CN115997650A - 基于光伏发电的农田滴灌装置及滴灌方法 - Google Patents

Abstract

基于光伏发电的农田滴灌装置及滴灌方法，涉及光伏与农业结合技术领域，利用光伏发电为滴灌提供电能，并能进行水肥同施。包括光伏发电模块和滴灌总成，滴灌总成包括蓄水池、储存箱、输水管和滴灌带，蓄水池与储存箱之间通过管道连接，管道上具有水泵，输水管将储存箱与滴灌带连接起来，滴灌带高度低于储存箱；输水管上具有灌溉电动阀门，滴灌带上具有固定组件，固定组件包括插杆，插杆下部具有水分探针，水分探针用于检测土壤湿度，滴灌带穿入插杆顶部把手内；水泵、水分探针和灌溉电动阀门均与控制器信号连接，光伏发电模块为水泵、水分探针、灌溉电动阀门和控制器提供电能。本发明利用光伏发电为滴灌提供电能，能够进行水肥同施并确保施肥均匀。

Description

基于光伏发电的农田滴灌装置及滴灌方法

技术领域

本发明涉及光伏与农业的结合技术领域，具体地说是一种基于光伏发电的农田滴灌装置及滴灌方法。

背景技术

滴灌是利用塑料管道（如滴灌带）将水通过直径约10mm毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，是干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，水的利用率可达95%。滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果，同时可以结合施肥，提高肥效一倍以上。滴灌的动力一般是水泵，通过水泵将水输送至滴灌带，因此使用滴灌技术需要配备电能。此外，长时间使用后滴灌带易被浅埋，导致滴灌带内水流不通畅；根据农作物需要进行灌溉可确保农作物的正常生长；在使用水肥一体化技术时存在肥料施加不均的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光伏发电的农田滴灌装置及滴灌方法，借助于光伏发电为滴灌提供电能，并能进行水肥同施，确保肥料的均匀施加。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：基于光伏发电的农田灌溉装置，包括光伏发电模块和滴灌总成，所述滴灌总成包括蓄水池、储存箱、输水管和滴灌带，所述蓄水池与储存箱之间通过管道连接，所述管道上具有水泵，所述输水管的一端与储存箱连接，所述输水管的另一端与滴灌带连接，所述滴灌带的高度低于储存箱；所述输水管上具有灌溉电动阀门，所述滴灌带上具有固定组件，所述固定组件包括插杆，所述插杆上部具有把手，所述插杆下部具有水分探针，所述水分探针用于插入土壤内检测土壤湿度，所述滴灌带穿入把手内，所述把手对滴灌带进行支撑；所述水泵、水分探针和灌溉电动阀门均与控制器信号连接，所述光伏发电模块为水泵、水分探针、灌溉电动阀门和控制器提供电能，且所述光伏发电模块优先为水分探针和控制器提供电能，其次为所述灌溉电动阀门提供电能，最后为所述水泵提供电能。

进一步地，所述储存箱内具有多个相互独立的储水腔，多个所述储水腔前后顺次设置且前后相邻的两个储水腔的上部之间通过溢水孔连通，所述溢水孔内具有过滤器；位于最前侧的所述储水腔与管道连通，位于最后侧的所述储水腔与输水管连通。

进一步地，前后相邻的两个所述储水腔的下部之间具有导通管，所述导通管上具有潜水型电动阀门，所述潜水型电动阀门与控制器信号连接，且所述潜水型电动阀门由光伏供电模块提供电能。

进一步地，位于最前侧的所述储水腔内具有肥筒，所述肥筒的底部与储水腔的底部固定连接，且所述肥筒下部的侧壁为网状。

进一步地，所述固定组件还包括外筒，所述插杆伸入外筒内侧且与外筒螺纹连接。

进一步地，所述把手为环形结构，所述把手上具有缺口，所述滴灌带穿过缺口进入把手内侧。

进一步地，所述把手上具有信号发射模块，所述信号发射模块通过数据线与探针连接，所述信号发射模块与控制器无线通讯。

进一步地，所述储存箱内具有垂直设置的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将储存箱的内腔分成四个储水腔，分别为顺时针依次设置的第一储水腔、第二储水腔、第三储水腔和第四储水腔；所述溢流孔包括位于所述第一隔板一端的第一溢流孔、位于其中一块所述第二隔板上的第二溢流孔、位于所述第一隔板另一端的第三溢流孔，所述潜水型电动阀门具有三个且位于所述导通管上。

