、各月太陽輻射量日變化與同期負荷的變化曲線對比，兩者相一致或接近的部分越多越好。

１．２水源條件

光伏提水工程建設前，應對建設地點進行水資源的勘察評價，對水源水質和水量提出相應要求。（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℃；固體物質含量（按質量計）不大于０．０１％，粒徑不大于０．２ｍｍ。（２）選用地下水源時，其允許開采量應大于取水量，保證水源的可持續性；選用地表水源時，其設計枯水流量的年保證率不宜低于９０％。當單一水源水量不能滿足要求時，可采用多水源或調蓄水等措施。（３）水源的供水能力應大于水泵的流量。

２光伏提水工程設計

２．１光伏提水工程總體設計應考慮的因素

（１）光伏提水泵站周圍不應有影響光伏發電的遮陽障礙物。（２）供水蓄水池應具備重力供水條件，應有一定的容積，保證連續陰天泵站不提水的情況下仍能正常供水。（３）在泵站取水處要預留放置其它取水器所需的空間。（４）系統應有放水裝置，以免冬季凍壞水管等設備。（５）在光伏陣列、控制室、水源口、蓄水池處應設有安全防護設施和警示標志。（６）輸水管線不應有較大的起伏，穿越不良地質、地段時應采用相應的技術措施。輸水管線接口處不應有明顯的滲漏。

２．２光伏提水工程技術要求

（１）光伏提水泵設施能在－２０℃～＋６０℃的條件下正常工作。（２）在光伏組件安裝的區域內，地基應有相應的承載力，避開沼澤、灘涂、流沙。（３）蓄水池最低點的水頭應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有欠壓、過載等電子自動保護功能。（５）光伏提水泵站的出水口處應有消能和防沖刷裝置。（６）要求冬季作業的光伏提水系統，輸水管線應埋設在凍層以下，或采取相應的其他防凍措施，管道上安裝閥門處應建閥門井。

３光伏提水機組的選型

光伏提水機組類型應依據工程用途、太陽能資源條件、提水流量及揚程等來選擇。流量大于１０ｍ３／ｈ的提水機組或水中含沙量大的宜優先選用離心泵提水機組；流量小于１０ｍ３／ｈ時宜選用高揚程、小流量容積泵提水機組。

４泵站相關參數的確定

４．１系統揚程的確定

光伏提水泵站總揚程是指光伏提水系統在夏季為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，水源此時的動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）計算：Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＋△Ｈ（１）式中：Ｈ———水泵的總揚程，ｍ；Ｈ１———動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系統日提水量的確定

系統日提水量為系統在全日內各個時間段的提水量之和，按公式（２）計算：Ｑｒ＝?ｔｚｔｑＱｉ（２）式中：Ｑｒ———日提水量，ｍ３／ｄ；Ｑｉ———選定機型在確定的揚程下某時段太陽能資源對應的系統流量，ｍ３／ｈ；ｔｑ———一天內系統提水起始時間，ｈ；ｔｚ———一天內系統提水終止時間，ｈ。

５光伏陣列的設計

５．１光伏陣列容量的確定

光伏陣列容量可按公式（３）計算：Ｎ＝Ｎｐｆ×ｋ１ｋ２（３）式中：Ｎ———光伏陣列的容量，Ｗ；Ｎｐｆ———提水系統峰值水功率，Ｗ；ｋ１———太陽能資源修正系數；ｋ２———光伏陣列跟蹤太陽方式修正系數。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）計算：ｃｏｓγ＝（ｓｉｎαｚｓｉｎ?－ｓｉｎδ）／ｃｏｓαｚｃｏｓ?（４）式中：αｚ———太陽高度角；?———當地緯度；δ———太陽赤緯角。（２）最佳傾角的確定。根據水平面太陽總輻射量結果，計算出不同角度（１０°～６０°間隔１°）傾斜面上各月太陽總輻射量。比較傾斜面不同傾角的月平均太陽總輻照量計算結果，得出全年最大太陽總輻照量時對應的傾角，即為光伏陣列最佳傾斜角。同時也適用固定安裝光伏陣列最佳傾角的計算［１］。