2017年2月22日

随着成本的下降，设计师们重新审视太阳能灌溉

贡献:杰西卡烦恼

十年前，离网太阳能甚至还不是雷达上的一个光点。由于太阳能技术的显著进步和成本的急剧下降，太阳能发电现在可以与现有的燃料技术相媲美，成为一种更清洁、更经济的选择。肯尼亚的M-Kopa公司和坦桑尼亚的Off-Grid Electric公司等几个引人注目的成功案例，已经让离网太阳能成为利用气候友好型技术对抗全球能源贫困的可行方法。

事实上，根据彭博新能源财经和照明全球2016年的一份报告，2015年投资于离网太阳能领域的资金比2012年增长了15倍。这种投资的升级推动了太阳能技术的采用呈指数级增长，特别是在全球没有电力供应的12亿人口中:到2015年年中，非洲和亚洲超过8900万人拥有至少一种太阳能产品，到2020年，离网太阳能销售额预计将达到31亿美元。

离网太阳能的大部分注意力都集中在一种产品上:灯——这是理所当然的，因为这是离网市场的主要产品。目前已有100多家小型太阳能公司，并向离网家庭销售了2000多万个品牌微型太阳能产品。

然而，一些工程师和企业家正在寻求将离网太阳能应用扩展到家庭照明以外的领域。在农业领域，已经出现了一些“微型”太阳能灌溉产品，它们有望帮助自给自足的农民和小规模农民提高生产力，简单地说，就是让他们的农田浇水更容易、更划算。

没有太阳能电池板的太阳能灌溉

荷兰工程师格特·简·邦(Gert Jan Bom)早在离网太阳能成为“流行”之前就把目光投向了太阳能灌溉。20世纪80年代Volanta社区水泵背后的人看到了同样技术基础应用于农业的潜力。但为了将其用于农业，他和他在实践基金会的同事们需要一种能源，可以最大限度地减少脚踏泵的体力劳动，同时成本仍低于柴油燃料。踏踏板和柴油是大多数没有电的小农所依赖的两项核心灌溉技术。在排除了热空气发动机和甘油发动机等其他选择后，他们将注意力转向了太阳能。

然而，2009年，当Bom和他的团队致力于灌溉泵设计时，光伏太阳能电池板的成本是现在的四倍。这使得它们的使用成本过高，尤其是对于年收入仅为1000美元左右的人来说。该团队尝试了一种不同的方式来获取太阳能:一种巨大而笨重的蒸汽太阳能设计。它看起来就像一个大型卫星天线，连接在一个小型飞轮泵上。这个设计成功了(只有一次爆炸让博姆失去了谷仓)，并前往埃塞俄比亚进行测试。但设计规模和效率方面的挑战最终阻碍了开发进程。

“然后在2014年3月，我重新审视了太阳能光伏电池板的价格，发现它们已经下降到蒸汽泵在价格上无法真正竞争的地步，”Bom说。只花了几个月的时间，就建立了一个新的原型，一个光伏电池板连接到一个直流电机和一个活塞泵。一家名为Futurepump的新公司成立了，将这一概念推向市场，同年7月，SF-1泵(前身为向日葵泵)在肯尼亚上市。

权衡功能与负担能力

为低收入客户设计产品就是要在成本和性能之间取得平衡。对于Futurepump，团队知道它需要适应竞争:一方面是低成本、高劳动强度的踏板泵，另一方面是高性能、高成本的柴油动力泵。这两种产品的价格范围大约在150美元到400美元之间，柴油泵每月的经常性燃料成本为10美元，而且两者都有明显的缺点。

Futurepump的营销和合作总监Kinya Kimathi解释说:“燃料价格对小规模农民不利。”“如果他们没有足够的钱来驱动汽油泵，他们就没有足够的食物。”同样，手动泵也会导致家庭和社区层面的周期性问题，因为它们占用了学校作业、家务和家庭生活的时间。“孩子们被告知，除非田地里有水，否则他们不能上学。它对社区的影响相当大，”基玛希补充道。

