CN110050560A - 一种智能光伏节水滴灌系统 - Google Patents
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Abstract
针对现有技术的不足，本发明提供一种智能光伏节水滴灌系统，将光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统以及PLC控制系统进行耦合，采用太阳能直流供电的方式，供电主要用来驱动水泵电机，多余的电量也可以输出使用，水泵抽水在高位蓄水箱中储存，蓄水箱中的水作为灌溉的水源，在蓄水箱的输水侧安装有水轮发电机，可以满足无光照条件下PLC控制系统的用电需求，灌溉部分采取地下滴灌的方式，通过PLC控制器保证灌溉的稳定性和有效性。本发明的光伏滴灌系统与传统光伏灌溉系统相比，省去了逆变器和蓄电池，具有系统结构简单，运行维护成本低，高效节能、有效节水的优点，同时实现了在缺水少电地区进行节水灌溉的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种滴灌系统，尤其涉及一种可综合利用太阳能和水势能的高效节能、智能节水的滴灌系统，该系统属于太阳能光伏利用领域。
背景技术
我国西北地区受地理位置的影响，蕴藏着丰富的太阳能资源，大部分地区属于一、二类地区，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，与煤炭、石油等化石能源和核能等相比，有着普遍、无污染、可持续等常规能源无可比拟的优点。但同时，由于西北地区地处内陆，大部分地区气候干旱，降雨稀少，水资源严重短缺。另外，考虑到近年来我国西北地区出现众多大规模农业种植区域的情况，大力发展太阳能节水型农业成为解决西北地区农业问题和经济发展问题的最佳途径，特别是对于人口密度低、离骨干电网远、交通不便等用电困难地区无疑是最佳的方案。
CN201820478684.X公开了“一种智能光伏水泵系统”，系统的动力完全取自太阳能，以蓄水代替蓄电，可与灌溉设施配套使用，节水节能。其中水泵利用逆变器中的反激模块配合开关电路和滤波模块对水泵进行控制，避免了水泵的频繁启停，系统的稳定性在一定程度上有所提高。CN201210426196.1公开了“一种无蓄电池式昼夜光伏水泵系统”，通过热红外光电池将太阳能或者燃料化学能转换成电能，提高了传统光伏发电系统的效率，弥补了无蓄电池光伏水泵系统在阴天、夜晚无法抽水的缺陷。但是，现有光伏供水灌溉系统在系统便捷、运行维护成本、高效节能、环保等方面还存在不足，需要提高和改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能光伏节水滴灌系统，可将光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统和PLC控制系统进行耦合，可对太阳能和水势能进行综合利用，光伏电池板吸收太阳能以驱动水泵电机并为PLC控制系统进行供电，蓄水箱作为灌溉水的来源同时储存水的势能，水轮发电机用于光照较弱或无光照的条件下，将水的势能转化为电能，为PLC控制系统进行供电，PLC控制器用于对水泵启停、水箱水位监测、灌溉水分配以及施肥量的控制，提高系统的能源利用率并保证灌溉的均匀性、有效性，整个系统可以解决在缺水少电地区或邻近水源但需要独立发电地区的灌溉问题，以及无蓄电池和逆变器的太阳能供水系统无法在无太阳光的情况下使用的问题。
本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种智能光伏节水滴灌系统，包括光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统以及PLC控制系统；
所述光伏提水系统包括光伏电池板、电路控制器、水泵、水源，所述水泵为潜水泵放置于水源中，所述光伏电池板、所述电路控制器、所述水泵顺次电性连接；
所述蓄水发电系统包括蓄水箱、水轮发电机、闸阀I、闸阀II、闸阀III、闸阀IV、闸阀V，所述水泵、所述闸阀IV、所述蓄水箱、所述闸阀I、所述水轮发电机顺次相连，所述水轮发电机、所述蓄水箱均设置有旁路管道，闸阀II、闸阀V分别安装在所述水轮发电机、所述蓄水箱的旁路管道上，所述水轮发电机通过所述闸阀III与所述水源相连，所述水轮发电机的输电侧与电路控制器电性连接；
