交流光伏水泵系统由４部分组成：:太阳电池组件、最大功率点跟踪/控制（逆变）器、电机和水泵系统。 １） 太阳电池组件太阳电池组件是直接把太阳能转换为直流形式的电能。太阳电池的伏安特性曲线具有强烈的非线性。太阳电池组件的伏安特性曲线具有和单体太阳电池同样的形状，若忽略单体太阳电池生产过程中的差异、组件相互之间的连接电阻，即假设它们具有理想的一致性，则太阳电池组件的伏安特性曲线可以看作仅是单体太阳电池伏安特性曲线按串、并联方式放大其坐标的比例尺。 ２）最大功率点跟踪/控制（逆变）器 太阳电池组件的输出伏安特性曲线具有强烈的非线性，而且和太阳辐照度、环境温度、阴、晴、雨、雾等气象条件有密切关系，其输出随日照而变化的是直流电量，而作为太阳电池组件负载的光伏水泵，它的驱动电机有时是直流电机，有时是交流电机，甚至还有其它新型电机，它们同样具有非线性性质。在这种情况下要使光伏水泵系统工作在比较理想的工况，而且对于任何日照，都要发挥太阳电池组件输出功率的最大潜力，这就要有一个适配器，使电源和负载之间能达到和谐、高效、稳定的工作状态。适配器的内容主要是最大功率点跟踪器、逆变器以及一些保护设施等。 ａ.最大功率点跟踪器（MPPT）： 太阳电池组件在不同太阳辐照度下输出最大功率点位置并不固定，而且当环境温度发生变化时，相应于同一辐照度的最大功率点位置也将变化。 为了实现最大功率点跟踪，以获取当前日照下最多的能量，MPPT 通常做成两种形式，即恒定电压式最大功率点跟踪器（CVT 式MPPT）和真正的MPPT。
ｂ．变频逆变器： 太阳电池组件通过最大功率点跟踪器以后的输出是直流电压，如果水泵所。 ａ.最大功率点跟踪器（MPPT）： 太阳电池组件在不同太阳辐照度下输出最大功率点位置并不固定，而且当环境温度发生变化时，相应于同一辐照度的最大功率点位置也将变化。 为了实现最大功率点跟踪，以获取当前日照下最多的能量，MPPT 通常做成两种形式，即恒定电压式最大功率点跟踪器（CVT 式MPPT）和真正的MPPT。 ｂ．变频逆变器： 太阳电池组件通过最大功率点跟踪器以后的输出是直流电压，如果水泵所用驱动电机是直流电动机，当然就可以在二者电压值相适配的情况下直接连接，电动机将带动水泵扬水。由于直流电动机的造价一般较高，还需要定期维护或更换电刷，近年来，由于新型调速控制理论及新型功率电子器件问世和技术进步，使交流调速技术有了长足的发展，其效率已逐步赶上直流电动机，而其使用的方便性和牢固性却远远超过直流电动机，因此有刷直流电动机的驱动方式渐呈被淘汰之势，而取而代之的主要是高效率的三相异步电动机及直流无刷电动机，也偶有采用永磁同步电动机或磁阻电动机的。后几种电动机的驱动都要靠专用的变频装置或相应的电力电子驱动电路。这里以三相异步电动机的驱动为例说明其驱动的基本原理。 交流驱动常分为方波驱动（含阶梯波驱动）及正弦波驱动两大类。一般说功率较小的光伏水泵系统（300W 以下）采用方波驱动的为多，功率较大时为限制其谐波损耗，常采用正弦波驱动。不论采用何种驱动，其基本电路结构都可分为以下四部分，即：（１）开关电源部分：它的作用是为控制器提供电源。控制器往往需要±5V 或±12V等控制电源，而太阳电池组件的输出电压在绝大部分情形下是不可能直接为此所用，因此需要一个DC/DC 变换装置，把太阳电池组件的直流电压变换为所需的直流电压，这就是开关电源。 （２）主电路及其驱动电路：作为主电路的三相逆变电路的主要元件为功率电子器件，它们构成了全桥式逆变电路，大容量的电解电容作为储能元件直接跨接在直流侧两端，当逆变电路关断时，太阳电池方阵向电容充电，当逆变电路导通时，电容和太阳电池方阵一同为负载供电。 （３）控制电路：目前许多光伏水泵的控制电路已经采用先进的单片微机技术，经过了MSC-51 系列、MCS-96 系列等发展过程，最近更推出了比较令人满意的8XC196 系列，其中包括专门用于电机调速的80C196MC 系列，它除了具有8XC196 系列的许多共有特点外，还具有特别适合于电动机驱动的特点，通过汇编语言的程序设计，在该系统中主要完成以下功能：· 完成系统要求的过流、欠压、低速、打干保护等保护功能、显示故障状态；· 检测主回路直流侧的电流、电压、计算出太阳电池方阵的输出功率，完成在变频调速过程中对太阳电池组件输出最大功率点的跟踪；· 按磁链追踪或其它相应的变频调速原理，发送SPWM 信号。 （４）保护电路：出于对系统安全运行的考虑，需要设置诸如过电流、过电压、过负荷、过低负荷、欠电压、井水打干、停机后在各种条件下的自启动……许多保护环节，要根据所选用的控制器件、控制电路因地制宜地把它们设置到电路中去。由于光伏水泵在绝大多数情况下都是“日出而作，日落而停”，全自动地工作的，因此必须采用十分可靠的保护措施。 ３， 电机和水泵 光伏水泵系统的一切措施都是为了能稳定、可靠地多出水，或者说最后都要落实在电机、水