本发明还提供一种基于光伏发电的农田灌溉方法，包括以下步骤：

（1）通过水分探针实时检测土壤湿度；

（2）当土壤湿度低于下限设定阈值时，控制器向水泵或/和灌溉电动阀门发送指令，使得储存箱内的水在重力作用下经输水管流动至滴灌带内，进行滴灌；

（3）当水分探针检测到土壤湿度高于上限设定阈值时，控制器向水泵或/和灌溉电动阀门发送指令，关闭输水管，完成滴灌；

（4）当需要对农田进行水肥同施时，向所述肥筒内加入固体肥料，开启水泵使得蓄水池内的水进入储存箱内，对固体肥料进行缓慢溶解，并在水流作用下对水肥一边进行搅拌一边进行输送，使得水肥最终经滴灌带实现施加；

（5）当不需要灌溉时，光伏发电模块发电后为水泵供能，此时通过水泵将蓄水池内的水抽取至储存箱内备用。

本发明的有益效果是：本发明通过光伏发电模块的设置，为滴灌提供电能，可以满足无法使用市电的滴灌需要；光伏发电模块优先为水分探针和控制器进行供能，进而在光照不足时保证对土壤湿度的不间断监测；本发明通过固定组件的设置对滴灌带进行支撑固定，以保持滴灌带的通畅；固定组件上水分探针的设置，便于对土壤进行湿度监测，以根据土壤湿度情况进行适时滴灌；将储存箱分成多个储水腔，水、肥进入储存箱内后，在多个储水腔之间顺次流动，实现了对水中杂质的过滤以及对肥料的搅拌混匀。

附图说明

图1为本发明的光伏发电模块与控制部分的连接示意图；

图2为本发明的滴灌总成示意图；

图3为储存箱的内部结构示意图；

图4为储存箱的主视图；

图5为储存箱内水的流向示意图；

图6为肥筒的主视图；

图7为固定组件的主视图；

图8为固定组件的左视图；

图9为固定组件的安装示意图；

图10为水分探针的左视图；

图11为外筒的剖视图；

图12为探针缩回外筒内的示意图；

图中：1蓄水池，2水泵，3储存箱，31第一隔板，32第二隔板，33第一储水腔，34第二储水腔，35第三储水腔，36第四储水腔，37进水管，38出水管，39导通管，391第一溢水孔，392第二溢水孔，393第三溢水孔，4灌溉电动阀门，5输水管，6滴灌带，7插杆，71外筒，72把手，73信号发射模块，74缺口，75外螺纹，76内螺纹，77水分探针，8肥筒，81网眼，9潜水型电动阀门。

具体实施方式

如图1至图12所示，本发明的灌溉装置包括光伏发电模块和滴灌总成，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1、图2所示，基于光伏发电的农田灌溉装置包括光伏发电模块和滴灌总成，光伏发电模块为现有技术，滴灌总成包括蓄水池1、储存箱3、输水管5和滴灌带6，蓄水池1与储存箱3之间通过管道连接，管道上具有水泵2。蓄水池1埋于地下，以便于对雨水进行收集。储存箱3位于地面上方，通过支架固定在地面上。输水管5包括三段，输水管5的第一段和第三段上下平行设置，输水管5的第二段倾斜设置，并将输水管5的第一段和第三段连接在一起。输水管5的一端（即第一段）与储存箱3连接，输水管5的另一端（即第三段）与滴灌带6连接，滴灌带6的高度低于储存箱3。输水管5的第一段和第三段之间具有高度差，对水流流动提供压力，进而便于储存箱3内的水在自重下流动至滴灌带6内。

