As solar technology has matured, irrigation using photovoltaic pumping systems (PVPSs) has gained popularity in developing markets as an effective means to alleviate poverty and increase food security. Yet, there remains a barrier to adoption; the upfront costs of PVPSs pose a financial burden for many low-income farmers. In a PVPS, the capital cost of the solar array contributes a large portion of upfront system costs. The solar pump is the largest energy consumer in the system, thus its efficiency directly impacts the size and cost of the solar array. There is a limited quantitative understanding of how solar pump efficiency affects the capital cost of the solar array. This study presents a technoeconomic framework to directly quantify the impact of solar pump efficiency on the cost of the solar array in a PVPS, for a range of hydraulic operating conditions. New empirical efficiency scaling laws were created by characterizing the efficiencies of 4-inch multistage centrifugal borehole pumps and induction motors. The utility of the technoeconomic framework is demonstrated through a case study comparing solar pump architectures with motors of different efficiencies. Results indicate that, despite the increased motor cost, the use of high-efficiency motors in solar pumps may lead to an overall cost reduction in a PVPS. Counter to the conventional capital cost-driven process, this work demonstrates that an efficiency-driven design process could improve low-cost, solar-powered system design. Engineers and system designers can leverage the presented framework during the design process to make informed decisions to achieve more cost-effective PVPSs.

随着太阳能技术的成熟，使用光伏水泵系统（PVPS）进行灌溉作为减轻贫困和提高粮食安全的有效手段在发展中市场受到欢迎。然而，采用仍然存在障碍；PVPS 的前期成本给许多低收入农民带来了经济负担。在 PVPS 中，太阳能电池阵列的资本成本占前期系统成本的很大一部分。太阳能水泵是系统中最大的能源消耗者，其效率直接影响太阳能电池阵列的尺寸和成本。对太阳能泵效率如何影响太阳能电池阵列的资本成本的定量理解有限。这项研究提出了一个技术经济框架，可以直接量化太阳能泵效率对 PVPS 中太阳能电池阵列成本的影响，适用于一系列液压操作条件。通过表征 4 英寸多级离心钻孔泵和感应电机的效率，创建了新的经验效率缩放定律。通过比较太阳能泵架构与不同效率电机的案例研究证明了技术经济框架的实用性。结果表明，尽管电机成本增加，但在太阳能泵中使用高效电机可能会导致 PVPS 的总体成本降低。与传统的资本成本驱动的流程相反，这项工作表明效率驱动的设计流程可以改进低成本的太阳能系统设计。工程师和系统设计人员可以在设计过程中利用所提出的框架做出明智的决策，以实现更具成本效益的 PVPS。通过表征 4 英寸多级离心钻孔泵和感应电机的效率，创建了新的经验效率缩放定律。通过比较太阳能泵架构与不同效率电机的案例研究证明了技术经济框架的实用性。结果表明，尽管电机成本增加，但在太阳能泵中使用高效电机可能会导致 PVPS 的总体成本降低。与传统的资本成本驱动的流程相反，这项工作表明效率驱动的设计流程可以改进低成本的太阳能系统设计。工程师和系统设计人员可以在设计过程中利用所提出的框架做出明智的决策，以实现更具成本效益的 PVPS。通过表征 4 英寸多级离心钻孔泵和感应电机的效率，创建了新的经验效率缩放定律。通过比较太阳能泵架构与不同效率电机的案例研究证明了技术经济框架的实用性。结果表明，尽管电机成本增加，但在太阳能泵中使用高效电机可能会导致 PVPS 的总体成本降低。与传统的资本成本驱动的流程相反，这项工作表明效率驱动的设计流程可以改进低成本的太阳能系统设计。工程师和系统设计人员可以在设计过程中利用所提出的框架做出明智的决策，以实现更具成本效益的 PVPS。