7 / 19 泵的工作上，它们往往构成一个总成件，这个总成件要求有最大限度的可靠性及高效率。对于光伏水泵而言，电机和水泵的搭配并不象常见的电机和水泵搭配那样“随便”，由于电机的功率等级、电压等级在很大程度上受到太阳电池组件的电压等级和功率等级的制约，因此对水泵扬程、流量的要求被反映到电机上时，往往必须在兼顾太阳电池组件结构的条件下专门进行设计。出于不同用户的不同要求，光伏水泵用驱动电机有：不同电压等级的传统直流电动机，直流无刷永磁电动机，三相异步电动机，永磁同步电动机，磁阻电动机等。从目前的使用情况看，以三相异步电动机及直流无刷电动机为最多，大功率系统仍以采用高效三相的基本原理。 交流驱动常分为方波驱动（含阶梯波驱动）及正弦波驱动两大类。一般说功率较小的光伏水泵系统（300W 以下）采用方波驱动的为多，功率较大时为限制其谐波损耗，常采用正弦波驱动。不论采用何种驱动，其基本电路结构都可分为以下四部分，即：（１）开关电源部分：它的作用是为控制器提供电源。控制器往往需要±5V 或±12V等控制电源，而太阳电池组件的输出电压在绝大部分情形下是不可能直接为此所用，因此需要一个DC/DC 变换装置，把太阳电池组件的直流电压变换为所需的直流电压，这就是开关电源。 （２）主电路及其驱动电路：作为主电路的三相逆变电路的主要元件为功率电子器件，它们构成了全桥式逆变电路，大容量的电解电容作为储能元件直接跨接在直流侧两端，当逆变电路关断时，太阳电池方阵向电容充电，当逆变电路导通时，电容和太阳电池方阵一同为负载供电。 （３）控制电路：目前许多光伏水泵的控制电路已经采用先进的单片微机技术，经过了MSC-51 系列、MCS-96 系列等发展过程，最近更推出了比较令人满意的8XC196 系列，其中包括专门用于电机调速的80C196MC 系列，它除了具有8XC196 系列的许多共有特点外，还具有特别适合于电动机驱动的特点，通过汇编语言的程序设计，在该系统中主要完成以下功能：· 完成系统要求的过流、欠压、低速、打干保护等保护功能、显示故障状态；· 检测主回路直流侧的电流、电压、计算出太阳电池方阵的输出功率，完成在变频调速过程中对太阳电池组件输出最大功率点的跟踪；· 按磁链追踪或其它相应的变频调速原理，发送SPWM 信号。 （４）保护电路：出于对系统安全运行的考虑，需要设置诸如过电流、过电压、过负荷、过低负荷、欠电压、井水打干、停机后在各种条件下的自启动……许多保护环节，要根据所选用的控制器件、控制电路因地制宜地把它们设置到电路中去。由于光伏水泵在绝大多数情况下都是“日出而作，日落而停”，全自动地工作的，因此必须采用十分可靠的保护措施。 ３， 电机和水泵 光伏水泵系统的一切措施都是为了能稳定、可靠地多出水，或者说最后都要落实在电机、水泵的工作上，它们往往构成一个总成件，这个总成件要求有最大限度的可靠性及高效率。对于光伏水泵而言，电机和水泵的搭配并不象常见的电机和水泵搭配那样“随便”，由于电机的功率等级、电压等级在很大程度上受到太阳电池组件的电压等级和功率等级的制约，因此对水泵扬程、流量的要求被反映到电机上时，往往必须在兼顾太阳电池组件结构的条件下专门进行设计。出于不同用户的不同要求，光伏水泵用驱动电机有：不同电压等级的传统直流电动机，直流无刷永磁电动机，三相异步电动机，永磁同步电动机，磁阻电动机等。从目前
8 / 19 的使用情况看，以三相异步电动机及直流无刷电动机为最多，大功率系统仍以采用高效三相异步电动机为主。在进行电机设计时要充分考虑到光伏水泵的具体运行条件，主要是：变 频运行、负载率早晚变化较大等。在这种情况下要力争使电动机全日、全年的总平均效率为最高，它不象普通电动机那样可以认为它是一直处于具有恒定电压的电源带动下工作的。光伏水泵系统中水泵的选择与设计也甚有特点。根据用户对流量、扬程的不同要求，按经济性、可靠性大致可按以下原则选择泵型：要求流量小、扬程高的用户，宜选用容积式水泵；要求流量较大，且扬程也较高的用户，宜选用潜水式电泵；需要流量较大，但扬程却较低的用户，一般宜采用自吸式水泵 目前已运行的光伏水泵系统结构模式如图1～图4 所示图1 无人值守直流光伏水泵系统 图2 无人值守交流光伏水泵系统图1 和图2 为无人值守直（交）流光伏水泵系统，专门用于供水。图1 为直流水泵系统， 适合微小供水场合；图2 为交流水泵系统，功率可达数kW，适于供水量较大的场合。图3和图4 所示的系统具有多种用途，性能价格比较优越，可用于扬水，还可用于照明、收看电视和驱动冰箱等，能满足无电用户的用电需要。这两种模式是由人工开停水泵，扬水时间随意，也适合风光互补或风力发电用户。其不足之处是，若水源距住宅较远，须经常搬运蓄电池
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