CN102487783A - 一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业生产过程中的节能节水灌溉技术领域，特别是一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其无需任何外加能源，综合利用风能与太阳能进行山地作物灌溉的提水与适时适量水供给的控制。风能提水，山顶蓄水池蓄水；太阳能蓄能为灌溉自动化控制系统提供能源，灌溉自动化控制系统自动控制作物灌溉水的适时适量供给。根据不同山地作物的灌溉特征，设定灌溉自动化控制系统的设置参数，由中央控制器控制电磁阀的开启或关闭，实现山地作物灌溉的适时适量供给。本发明可以用于山地水资源的积蓄与山地作物灌溉的控制，具有节约能源，清洁安全的特点，同时降低了生产成本，具有较好的实用价值。

Description

一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统
技术领域
本发明涉及农业生产过程中的节能节水灌溉技术领域，特别是一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统。
背景技术
农业节能是我国节能减排战略部署的重要组成部分，再生能源的开发与利用已逐渐受到人们的重视，农业生产中充分利用再生能源是农业清洁生产的必然趋势。风能与太阳能，取之不尽，用之不竭，在农业生产中具有广阔的应用前景。风力提水用于农田排灌尤为经济，近年来风力提水机在许多国家得到广泛的利用。山地水资源匮乏、远程输电成本高，制约了山地作物的灌溉，影响了山地作物的产量与品质。因此，采用节能节水的灌溉及其控制模式是山地作物灌溉的必然选择。
当前山地作物的灌溉存在三个突出问题。一是灌溉水源。山地往往远离村庄，山地作物的灌溉水源要么是通过长距离的输水管道从高处引来，要么是用水泵从山脚或山腰的小山塘抽提而来。长距离的引水，难以持续保障山地作物灌溉所需的水量。小山塘水泵抽水，要么使用燃烧柴油的柴油机，要么架设长距离的输电线路而使用电动机进行抽水，耗油耗能，生产安全性低，生产经营成本大。二是灌溉管网。山地作物往往依山坡而生长，形成梯面田。如果直接从山顶蓄水池通过管网引水下来，由于各梯面与山顶的落差不同，各梯面管网的水压也不同，容易造成各级梯田间灌溉均匀度不同、甚至上级梯田因水压不足而无法灌溉或下级梯田因水压过大而爆管的现象。三是灌溉控制。现有的作物灌溉控制装置不适用于山地作物的灌溉控制。现有的灌溉控制装置由于需要控制电磁阀而功耗较大，往往用220V的交流电源作为供电电源，需要在山地布置200V的输电线路，既增加生产成本，也降低了生产的安全性。再则，现有作物灌溉控制装置，往往以土壤湿度为控制量，而土壤湿度传感器的单价高，同时在一个灌溉分区内需要布置多个测控点以增加测量的精度，因此控制成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种节利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，利用风能提水、利用太阳能控制山地作物需水的适时适量供给。
本发明采用以下方案实现：一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其特征在于：包括风能提水装置、复数个太阳能蓄能装置、复数个灌溉自动化控制装置以及分区喷灌管路；所述的风能提水设备由风力提水机和蓄水池组成，所述的太阳能蓄能装置由太阳能板和蓄电池组成，所述的灌溉自动化控制装置由蒸腾蒸发量测控单元、中央控制器和控制喷灌管路通断的电磁阀组成；利用风能，风能提水装置陆续将下游水抽提到山顶的蓄水池，利用山地的高度落差将灌溉水通过分区喷灌管路输送到山地作物的灌溉分区；各分区的灌溉自动化控制装置根据设定的灌溉控制参数，由中央控制器控制所述的电磁阀开启与否；灌溉自动化控制器由太阳能蓄能装置提供能源；当蒸发盆中的水降低到设置值的低限时，中央控制器自动开启所述电磁阀，进行灌溉；当蒸发盆中水分增加到设置值的高限时，中央控制器自动关闭所述电磁阀，停止灌溉。
在本发明一实施例中，所述分区喷灌管路依据地形布设喷灌管网，利用管径大小与减压阀调整各梯面管道水压，使各梯面水压基本一致。
在本发明一实施例中，所述的蒸腾蒸发量测控单元由蒸发盆和重量传感器构成，通过重量传感器采集蒸发盆内蓄水的重量，产生电磁阀开、关指令。
在本发明一实施例中，所述的灌溉控制参数源于不同山地作物的需水特征量。
本发明前端利用风能将下游小山塘的水提升并积蓄于山顶的蓄水池中，灌溉自动化控制系统根据作物的蒸发量，控制作物需水的“适时适量”供给。作物的蒸腾蒸发量用蒸发盆在田间模拟测试获得。在系统对蒸发量做必要的修正后，达到设置的下限，系统开启电磁阀进行灌溉；达到设置上限时，系统关闭电磁阀停止灌溉。本发明可以用于作物的充分灌溉控制，也可以用于作物亏缺灌溉的控制。本发明2009和2010年连续两年应用在铁观音茶树的灌溉控制上，不但节能也降低了生产成本，平均每亩节约成本200.0多元。并且科学的灌溉管理，显著提高了铁观音茶叶的产量与品质。随着我国高优高效农业的不断发展，本发明将会得到广泛的应用。
附图说明
图1是本发明实施例架构示意图。
图2是本发明控制电路原理框图。
图1中，1为风能提水装置；2为蓄水池；3为中央控制器；4为蒸腾蒸发量测控单元；5为太阳能装置；6为电磁阀；7为喷灌管路；8为微喷头。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其包括风能提水装置、复数个太阳能蓄能装置、复数个灌溉自动化控制装置以及分区喷灌管路；所述的风能提水设备由风力提水机和蓄水池组成，所述的太阳能蓄能装置由太阳能板和蓄电池组成，所述的灌溉自动化控制装置由蒸腾蒸发量测控单元、中央控制器和控制喷灌管路通断的电磁阀组成；利用风能，风能提水装置陆续将下游水抽提到山顶的蓄水池，利用山地的高度落差将灌溉水通过分区喷灌管路输送到山地作物的灌溉分区；各分区的灌溉自动化控制装置根据设定的灌溉控制参数，由中央控制器控制所述的电磁阀开启与否；灌溉自动化控制器由太阳能蓄能装置提供能源；当蒸发盆中的水降低到设置值的低限时，中央控制器自动开启所述电磁阀，进行灌溉；当蒸发盆中水分增加到设置值的高限时，中央控制器自动关闭所述电磁阀，停止灌溉。
风能提水机1提水并积蓄于蓄水池2中，依据地形布设喷灌管网，利用管径大小与减压阀调整各梯面管道水压，使各梯面水压基本一致。在每一个灌溉分区设置一个灌溉自动化控制装置。将蒸腾蒸发盆测控单元4置于作物冠层附近，跟踪作物田间的水分丢失。该蒸腾蒸发量测控单元是由蒸发盆和重量传感器构成，通过重量传感器采集蒸发盆内蓄水的重量，产生电磁阀开、关指令。当蒸发盆中的水量减少到设置的下限时，中央控制器3输出控制信号并开启电磁阀5，喷灌管路7通过微喷头8开始灌溉。当灌溉水量达到作物需水量时，即蒸发盆中的水上升到设置上限值时，中央控制器4输出控制信号关闭电磁阀6，停止灌溉，达到山地作物灌溉的“适时适量”进行。中央控制器、电磁阀和蒸腾蒸发量测控单元的供电电源来自太阳能蓄能装置6。这里需要说明的是，由于每种山地作物的灌溉参数有所不同，本发明的中央控制器可对蒸发量进行必要的修正，使本发明能应用于不同山地作物的灌溉及其控制。
本发明的技术特点：一是利用压气式的风力提水机将风能转化为机械能，对气体进行压缩，通过压缩气体来提水。只要三级以上的风力，压力式风力提水机就能运行提水。这是一种零存整取的提水技术，依靠风力“零散”地将水积蓄于山顶蓄水池。二是利用山势落差送水。利用山地高度落差，通过减压阀和管道直径调整不同梯面作物灌溉的水压，提高山地作物灌溉的均匀度。三是利用太阳能蓄能装置为灌溉自动化控制系统提供电源，系统根据设置的灌溉参数控制灌溉发生的时间与灌溉时长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (4)

