CN111837877A - 管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，包括下列步骤：S1、在无遮挡的地形处设置第一太阳能发电装置，在第一供水水源地设置管泵装置，同时铺设若干管道与所述管泵装置相连通，所述管道的出口端在若干用水处；S2、建立中控系统，在管道的出口端设置开关装置，在管道上建立光电增压系统，S3、用户使用无线终端与中控系统进行数据交互，根据导通时间以及导通时间单价计算出导通时间总价，并与第三方支付系统进行数据交互实现支付；S4、付费结束后，第三方支付系统向中控系统返回支付处理结果，中控系统向开关装置发出导通指令，开关装置将管道内水路单向导通。

Description

管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法

技术领域

本发明涉及光伏供水技术领域，尤其涉及管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法。

背景技术

长期以来，如何在能源层面解决山区、旱区、草原牧场、荒漠化地区的提水供水，一直是困扰国内外农牧业发展和生态建设的一道技术性难题。近几年，光电控水技术迎合了大规模的农田、草场、荒漠等需求市场，可广泛应用于边远无电、缺电地区人畜用水、农田灌溉、荒漠治理、水系联通、管网互联互通等。系统在无需任何外来能源的情况下可以机动灵活地用于农田灌溉、提供洁净人畜饮水、发展庭院经济、美化园区、环境及沙漠治理等。且光电控水系统的应用无需蓄电池、减少了电池对环境造成的污染，无需并网通过管网实现水系互通，还节省了电池更换的费用和上网的麻烦以及架设高压线路的费用，同时通过管网供水还解决了露天水渠无法对水的合理调度和计量以及造价高、征地难、水易蒸发、水渗漏和维护成本高的问题，符合我国可持续发展的战略。

发明内容

本发明的目的在于提供管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，包括下列步骤：

S1、在无遮挡的地形处设置第一太阳能发电装置，在第一供水水源地设置管泵装置，同时铺设若干管道与所述管泵装置相连通，所述管道的出口端在若干用水处；

S2、建立中控系统，在管道的出口端设置开关装置，在管道上建立光电增压系统，所述开关装置根据中控系统的控制指令导通/关断管道内水路，所述光电增压系统根据中控系统的控制指令增强管道内流体压强；

S3、用户使用无线终端与中控系统进行数据交互，用户在无线终端上选择开关装置的导通时间，中控系统根据导通时间以及导通时间单价计算出导通时间总价，并与第三方支付系统进行数据交互实现支付；

S4、付费结束后，第三方支付系统向中控系统19返回支付处理结果，中控系统向开关装置发出导通指令，开关装置将管道内水路单向导通；

管道内水路在导通过程中，光电增压系统根据中控系统的控制指令增强管道内流体压强。

优选的，步骤S1中，还存在第二供水水源地，所述第二供水水源地与用水处的距离远于所述第一供水水源地与用水处的距离或第二供水水源的海拔高度高于所述第一供水水源地，所述第二供水水源地通过管道与所述第一供水水源地相连通，在所述第二供水水源地设置第二管泵装置，所述第二管泵装置还通过若干管道向第二、第三用水处供水形成管网互联互通。

优选的，所述管道包括主管、支管第一支管、毛细管第二支管，所述管泵装置与至少一跟主管相连通，所述主管的至少一个出水口与支管第一支管相连通，所述支管第一支管的至少一个出水口处设有开关装置，所述开关装置与至少一个毛细管第二支管相连通，所述第二支管直径小于第一支管。

优选的，所述开关装置包括智能水表，所述智能水表由防水、防腐蚀设有壳体构成，在壳体内设有MCU微控制单元、通讯模块、第一电磁阀、流量传感器，所述管道的一个出水口与与所述第一电磁阀相连通，所述第一电磁阀的出口与另一所述管道的入水口相连通，所述电磁阀的出口处还设有流量传感器，所述第一电磁阀以及流量传感器分别与所述MCU微控制单元电性相连，所述壳体的顶部外表面设有防水保护屏，所述防水保护屏下方分别设有流量显示器以及二维码，所述流量显示器与所述MCU微控制单元电性相连，所述MCU微控制单元通过通讯模块与所述中控系统信号相连。