输水管5上具有灌溉电动阀门4，滴灌带6上具有固定组件，通过固定组件实现对滴灌带6的支撑固定。如图7、图8所示，固定组件包括插杆7，插杆7上部具有把手72，插杆7下部具有水分探针77，水分探针77用于插入土壤内检测土壤湿度，如图9所示，滴灌带6穿入把手72内，把手72对滴灌带6进行支撑。水泵2、水分探针77和灌溉电动阀门4均与控制器信号连接，光伏发电模块为水泵2、水分探针77、灌溉电动阀门4和控制器提供电能。光伏发电模块优先为水分探针和控制器提供电能，如有多余电能，其次为灌溉电动阀门4提供电能，最后为水泵2提供电能。即：当光伏发电模块发电较多时，水泵2、水分探针、灌溉电动阀门4和控制器均能获得电能，且水分探针和控制器优先获得光伏发电模块的电能，其次为灌溉电动阀门4，最后为水泵2；当光伏发电模块发电较少时，水分探针和控制器优先获得光伏发电模块的电能，此时灌溉电动阀门4和水泵2没有电能分配。优先为水分探针和控制器分配电能，可以实时了解土壤湿度，便于远程监控人员及时了解农田缺水情况、光伏发电模块工作状态。

如图3所示，储存箱3内具有多个相互独立的储水腔，多个储水腔前后顺次设置且前后相邻的两个储水腔的上部之间通过溢水孔连通，溢水孔内具有过滤器，过滤器用于对水中杂质进行过滤。位于最前侧的储水腔侧壁具有进水管37，进水管37与管道连通，位于最后侧的储水腔侧壁具有出水管38，出水管38与输水管5的第一段连通。如图3、图4所示，前后相邻的两个储水腔的下部之间具有导通管39，导通管39与储存箱3的底部之间具有一定的间距，该间距的设置，使得水中杂质在此沉淀。导通管39上具有潜水型电动阀门9，潜水型电动阀门9与控制器信号连接，且潜水型电动阀门9由光伏供电模块提供电能。如图3、图4所示，溢流孔包括位于第一隔板31一端的第一溢流孔391、位于其中一块第二隔板32上的第二溢流孔392、位于第一隔板31另一端的第三溢流孔393，潜水型电动阀门9具有三个，分别位于第一隔板31和第二隔板32上的导通管39上。具体地：储存箱3内具有垂直设置的第一隔板31和第二隔板32，第一隔板31具有一块，第二隔板32具有两块，第一隔板31位于两块第二隔板32之间。第一隔板31和第二隔板32将储存箱3的内腔分成四个储水腔，分别为顺时针依次设置的第一储水腔33、第二储水腔34、第三储水腔35和第四储水腔36。将储存箱3的内腔划分为四个相互独立的储水腔，一方面对水进行逐级过滤；另一方面，当需要进行水肥同施时，将肥料置于第一储水腔33内，肥料在第一储水腔33内缓慢溶解，且缓慢的溢流至第二储水腔34，又经第二储水腔34缓慢溢流至第三储水腔35，又经第三储水腔35缓慢溢流至第四储水腔36，进而在整个水肥的施加过程中，肥料能够均匀的施加在整片农田中。

使用时，如图5所示，第四储水腔36内的水先流入输水管5内，由于第三溢流孔393位于第一隔板31的上部，因此当第三储水腔35内的水位低于第三溢流孔393时，第三储水腔393内的水不能再溢流至第四储水腔36内。第四储水腔36内的水排空后，为实现持续滴灌，此时通过控制器开启第三储水腔35与第四储水腔36之间的潜水型电动阀门9，此时第三储水腔35内的水流入第四储水腔36内，随后流入输水管5内。当第三储水腔35内的水排空后，若滴灌仍未完成，此时通过控制器开启第二储水腔34与第三储水腔35之间的潜水型电动阀门9，使用第二储水腔34内的水进行滴灌。当第二储水腔34内的水排空后，若滴灌仍未完成，此时通过控制器开启第二储水腔34与第一储水腔33之间的潜水型电动阀门9，使用第一储水腔33内的水进行滴灌。在光照较强的天气、不需要进行滴灌时，光伏发电模块产生的电能供给水泵2，通过水泵2将蓄水池内的水抽取至储存箱3内备用。当需要滴灌时，仅需要开启滴灌电动阀门4即可利用高度差进行滴灌。水泵2抽取蓄水池1内的水至储存箱3内，和利用储存箱3内的水进行滴灌也可以同时进行。

