提取地下水的關(guān)鍵是動力,可是在電網(wǎng)未及的大西北邊遠(yuǎn)農(nóng)村,動力正是首缺,我國目前還有將近8000萬人口居住在新疆、青海、西藏、甘肅、內(nèi)蒙等省份的邊遠(yuǎn)無電或嚴(yán)重缺電的干旱地區(qū),這些地區(qū)的共同特點(diǎn)是人口密度低、居住分散、交通不便、氣溫偏低但太陽能資源豐富,有些地區(qū)還具有相當(dāng)豐富的地下水資源。那里的人民渴望能用上電以解決他們的照明、潔凈人畜飲水和農(nóng)牧區(qū)灌溉、通訊、小家電甚至小規(guī)模的農(nóng)產(chǎn)品加工問題。35VK供電線路的造價超過80,000元/公里,這種小負(fù)荷、長距離的輸電方式顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

“光伏水泵系統(tǒng)”亦稱“太陽能光電水泵系統(tǒng)”,其基本原理是利用太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能,然后驅(qū)動各類電動機(jī)帶動水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有無噪聲、全自動(日出而作,日落而停)、高可靠、供水量與蒸發(fā)量適配性好(“天大旱,它大干”)等許多優(yōu)點(diǎn)。聯(lián)合國國際開發(fā)署(UNDP)、世界銀行(WB)、亞太經(jīng)社會(ESCAP)等國際先后充分肯定了它的先進(jìn)性與合理性,目前在這些國際組織的支持下,全世界已有數(shù)萬臺不同規(guī)格的光伏水泵在不同地區(qū)和國家運(yùn)行,特別是在亞、非、拉及中東等發(fā)展中國家,已為許多貧困地區(qū)的人民帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益,加速了這些地區(qū)的脫貧步伐。由于光伏水泵系統(tǒng)從技術(shù)上說是一個比較典型的“光、機(jī)、電一體化”系統(tǒng),它涉及太陽能的、變換及電力電子、電機(jī)、水機(jī)、計(jì)算機(jī)控制等多個學(xué)科的,因此已被許多國家列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)和進(jìn)一步發(fā)展的方向,中東、非洲有不少國家更是期望依藉太陽能水泵及省水微灌、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)等新技術(shù)在地下水資源比較充裕的干旱地區(qū)把家園改造為綠洲。

通過對光伏水泵系統(tǒng)功率輸出特點(diǎn)的分析，找到影響功率輸出的影響因素，通過進(jìn)一步對光伏輸出I-V 曲線和P-U 曲線分析，提出了一種對功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 擾動觀察法的優(yōu)化算法和實(shí)現(xiàn)方法，解決了MPPT 擾動觀察法在功率點(diǎn)附近震蕩的問題。光伏組件是光伏水泵系統(tǒng)的能量來源，光伏組件的輸出功率受外部環(huán)境影響較大，如光照強(qiáng)度、溫度變化等；即使在外部環(huán)境參數(shù)穩(wěn)定時，其輸出功率還會受所連接的負(fù)載的影響，研究表明，只有當(dāng)連接的負(fù)載為某一恒定值時，即所謂的阻抗匹配，光伏組件輸出功率才達(dá)到值，此時光伏組件所輸出的功率為功率點(diǎn)。

為了發(fā)揮光伏組件的效率，在外部環(huán)境和負(fù)載變化的情況下使光伏組件仍保持功率的輸出，就需要不斷調(diào)節(jié)光伏組件的工作電壓，使其輸出功率化，這個功率調(diào)節(jié)過程被稱為功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)。通過對這些曲線分析可知，除了在 Pa、Pb、Pc 點(diǎn)阻抗達(dá)到了阻抗匹配外，其他點(diǎn)都未能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，即輸出功率未達(dá)到點(diǎn)，這說明采用光伏組件直接與水泵電機(jī)耦合會導(dǎo)致系統(tǒng)功率不能充分發(fā)揮，即總效率欠佳。因此，若想充分發(fā)揮光伏組件的效率，化提高瞬時功率，就需對功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。