优选的，所述管泵装置包括管泵或虹吸管泵或泵类设备。

优选的，所述光电增压系统可设置于主管上，所述光电增压系统包括由第二太阳能发电装置以及与第二太阳能发电装置电性相连的增压装置本体，所述增压装置本体为由防水材料制成的压力腔，所述压力腔内设有微型高压水泵高压水泵、PLC控制器、压力传感器、第二通讯模块以及增压组件，所述增压组件包括安装法兰，所述安装法兰内设有高压腔以及环形腔，所述主管穿过环形腔过后与高压腔相连通，所述高压腔的直径大于所述主管的直径，所述高压腔的内壁呈漏斗状，在所述高压腔的外壁上还设置有多个与压力腔的轴线呈夹角的倾斜流道，并且这些倾斜流道在圆周方向上均匀分布，所述的倾斜流道使高压腔和环形腔相互连通，并且在压力端盖的侧壁上还设置有与环形腔相连通的接头。

优选的，所述接头与所述微型高压水泵高压水泵相连通，所述微型高压水泵高压水泵通过引水管与所述主管相连通，所述出口流道与管道的连接处设有压力传感器，所述PLC控制器分别与压力传感器、第二通讯模块、微型高压水泵高压水泵信号相连，所述第二太阳能发电装置分别为微型高压水泵高压水泵、PLC控制器、压力传感器、第二通讯模块供电。

优选的，所述光电增压系统还能设置于,第一支管上，所述第一支管穿过环形腔过后与高压腔相连通，所述高压水泵通过引水管与所述第一支管相连通。

优选的，所述第一太阳能发电装置、所述第二太阳能发电装置均也包括所述太阳能光发电装置，所述太阳能光发电装置包括由单晶硅、多晶硅、非晶硅或薄膜、石墨烯薄膜等光伏材料构成的太阳能面板，还包括逆变器，太阳能面板利用的光伏效应将光能转换为直流电能，通过逆变器将直流电转换为交流电进行供电。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，利用自动控制技术，在不同光强下，使太阳能电池板产生的电能全部转化为灌溉能量，使节水灌溉设备能够分区域保持稳定工作，不仅使流量压力符合节水灌溉设备的要求，而且保证了整个光伏提水节水灌溉系统各区域的灌溉均匀度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的开关装置示意图；

图3为本发明实施例1提供的增压装置示意图；

图4为本发明实施例1提供的连接关系示意图；

图5为本发明实施例提供的信号连接示意图；

图6为本发明实施例2提供的连接示意图；

图7为本发明实施例3提供的增压装置示意图。

图中，1-壳体，2-管道，3-防水保护屏，4-智能水表，5-安装法兰，6-高压腔，7-环形腔，8-倾斜流道，9-接头，10-高压水泵，11-引水管，12-压力腔，13-第一太阳能发电装置，14-虹吸管泵，15-主管，16-第一支管，17-光电增压系统，18-开关装置，19-中控系统，20-第三方支付系统，21-MCU微控制单元，22-通讯模块，23-第一电磁阀，24-流量显示器，25-流量传感器，26-PLC控制器，27-第二通讯模块，28-压力传感器，29-第二太阳能发电装置，30-第二管泵装置，31-第三太阳能发电装置，32-第一供水水源地，33-第二供水水源地，34-无线终端。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

参见图1至图5，管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，包括下列步骤：

S1、在无遮挡的地形处设置第一太阳能发电装置，在第一供水水源地设置管泵装置，同时铺设若干管道2与所述管泵装置相连通，所述管道2的出口端在若干用水处；

S2、建立中控系统19，在管道的出口端设置开关装置18，在管道上建立光电增压系统17，所述开关装置18根据中控系统19的控制指令导通/关断管道内水路，所述光电增压系统17根据中控系统19的控制指令增强管道内流体压强；

S3、用户使用无线终端34与中控系统19进行数据交互，用户在无线终端34上选择开关装置18的导通时间，中控系统19根据导通时间以及导通时间单价计算出导通时间总价，并与第三方支付系统20进行数据交互实现支付；

S4、付费结束后，第三方支付系统向中控系统19返回支付处理结果，中控系统向开关装置18发出导通指令，开关装置18将管道内水路单向导通；

管道2内水路在导通过程中，光电增压系统17根据中控系统19的控制指令增强管道2内流体压强。

所述管泵装置包括管泵或虹吸管泵14或其他泵类设备，在本实施例中，优选为虹吸管泵14，所述虹吸管泵14设置于第一供水水源地32，第一供水水源地32位于远离用水处或海拔高度低于用水处的位置，虹吸管泵14通过若干管道2与各用水处相连通，所述管道可埋设于地底也可铺设于地面上，同时在第一供水水源地32或第一太阳能发电装置13处设有监控屋，所述监控屋中设有中控系统19，所述中控系统19用于监控所述第一太阳能发电装置13、虹吸管泵14的状态信息，同时所述中控系统19还与第三方支付系统进行数据交互；