所述滴灌系统包括文丘里施肥器、储肥罐、灌溉主管、灌溉支管、灌水器、球阀I、球阀II、逆止阀、肥料控制阀、滴灌控制阀、闸阀VI，所述水轮发电机、所述球阀II、所述文丘里施肥器、所述逆止阀、所述灌溉主管、所述灌溉支管、所述滴灌控制阀、所述灌水器顺次相连，所述施肥罐通过所述肥料控制阀与所述文丘里施肥器相连接，所述文丘里施肥器与所述球阀I并联连接，所述蓄水箱通过所述闸阀VI与所述储肥罐相连，所述灌溉支管为若干管道并联；
所述PLC控制系统包括PLC控制器、压力传感器I、压力传感器II、土壤湿度传感器、pH和EC值传感器，所述压力传感器I置于蓄水箱底部，所述压力传感器II、所述pH和EC值传感器置于灌溉主管上，所述土壤湿度传感器置于所述灌水器附近的土壤中，所述压力传感器I、所述压力传感器II、所述土壤湿度传感器、所述pH和EC值传感器、所述PLC控制器、所述水泵、所述肥料控制阀、所述滴灌控制阀采用电性连接；
所述光伏提水系统与所述蓄水发电系统通过所述蓄水箱、所述电路控制器、所述水轮发电机、所述水源耦合连接；
所述蓄水发电系统与所述滴灌系统通过所述蓄水箱、所述球阀I、所述球阀II耦合连接；
所述PLC控制系统与所述光伏提水系统、所述蓄水发电系统、所述滴灌系统通过所述PLC控制器、所述电路控制器、所述压力传感器I、所述压力传感器II、所述土壤湿度传感器、所述pH和EC值传感器、所述肥料控制阀、所述滴灌控制阀耦合连接。
与现有技术相比，本发明把光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统和PLC控制系统进行耦合，形成一种智能光伏节水滴灌系统，采用太阳能直流供电的方式，太阳能供电主要用来驱动水泵电机，多余的电量也可以输出使用，水泵抽水在高位蓄水箱中储存，利用蓄水箱作为灌溉的水源，在蓄水箱的输水侧安装有水轮发电机，可以满足无光照条件下的系统内部用电的需求，灌溉部分采取地下滴灌的方式，通过PLC控制器保证灌溉的稳定性和有效性。本发明的光伏滴灌系统与传统光伏灌溉系统相比，省去了逆变器和蓄电池，具有系统结构简单，运行维护成本低，高效节能、有效节水的优点，同时实现了在缺水少电地区进行节水灌溉的需求。
附图说明
图1是一种智能光伏节水滴灌系统的示意图；
图2是一种智能光伏节水滴灌系统的PLC控制系统的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。
本发明设计的一种智能光伏节水滴灌系统(参见图1)，包括光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统和PLC控制系统(参见图2)；
所述光伏提水系统包括光伏电池板、电路控制器、水泵、水源，所述水泵为潜水泵放置于水源中，所述光伏电池板、所述电路控制器、所述水泵顺次电性连接；
所述蓄水发电系统包括蓄水箱、水轮发电机、闸阀I、闸阀II、闸阀III、闸阀IV、闸阀V，所述水泵、所述闸阀IV、所述蓄水箱、所述闸阀I、所述水轮发电机顺次相连，所述水轮发电机、所述蓄水箱均设置有旁路管道，闸阀II、闸阀V分别安装在所述水轮发电机、所述蓄水箱的旁路管道上，所述水轮发电机通过所述闸阀III与所述水源相连，所述水轮发电机的输电侧与电路控制器电性连接；
所述滴灌系统包括文丘里施肥器、储肥罐、灌溉主管、灌溉支管、灌水器、球阀I、球阀II、逆止阀、肥料控制阀、滴灌控制阀、闸阀VI，所述水轮发电机、所述球阀II、所述文丘里施肥器、所述逆止阀、所述灌溉主管、所述灌溉支管、所述滴灌控制阀、所述灌水器顺次相连，所述施肥罐通过所述肥料控制阀与所述文丘里施肥器相连接，所述文丘里施肥器与所述球阀I并联连接，所述蓄水箱通过所述闸阀VI与所述储肥罐相连，所述灌溉支管为若干管道并联；
所述PLC控制系统包括PLC控制器、压力传感器I、压力传感器II、土壤湿度传感器、pH和EC值传感器，所述压力传感器I置于蓄水箱底部，所述压力传感器II、所述pH和EC值传感器置于灌溉主管上，所述土壤湿度传感器置于所述灌水器附近的土壤中，所述压力传感器I、所述压力传感器II、所述土壤湿度传感器、所述pH和EC值传感器、所述PLC控制器、所述水泵、所述肥料控制阀、所述滴灌控制阀采用电性连接；
所述光伏提水系统与所述蓄水发电系统通过所述蓄水箱、所述电路控制器、所述水轮发电机、所述水源耦合连接；
所述蓄水发电系统与所述滴灌系统通过所述蓄水箱、所述球阀I、所述球阀II耦合连接；
所述PLC控制系统与所述光伏提水系统、所述蓄水发电系统、所述滴灌系统通过所述PLC控制器、所述电路控制器、所述压力传感器I、所述压力传感器II、所述土壤湿度传感器、所述pH和EC值传感器、所述肥料控制阀、所述滴灌控制阀耦合连接；
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明一种智能光伏节水滴灌系统的具体实施例。具体实施例仅用于具体说明本发明智能光伏节水滴灌系统，不构成对本发明权利要求的限制。
