CN104719095A - 一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统，属于滴灌系统。光伏发电装置与蓄电池分别与逆变器连接，该逆变器分别与提水泵电源开关和增压泵电源开关连接，该提水泵电源开关分别与提水泵和进水阀电连接，该提水泵一端与水井连接、另一端与进水阀连接，该进水阀与储水箱连接，该储水箱底部与出水阀、三通、过滤器、旁路阀门顺序连接，该旁路阀门一路经增压泵和滴灌系统连接、另一路直接与滴灌系统连接，该增压泵电源开关与增压泵电连接，肥料或药箱经阀门与三通连接。优点是解决无电地区的滴灌用电，发电的本身不产生污染，又能有效减少其它污染源，减轻灌溉电费带来的经济负担，应用特别便利。

Description

一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统

技术领域

本发明属于一种滴灌系统，具体涉及基于太阳能光伏发电的滴灌系统。

背景技术

科学灌溉对于农业生产的影响重大。作为全国重要的商品粮基地，2014年吉林省多个产粮大县干旱严重，共计1009万亩大秋作物受旱。其中长岭、农安、公主岭等10个产粮大县降水量创1951年以来最少，部分地块甚至绝收。以农安县为例，7月以来当地缺少有效降水，田间很多玉米杆已枯黄至三分之二处，有的甚至枯死。预计到8月末，降水明显偏少，干旱面积将进一步扩大，干旱程度将继续加重。由于人工灌溉成本高昂，导致受灾地区的农村依然“靠天吃饭”，一旦受灾，自救能力非常有限。因此，积极探索高科技、高效的灌溉技术，对于吉林省农业生产具有迫切性和挑战性。

现有灌溉方式不满足吉林农村生产需要。广大农村地区的农田灌溉，在用电时间上比较集中，灌溉季节农用电负荷猛增，大大增加电网的供电压力，甚至造成部分地区拉闸限电。要满足对于这些地区灌溉负荷的需求，可能需要主变压器增容，但灌溉类负荷负荷率低、持续时间短，因而经济性差。有些无电地区，没有低压供电线路可以用来驱动水泵进行灌溉，故使用小型柴油机作为动力驱动水泵灌溉，这样做有几个方面的缺陷：（1）柴油的燃烧产生污染物的排放，不利于节能环保；（2）广大农业从业者没有储油的习惯，导致灌溉期油供应紧张，而闲时柴油销量又得不到保障；（3）而灌溉用能对能源质量的要求并不高，用高品质一次能源消耗，满足低品质的用能需求，不利于能效和环保。

覆膜滴灌技术是从2010年开始在东北三省推广的一项节水灌溉技术，它的好处是，覆膜能有效减少水分蒸发、遍布地头的滴灌水管不停将水分输送到玉米根部，省水省力。但存在以下缺陷：（1）必须在距离电网近的地方才划算，而吉林省农村电网薄弱，野外田间作物距离电源较远，铺设线路投资大且运行不安全，电费花费高；（2）无电地区需采用柴油机抽水，费用太高而无法承受；柴油机不环保、造成供油压力；（3）滴灌工作持续时间长，经常处于无人值守状态。

发明内容

本发明提供一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统，以解决灌溉受季节时间限制、电费负担大，污染环境的问题。

本发明采取的技术方案是：光伏发电装置与蓄电池分别与逆变器连接，该逆变器分别与提水泵电源开关和增压泵电源开关连接，该提水泵电源开关分别与提水泵和进水阀电连接，该提水泵一端与水井连接、另一端与进水阀连接，该进水阀与储水箱连接，该储水箱底部与出水阀、三通、过滤器、旁路阀门顺序连接，该旁路阀门一路经增压泵和滴灌系统连接、另一路直接与滴灌系统连接，该增压泵电源开关与增压泵电连接，肥料或药箱经阀门与三通连接；田间控制器与数据远传接收设备和总线连接，总线分别与提水泵电源开关、进水阀、出水阀、旁路阀门、增压泵电源开关、阀门连接。

本发明一种实施方案是：逆变器与直流工作电源连接，摄像机与该直流工作电源连接，田间控制器通过数据总线与该摄像机连接。

本发明一种实施方案是：传感器与直流工作电源连接，传感器与该直流工作电源连接，田间控制器通过数据总线与该传感器连接。

本发明一种实施方案是：所述传感器包括土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器或雨量传感器中一种或几种。

本发明的优点是结构新颖，应用太阳能光伏发电系统作为环保节能型覆膜灌溉系统的动力电源，在太阳能采集地点，光伏电池组不受灌溉季节的时间限制，只要有能够被利用的太阳能就发电，发出的电能驱动水泵抽水，输入灌溉系统进行灌溉。具备以下特点：（1）解决无电地区的滴灌用电；（2）发电的本身不产生污染，又能有效减少其它污染源；（3）减轻灌溉电费带来的经济负担；（4）应用特别便利。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