在所述管道出口端设置开关装置18，所述开关装置18与所述中控系统19信号互连，所述开关装置18能根据中控系统19指令能控制管道内水路的通/断；

同时在管道上设有光电增压装置，光电增压装置根据中控系统的控制指令，增强管道内流体的压强。

在使用时，通过第一太阳能发电装置13将光能转换为交流电，通过交流电向虹吸管泵14或其它水泵供电，进而驱动虹吸管泵14或其它水泵进行作业，对第一供水水源地32的水进行抽吸，并通过管道2按需输送至用水处，同时为了提高远距离送水能力，在管道2上设有若干光电增压系统17，通过光电增压系统17对管道2内的水增压，在管道2的出口端设有开关装置18，开关装置18能控制管道2出口内水路的通/断，用户在使用前，通过无线终端34输入开关装置18的导通时间，中控系统根据输入的导通时间以及中控系统内设定的导通时间单价计算出导通时间总价，中控系统将导通时间总价与第三方支付系统进行数据交互实现支付；

在付费结束后，第三方支付系统向中控系统19返回支付处理结果，中控系统向开关装置发出导通指令，开关装置将管道内水路单向导通；

管道内水路在导通过程中，光电增压系统根据中控系统的控制指令增强管道内流体压强。

具体的，所述管道2包括主管15、第一支管16、第二支管，所述管泵装置与至少一跟主管15相连通，所述主管15的至少一个出水口与第一支管16相连通，所述第一支管16的至少一个出水口处设有开关装置18，所述开关装置18与至少一个第二支管相连通，而第二支管的直径小于第一支管16，第一支管16的直径不大于主管15；

主管15可将水流引入灌溉地，所述灌溉地包括若干亩种植有农作物或其它经济作物的土地，而第一支管16可将引入灌溉地的水流引入每亩地中，所述第二支管能将第一支管16中的水流引入每颗作物下进行精确灌溉；

所述开关装置18设置于灌溉地中，开关装置18包括智能水表4，所述智能水表4由防水、防腐蚀壳体1构成，在壳体1内设有MCU微控制单元20、通讯模块22、第一电磁阀23，所述管道2的一个出水口与与所述第一电磁阀23入口相连通，所述第一电磁阀23的出口与另一管道2的入水口相连通，在所述第一电磁阀23的出口处还设有流量传感器25，所述流量传感器25、第一电磁阀23分别与所述MCU微控制单元20电性相连，所述壳体1的顶部外表面设有防水保护屏3，所述防水保护屏3下方分别设有流量显示器24以及二维码，所述流量显示器24与所述MCU微控制单元20电性相连，所述MCU微控制单元20通过通讯模块22与所述中控系统19信号相连；

在使用时，使用无线终端34扫描二维码，二维码为智能水表4的唯一标识，存储有智能水表设备码，无线终端34即可查看该智能水表4的用水记录以及水价，此时用户通过无线终端34输入智能水表的导通时长，并向中控系统19发送附带有智能水表设备码以及导通时长的服务请求，中控系统19根据特定的智能水表设备码确定智能水表位置，中控系统19根据预先设定的时长单价，确定导通时长的总价，向相应的第三方支付系统20进行发出支付请求，用户通过支付宝、微信等第三方网络支付方式线上付款，在付款结束后，第三方支付系统20向中控系统19返回支付处理结果，中控系统19根据处理结果与通讯模块22进行通信，通讯模块22在接收来自中控系统19的信息后，传递至MCU微控制单元20，MCU微控制单元20根据控制指令打开第一电磁阀23，使管道2内的水流通，在管道2导通的同时，所述流量传感器25能监控流过电磁阀出口的水流量，并将前述监控信息发送至MCU微控制单元20，当MCU微控制单元20能将监控信息在流量显示器24上进行显示，在MCU微控制单元20控制打开第一电磁阀23后，对打开时间进行计时，在预定时间到达后，MCU微控制单元20控制关闭第一电磁阀23，断开管道2的通断。