Futurepump设计的SF-1泵零售价约为650美元。这样，农民就有了水泵和一个80瓦的光伏太阳能电池板，在明亮的阳光下，一整天可以泵出1.2万升水——足够一英亩土地的农民使用。在体积方面，它比柴油动力泵泵得慢，但另一方面，它不需要人工劳动，除了设置。它还具有低功耗设置，因此即使在阴天也能工作。而且，它没有经常性的燃料成本。

SF-1泵是首批推出的小型太阳能泵之一，但Futurepump绝不是唯一一个为小农解决利用太阳能挑战的组织。在世界的另一端，缅甸的邻近设计公司(Proximity Designs)在设计自己的小型太阳能潜水泵莲花(Lotus)时也遇到了同样的问题。自2004年以来，邻近计划一直在为小规模农民提供负担得起的产品，目前已普及到缅甸约80%的农村农业社区。但直到2015年，它唯一的灌溉泵设计是踏板泵，这也是由于太阳能电池板的高成本。

然而，Proximity的团队在开始设计Lotus时面临着独特的设计限制，这突出了针对特定地点和环境的经济实惠的产品设计。除了成本和性能，该团队的设计还受到缅甸独特井的限制，大多数井只有两英寸宽。这就意味着邻近公司必须设计一种功率大、成本低的电机，可以在非常狭窄的空间中使用。

Proximity公司的产品设计经理Taiei Harimoto解释说:“为了在井内安装一个高效的泵，我们采用了一种非常规的设置，即叶轮轴向安装，轴承承担轴向载荷，将大部分水的重量定位在轴承之上。”“这意味着叶轮必须以高速运行，承受巨大的负荷，同时在含有杂质的水下运行——对于一个如此小的移动部件来说，这是一组非常苛刻的要求。”它需要测试许多不同的电机组件材料，并最终选择既足够低成本又足够耐用的材料，而且还要防水，因为泵的电机必须能够在井中潜行时运行。

经过几个月的生产挫折，莲花于2016年推出，价格为375美元，配有太阳能电池板。由于水泵运行的恶劣环境，Proximity公司预计每棵莲花至少能维持两个生长季节，到那时，如果水泵坏了，农民们已经收回了成本，而且仍然有太阳能电池板，所以他们只需要更换水泵本身。

可访问性问题

Proximity和Futurepump都设计了他们认为能为小规模农户提供价值的产品，而这些农户被大多数大型农产品公司所忽视。但由于可支配收入很少，他们的客户在尝试新技术时非常不愿意承担风险。

他说:“当地一个小农民一年的收入可能在1000美元到3000美元之间。这是他们所有的收入，”哈里本说。但是，他补充说，农民们愿意把钱花在他们知道会有回报的产品上。这是接近的产品有一个坚实的跟踪记录做。该组织还拥有强大的面向客户的业务:截至2016年年中，Proximity拥有80名销售人员，517名独立的乡村代理商和106名城镇经销商，定期与现有和潜在客户进行接触。

近距离技术提供的另一项服务是财政支持和技术援助，这有助于改善其技术的采用和使用。Futurepump也将融资嵌入到其商业模式中——该公司表示，要想把一款650美元的产品卖给那些无法预先支付全部成本、无法获得银行账户或其他传统融资服务的客户，这是必要的。它的融资计划要求首付150美元，此后每月最低还款额为20美元，利率为22%。这个利率听起来很高，但大致相当于当地银行小额贷款的利率。农民通过非洲流行的移动转账服务M-Pesa向Futurepump付款。

现在，看到早期设计的普及，Futurepump和Proximity都看到了太阳能泵设计的新迭代潜力——例如，低成本的选择和可以适应不同农场规模和泵深度的设计。价格合理的太阳能农业技术还处于早期阶段，但照明行业也必须从某个地方开始。

想要了解更多，请阅读缩小太阳能泵而且缅甸制造:最小规模的太阳能灌溉，从需求．

标签:作物的灌溉，农场的机器，灌溉，太阳能