光伏发电装置1与蓄电池2分别与逆变器3连接，该逆变器分别与提水泵电源开关S1和增压泵电源开关S2连接，该提水泵电源开关S1分别与提水泵4和进水阀V1电连接，该提水泵一端与水井5连接、另一端与进水阀V1连接，该进水阀V1与储水箱6连接，该储水箱底部与出水阀V2、三通7、过滤器8、旁路阀门V3顺序连接，该旁路阀门V3一路经增压泵9和滴灌系统10连接、另一路直接与滴灌系统连接，该增压泵电源开关S2与增压泵9电连接，肥料或药箱14经阀门V4与三通7连接；田间控制器11与数据远传接收设备12和总线13连接，总线分别与提水泵电源开关S1、进水阀V1、出水阀V2、旁路阀门V3、增压泵电源开关S2、阀门V4连接。

本发明一种实施方案是：逆变器3与直流工作电源15连接，摄像机16与该直流工作电源15连接，田间控制器通过数据总线18与该摄像机连接。

本发明一种实施方案是：传感器17与直流工作电源15连接，传感器17与该直流工作电源15连接，田间控制器通过数据总线18与该传感器17连接。

本发明一种实施方案是：所述传感器17包括土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器或雨量传感器中一种或几种。

本发明的工作原理是：

如图1所示，需要灌溉时，逆变器从太阳能光伏发电装置或者蓄电池取电，给交流工作电源上电，打开阀门V1、V2、V3，合上提水泵电源开关S1、增压泵电源开关S2，水源的水就经提水泵进入储水箱，经过滤器或增压或旁路至滴灌系统，进入苗根部，灌溉系统即可进行灌溉，其中旁路阀门V3根据滴灌系统是否需要增压而相应切换，阀门V4根据是否需要施肥或施药，传感器和摄像机根据需要选用。

以下是实现这种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统的一个实例，但实现的方法不限于此。

太阳能光伏发电装置，每日提水所需能量：1.5kWh。根据水电效率，查有关数据得水电效率为50%。考虑到水泵系统效率、逆变效率、光伏组件匹配效率、损失效率等共计60%。因此，总能量需求为5.2KWh。东北地区峰值日照时数约为3.8小时。因此选择太阳能光伏组件峰值功率为6KW。可以保证滴灌系统稳定运行，运行时间设计为2小时。

辅助蓄电池组件，电池组作为辅助存储单元，且阴雨天气不需要滴灌，可选用32节12V200AH的蓄电池就可以满足要求了。

田间控制器，田间控制器用作电源管理，还兼顾系统信号采集的功能，采集传感器、摄像机、水泵状态等数据，通过数据远传设备传送到远方监控主机，并能接收远方监控主机传动的控制信号，再通控制总线控制相关阀门或开关，控制器CPU选用单片机。

储水箱，储水箱设计为架空水池，水池底部到地面距离为3m，水池面积为10m²，设计为水深1m，长3.3m，高3m的矩形水槽。

提水泵、增压泵。吸程：本离心泵的吸程为1-5m，最大吸程为5m；扬程：从水泵中心线提升到蓄水箱水面总的垂直距离，设计为30m；流量：设计为8m³/h；功率：总功率设计为1.1-1.5KW。

滴灌管材。农业给水地埋常用管材为PE和PVC，此方案采用PE管。干管采用Ф90硬管，支管采用PEФ63硬管,辅管采用PEФ32软管，毛管采用Ф16滴灌带。

Claims (4)

1.一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统，其特征在于：光伏发电装置与蓄电池分别与逆变器连接，该逆变器分别与提水泵电源开关和增压泵电源开关连接，该提水泵电源开关分别与提水泵和进水阀电连接，该提水泵一端与水井连接、另一端与进水阀连接，该进水阀与储水箱连接，该储水箱底部与出水阀、三通、过滤器、旁路阀门顺序连接，该旁路阀门一路经增压泵和滴灌系统连接、另一路直接与滴灌系统连接，该增压泵电源开关与增压泵电连接，肥料或药箱经阀门与三通连接；田间控制器与数据远传接收设备和总线连接，总线分别与提水泵电源开关、进水阀、出水阀、旁路阀门、增压泵电源开关、阀门连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统，其特征在于：逆变器还与直流工作电源连接，摄像机与该直流工作电源连接，田间控制器通过数据总线与该摄像机连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统，其特征在于：传感器与直流工作电源连接，传感器与该直流工作电源连接，田间控制器通过数据总线与该传感器连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于太阳能光伏发电的智能滴灌系统，其特征在于：所述传感器包括土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器或雨量传感器中一种或几种。