具体的，所述光电增压系统17可设置于主管15上，所述光电增压系统17包括由第二太阳发电装置以及与第二太阳能发电装置29电性相连的增压装置本体，所述增压装置本体为由防水材料制成的压力腔12，所述压力腔12内设有高压水泵10、PLC控制器26、压力传感器28、第二通讯模块27以及增压组件，所述增压组件包括安装法兰5，所述安装法兰5内设有高压腔6以及环形腔7，所述主管15穿过环形腔7过后与高压腔6相连通，所述高压腔6的直径大于所述主管15的直径，所述高压腔6的内壁呈漏斗状，在所述高压腔6的外壁上还设置有多个与压力腔12的轴线呈夹角的倾斜流道8，并且这些倾斜流道8在圆周方向上均匀分布，所述的倾斜流道8使高压腔6和环形腔7相互连通，并且在压力端盖的侧壁上还设置有与环形腔7相连通的接头9。

所述接头9与所述高压水泵10相连通，所述高压水泵10通过引水管11与所述主管15相连通，所述高压腔6与主管15的连接处设有压力传感器28，所述PLC控制器26分别与压力传感器28、第二通讯模块27、高压水泵10信号相连，所述第二太阳能发电装置29分别为高压水泵10、PLC控制器26、压力传感器28、第二通讯模块27供电。

主管15内的流体进入高压腔6后被排出，需要对流体进行增压处理时，中控系统19向第二通讯模块27发送控制指令，第二通讯模块27将所获得的控制指令传输至PLC控制器26，PLC控制器26打开高压水泵10，高压水泵10通过引水管11抽取流过主管15的流体，在增压后通过接头9向环形腔7中输送高于管道2内压力的高压流体，这部分高压液体会通过多个倾斜流道8进入高压腔6内，经由倾斜流道8高速喷出的高压流体在压腔内形成高压高速射流，增大流出主管15的流体压力与流速，由于流体特性，在相对低压的主管15入口侧形成负压吸引效应，从而达到增加整体管道2的流速的目的。

同时在出口流道与管道2的连接处设有压力传感器28，通过压力传感器28监控经过增压组件后管道2内液体压力，所获得的监控信息传输至PLC控制器26，PLC控制器26又通过第二通讯模块27回传至中控系统19，当管道2内压强过大时，PLC控制器26降低或暂停高压水泵10，进而降低管道2内压强。

具体的，所述第一太阳能发电装置13、第二太阳能发电装置29包括太阳能光发电装置，所述太阳能光发电装置包括由单晶硅、多晶硅、非晶硅或薄膜、石墨烯薄膜等光伏材料构成的太阳能面板，所述太阳能面板包括但不限于用上述光伏材料制成，还包括逆变器，太阳能面板利用的光伏效应将光能转换为直流电能，通过逆变器将直流电转换为交流电对管泵装置或光电增压装置进行供电。

实施例2

参见图6，本实施例2与实施例1的区别在于，还存在第二供水水源地33，第一供水水源地可以为湖泊、溪流、蓄水池或其它储存干净水源的蓄水地，所述第二供水水源地33与用水处的距离远于所述第一供水水源地32与用水处的距离或第二供水水源的海拔高度高于所述第一供水水源地32，所述第二供水水源地33通过管道2与所述第一供水水源地32相连通，在所述第二供水水源地33设置第二管泵装置30以及第三太阳能发电装置31，第二管泵装置30也包括虹吸管泵14或其它水泵，优选为虹吸水泵，所述第二管泵装置30还通过若干管道2向第二、第三用水处供水形成管网互联互通，通过设置第二供水水源地33，使得第二供水水源地33成为一水源中转站，方便向海拔高于第二供水水源地33或距离远处的用水处供水。

所述第三太阳能发电装置31包括太阳能光发电装置，所述太阳能光发电装置包括由单晶硅、多晶硅、非晶硅或薄膜、石墨烯薄膜等光伏材料构成的太阳能面板，所述太阳能面板包括但不限于用上述光伏材料制成，还包括逆变器，太阳能面板利用的光伏效应将光能转换为直流电能，通过逆变器将直流电转换为交流电对管泵装置或光电增压装置进行供电。

实施例3

参见图7，本实施例3与实施例1的区别在于，所述光电增压系统17可设置于第一支管16上，在设置于第一支管16上时，所述第一支管16穿过环形腔过后与高压腔相连通，所述高压水泵通过引水管与所述第一支管16相连通。

实施例4

本实施例4本实施例1的区别在于，主管15将水流引入城市自来水厂处，实现城市供水，第一支管16将水流送至各户人家中，所述开关装置18可设置于室内，在用户需交水费时，用户可通过手机等无线终端34扫描二维码，无线终端上即可显示待支付水价，用户通过支付宝、微信等第三方网络支付方式线上付款，在付款结束后，第三方支付系统20向中控系统19返回支付处理结果，中控系统19能通过MCU微控制单元20发送解除控水指令至智能水表4，MCU微控制单元20控制第一电磁阀23重新开启阀门。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1、在无遮挡的地形处设置第一太阳能发电装置，在第一供水水源地设置管泵装置，同时铺设若干管道与所述管泵装置相连通，所述管道的出口端在若干用水处；