实施例1：
本发明设计的一种智能光伏节水滴灌系统(参见图1)，包括光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统和PLC控制系统(参见图2)；
所述光伏提水系统包括光伏电池板1、电路控制器6、水泵3、水源2，所述水泵3为潜水泵放置于水源2中，所述光伏电池板1、所述电路控制器6、所述水泵3顺次电性连接；
所述蓄水发电系统包括蓄水箱4、水轮发电机5、闸阀I 13、闸阀II 14、闸阀III15、闸阀IV 16、闸阀V 17，所述水泵3、所述闸阀IV 16、所述蓄水箱4、所述闸阀I 13、所述水轮发电机5顺次相连，所述水轮发电机5、所述蓄水箱4均设置有旁路管道，闸阀II 14、闸阀V17分别安装在所述水轮发电机5、所述蓄水箱4的旁路管道上，所述水轮发电机5通过所述闸阀III 15与所述水源2相连，所述水轮发电机5的输电侧与电路控制器6电性连接；
所述滴灌系统包括文丘里施肥器8、储肥罐9、灌溉主管25、灌溉支管26、灌水器24、球阀I 19、球阀II 20、逆止阀21、肥料控制阀22、滴灌控制阀23、闸阀VI 18，所述水轮发电机5、所述球阀II 20、所述文丘里施肥器8、所述逆止阀21、所述灌溉主管25、所述灌溉支管26、所述滴灌控制阀23、所述灌水器24顺次相连，所述施肥罐9通过所述肥料控制阀22与所述文丘里施肥器8相连接，所述文丘里施肥器8与所述球阀I 19并联连接，所述蓄水箱4通过所述闸阀VI 18与所述储肥罐9相连，所述灌溉支管26为若干管道并联；
所述PLC控制系统包括PLC控制器7、压力传感器I 10、压力传感器II 11、土壤湿度传感器12、pH和EC值传感器27，所述压力传感器I 10置于蓄水箱4底部，所述压力传感器II11、所述pH和EC值传感器27置于灌溉主管25上，所述土壤湿度传感器12置于所述灌水器24附近的土壤中，所述压力传感器I 10、所述压力传感器II 11、所述土壤湿度传感器12、所述pH和EC值传感器27、所述PLC控制器7、所述控制器6、所述水泵3、所述肥料控制阀22、所述滴灌控制阀23采用电性连接；
所述光伏提水系统与所述蓄水发电系统通过所述蓄水箱4、所述电路控制器6、所述水轮发电机5、所述水源2耦合连接；
所述蓄水发电系统与所述滴灌系统通过所述蓄水箱4、所述球阀I 19、所述球阀II20耦合连接；
所述PLC控制系统与所述光伏提水系统、所述蓄水发电系统、所述滴灌系统通过所述PLC控制器7、所述电路控制器6、所述压力传感器I 10、所述压力传感器II 11、所述土壤湿度传感器12、所述pH和EC值传感器27、所述肥料控制阀22、所述滴灌控制阀23耦合连接；
智能光伏节水滴灌系统在有太阳能可供使用时，光伏电池板1转化的太阳能经电路控制器6输出为恒压直流电来驱动水泵3的电机运行并为PLC控制系统进行供电，水泵3从水源2抽取的水经管道输送进入蓄水箱4中进行储存，压力传感器I 10采集蓄水箱4内的水压力信号并输出至PLC控制器7，通过PLC控制器7对蓄水箱4内的水位进行监测，从而执行水泵3的启停动作，在蓄水箱4中水位达到设定范围内时，灌溉系统开始工作，开启闸阀II 14、闸阀VI 18，关闭闸阀III 15，蓄水箱4中的水进入灌溉系统管路和储肥罐，根据选定的水肥配比，利用文丘里施肥器8进行水肥混合，由pH和EC值传感器27实时监测水肥混合液的pH值、可溶性盐浓度EC值等指标，PLC控制器7根据pH和EC设定值与检测值之间的偏差来调整肥料控制阀22的开度，使灌溉水中pH、EC的检测值和设定值之差处于允许的范围内，灌溉水进入灌溉主管25，根据压力传感器II 11采集到的灌溉主管25内的压力信号和土壤湿度传感器12采集到的土壤湿度信号，由PLC控制器7控制开启或关闭灌溉支管26上的滴灌控制阀23，使灌溉主管25内的压力和灌水器24附近的土壤湿度在设定范围内。
实施例2：
本实施例设计的智能光伏节水滴灌系统基本同于实施例1。其区别在于没有太阳能。开启闸阀I 13，关闭闸阀III 15，水轮发电机5将蓄水箱4中水的势能转化为电能并由电路控制器6处理后为PLC控制系统进行供电，水泵3停止工作，蓄水箱4内的储水作为灌溉水进入灌溉系统管路，开启闸阀VI 18，蓄水箱4中的水进入储肥罐，根据选定的水肥配比，利用文丘里施肥器8进行水肥混合，由pH和EC值传感器27实时监测水肥混合液的pH值、可溶性盐浓度EC值等指标，PLC控制器7根据pH、EC设定值与检测值之间的偏差来调整肥料控制阀22的开度，使灌溉水中pH、EC的检测值和设定值之差处于允许的范围内，灌溉水进入灌溉主管25，根据压力传感器II 11采集到的灌溉主管25内的压力信号和土壤湿度传感器12采集到的土壤湿度信号，由PLC控制器7控制开启或关闭灌溉支管26的滴灌控制阀23，使灌溉主管25内的压力和灌水器24附近的土壤湿度在设定范围内。