1.一种利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其特征在于：包括风能提水装置、复数个太阳能蓄能装置、复数个灌溉自动化控制装置以及分区喷灌管路；所述的风能提水设备由风力提水机和蓄水池组成，所述的太阳能蓄能装置由太阳能板和蓄电池组成，所述的灌溉自动化控制装置由蒸腾蒸发量测控单元、中央控制器和控制喷灌管路通断的电磁阀组成；利用风能，风能提水装置陆续将下游水抽提到山顶的蓄水池，利用山地的高度落差将灌溉水通过分区喷灌管路输送到山地作物的灌溉分区；各分区的灌溉自动化控制装置根据设定的灌溉控制参数，由中央控制器控制所述的电磁阀开启与否；灌溉自动化控制器由太阳能蓄能装置提供能源；当蒸发盆中的水降低到设置值的低限时，中央控制器自动开启所述电磁阀，进行灌溉；当蒸发盆中水分增加到设置值的高限时，中央控制器自动关闭所述电磁阀，停止灌溉。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其特征在于：所述分区喷灌管路依据地形布设喷灌管网，利用管径大小与减压阀调整各梯面管道水压，使各梯面水压基本一致。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其特征在于：所述的蒸腾蒸发量测控单元由蒸发盆和重量传感器构成，通过重量传感器采集蒸发盆内蓄水的重量，产生电磁阀开、关指令。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能与风能的山地作物灌溉系统，其特征在于：所述的灌溉控制参数源于不同山地作物的需水特征量。
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Assignee: Fujian Anxi Tea Factory Co., Ltd.

Assignor: Fujian Agricultural and Forestry University

Contract record no.: 2015350000080

Denomination of invention: Mountain land crop irrigation system using solar energy and wind energy

Granted publication date: 20130605

License type: Common License

Record date: 20151020

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