S2、建立中控系统，在管道的出口端设置开关装置，在管道上建立光电增压系统，所述开关装置根据中控系统的控制指令导通/关断管道内水路，所述光电增压系统根据中控系统的控制指令增强管道内流体压强；

S3、用户使用无线终端与中控系统进行数据交互，并在无线终端上选择开关装置的导通时间，中控系统根据导通时间以及导通时间单价计算出导通时间总价，并与第三方支付系统进行数据交互实现支付；

S4、付费结束后，第三方支付系统向中控系统返回支付处理结果，中控系统向开关装置发出导通指令，开关装置将管道内水路单向导通；

管道内水路在导通过程中，光电增压系统根据中控系统的控制指令增强管道内流体压强。

2.根据权利要求1所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，步骤S1中，还存在第二供水水源地，所述第二供水水源地与用水处的距离远于所述第一供水水源地与用水处的距离或第二供水水源的海拔高度高于所述第一供水水源地，所述第二供水水源地通过管道与所述第一供水水源地相连通，在所述第二供水水源地设置第二管泵装置以及第二太阳能发电装置，所述第二管泵装置还通过若干管道向其他用水处供水形成管网互联互通，所述第二太阳能发电装置为第二管泵装置供电。

3.根据权利要求1所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述管道包括主管、第一支管、第二支管，所述管泵装置与至少一跟主管相连通，所述主管的至少一个出水口与第一支管相连通，所述第一支管的至少一个出水口处设有开关装置，所述开关装置与至少一个第二支管相连通，所述第二支管直径小于第一支管。

4.根据权利要求3所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述开关装置包括智能水表，所述智能水表设有壳体，在壳体内设有MCU微控制单元、通讯模块、第一电磁阀、流量传感器，所述管道的一个出水口与与所述第一电磁阀相连通，所述第一电磁阀的出口与另一所述管道的入水口相连通，所述电磁阀的出口处还设有流量传感器，所述第一电磁阀以及流量传感器分别与所述MCU微控制单元电性相连，所述壳体的顶部外表面设有防水保护屏，所述防水保护屏下方分别设有流量显示器以及二维码，所述流量显示器与所述MCU微控制单元电性相连，所述MCU微控制单元通过通讯模块与所述中控系统信号相连。

5.根据权利要求1所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述管泵装置包括管泵或虹吸管泵或泵类设备。

6.根据权利要求3所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述光电增压系统可设置于主管上，所述光电增压系统包括由第二太阳能发电装置以及与第二太阳能发电装置电性相连的增压装置本体，所述增压装置本体为由防水材料制成的压力腔，所述压力腔内设有高压水泵、PLC控制器、压力传感器、第二通讯模块以及增压组件，所述增压组件包括安装法兰，所述安装法兰内设有高压腔以及环形腔，所述主管穿过环形腔过后与高压腔相连通，所述高压腔的直径大于所述主管的直径，所述高压腔的内壁呈漏斗状，在所述高压腔的外壁上还设置有多个与压力腔的轴线呈夹角的倾斜流道，并且这些倾斜流道在圆周方向上均匀分布，所述的倾斜流道使高压腔和环形腔相互连通，并且在压力端盖的侧壁上还设置有与环形腔相连通的接头。

7.根据权利要求6所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述接头与所述高压水泵相连通，所述高压水泵通过引水管与所述主管相连通，所述出口流道与管道的连接处设有压力传感器，所述PLC控制器分别与压力传感器、第二通讯模块、高压水泵信号相连，所述第二太阳能发电装置分别为高压水泵、PLC控制器、压力传感器、第二通讯模块供电。

8.根据权利要求7所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述光电增压系统还能设置于第一支管上，所述第一支管穿过环形腔过后与高压腔相连通，所述高压水泵通过引水管与所述第一支管相连通。

9.根据权利要求1或6所述的管道光电控水替代传统水利供水及农业灌溉的方法，其特征在于，所述第一太阳能发电装置、第二太阳能发电装置均包括太阳能光发电装置，所述太阳能光发电装置包括由单晶硅、多晶硅、非晶硅或薄膜、石墨烯薄膜等光伏材料构成的太阳能面板，还包括逆变器，太阳能面板利用的光伏效应将光能转换为直流电能，通过逆变器将直流电转换为交流电进行供电。

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