Claims (4)
1.一种智能光伏节水滴灌系统，包括光伏提水系统、蓄水发电系统、滴灌系统以及PLC控制系统；
所述光伏提水系统包括光伏电池板、电路控制器、水泵、水源，所述水泵为潜水泵放置于水源中，所述光伏电池板、所述电路控制器、所述水泵顺次电性连接；
所述蓄水发电系统包括蓄水箱、水轮发电机、闸阀I、闸阀II、闸阀III、闸阀IV、闸阀V，所述水泵、所述闸阀IV、所述蓄水箱、所述闸阀I、所述水轮发电机顺次相连，所述水轮发电机、所述蓄水箱均设置有旁路管道，闸阀II、闸阀V分别安装在所述水轮发电机、所述蓄水箱的旁路管道上，所述水轮发电机通过所述闸阀III与所述水源相连，所述水轮发电机的输电侧与所述电路控制器电性连接；
所述滴灌系统包括文丘里施肥器、储肥罐、灌溉主管、灌溉支管、灌水器、球阀I、球阀II、逆止阀、肥料控制阀、滴灌控制阀、闸阀VI，所述水轮发电机、所述球阀II、所述文丘里施肥器、所述逆止阀、所述灌溉主管、所述灌溉支管、所述滴灌控制阀、所述灌水器顺次相连，所述施肥罐通过所述肥料控制阀与所述文丘里施肥器相连接，所述文丘里施肥器与所述球阀I并联连接，所述蓄水箱通过所述闸阀VI与所述储肥罐相连，所述灌溉支管为若干管道并联；
所述PLC控制系统包括PLC控制器、压力传感器I、压力传感器II、土壤湿度传感器、pH和EC值传感器，所述压力传感器I置于蓄水箱底部，所述压力传感器II、所述pH和EC值传感器置于灌溉主管上，所述土壤湿度传感器置于所述灌水器附近的土壤中，所述压力传感器I、所述压力传感器II、所述土壤湿度传感器、所述pH和EC值传感器、所述PLC控制器、所述水泵、所述肥料控制阀、所述滴灌控制阀采用电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能光伏节水滴灌系统，其特征在于：所述光伏提水系统与所述蓄水发电系统通过所述蓄水箱、所述电路控制器、所述水轮发电机、所述水源耦合连接。
3.根据权利要求1所述的一种智能光伏节水滴灌系统，其特征在于：所述蓄水发电系统与所述滴灌系统通过所述蓄水箱、所述球阀I、所述球阀II耦合连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能光伏节水滴灌系统，其特征在于：所述PLC控制系统与所述光伏提水系统、所述蓄水发电系统、所述滴灌系统通过所述PLC控制器、所述电路控制器、所述压力传感器I、所述压力传感器II、所述土壤湿度传感器、所述pH和EC值传感器、所述肥料控制阀、所述滴灌控制阀耦合连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114982607A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 广州大学 | 一种光水电互补的自适应光伏驱动灌溉调控系统 |
| CN115443891A (zh) * | 2022-10-09 | 2022-12-09 | 西北农林科技大学 | 一种根据太阳辐照强度自动调节滴灌流量的方法及其装置 |
-
2019
- 2019-04-12 CN CN201910292942.4A patent/CN110050560A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114982607A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-02 | 广州大学 | 一种光水电互补的自适应光伏驱动灌溉调控系统 |
| CN115443891A (zh) * | 2022-10-09 | 2022-12-09 | 西北农林科技大学 | 一种根据太阳辐照强度自动调节滴灌流量的方法及其装置 |
| CN115443891B (zh) * | 2022-10-09 | 2023-09-26 | 西北农林科技大学 | 一种根据太阳辐照强度自动调节滴灌流量的方法及其装置 |
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| PB01 | Publication | ||
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