如图3所示，第一储水腔33内具有肥筒8，肥筒8的底部与第一储水腔33的底部固定连接，且如图6所示，肥筒8下部的侧壁具有网眼81，使得肥筒8下部呈网状结构。当需要进行水肥同施时，将固体肥料添加至肥筒8内，由于第一储水腔33内具有水，水进入肥筒8内使得固体肥料进行缓慢溶解。且肥筒8下部的固体肥料溶解最快，肥筒8下部的固体肥料溶解后首先随水流流动至第二储水腔34内。肥筒8下部固体肥料全部溶解后，肥筒8内的固体肥料下沉至网眼81处，以使得固体肥料持续进入各个储水腔。

如图7、图8所示，固定组件还包括外筒71，插杆7伸入外筒71内侧且与外筒螺纹连接。具体为：如图10所示，插杆7外壁具有外螺纹75，如图11所示，外筒71内壁具有内螺纹76，内、外螺纹配合实现插杆7与外筒71的螺纹连接。如图12所示，将固定组件插入土壤之前，插杆7下部及水分探针77完全置于外筒71内侧，插杆7插入土壤内深度达到要求后，如图9所示，旋转把手72，将水分探针77旋出外筒71，此时水分探针77插入土壤内与土壤接触处于工作位置。

如图8所示，把手72为环形结构，把手72上具有缺口74，放置滴灌带6时，如图9所示，将滴灌带6穿过缺口74移动至把手72内侧。缺口74为斜口，可以避免滴灌带于把手72内侧自行脱出。滴灌带6内有水流经过时，滴灌带6膨胀，在自身重力及尺寸的影响下，滴灌带6牢牢的穿在把手72内。把手72上具有信号发射模块73，信号发射模块73通过数据线与水分探针77连接，信号发射模块73与控制器无线通讯。水分探针77检测到的湿度数据经数据线上传至信号发射模块73，信号发射模块73以无线通讯的方式经数据上传至控制器。在把手72顶部也可设置光伏板，光伏板发电后供给信号发射模块73或/和水分探针77。

本发明还提供一种基于光伏发电的农田灌溉方法，包括以下步骤：

（1）通过水分探针实时检测土壤湿度；

（2）当土壤湿度低于下限设定阈值时，控制器向水泵或/和灌溉电动阀门发送指令，使得储存箱内的水在重力作用下经输水管流动至滴灌带内，进行滴灌；

（3）当水分探针检测到土壤湿度高于上限设定阈值时，控制器向水泵或/和灌溉电动阀门发送指令，关闭输水管，完成滴灌；

（4）当需要对农田进行水肥同施时，向所述肥筒内加入固体肥料，开启水泵使得蓄水池内的水进入储存箱内，对固体肥料进行缓慢溶解，并在水流作用下对水肥一边进行搅拌一边进行输送，使得水肥最终经滴灌带实现施加；

（5）当不需要灌溉时，光伏发电模块发电后为水泵供能，此时通过水泵将蓄水池内的水抽取至储存箱内备用。

本发明通过光伏发电模块的设置，为滴灌提供电能，可以满足无法使用市电的滴灌需要；光伏发电模块优先为水分探针和控制器进行供能，进而在光照不足时保证对土壤湿度的不间断监测；本发明通过固定组件的设置对滴灌带进行支撑固定，以保持滴灌带的通畅；固定组件上水分探针的设置，便于对土壤进行湿度监测，以根据土壤湿度情况进行适时滴灌；将储存箱分成多个储水腔，水、肥进入储存箱内后，在多个储水腔之间顺次流动，实现了对水中杂质的过滤以及对肥料的搅拌混匀。

Claims (9)

1.基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，包括光伏发电模块和滴灌总成，所述滴灌总成包括蓄水池、储存箱、输水管和滴灌带，所述蓄水池与储存箱之间通过管道连接，所述管道上具有水泵，所述输水管的一端与储存箱连接，所述输水管的另一端与滴灌带连接，所述滴灌带的高度低于储存箱；所述输水管上具有灌溉电动阀门，所述滴灌带上具有固定组件，所述固定组件包括插杆，所述插杆上部具有把手，所述插杆下部具有水分探针，所述水分探针用于插入土壤内检测土壤湿度，所述滴灌带穿入把手内，所述把手对滴灌带进行支撑；所述水泵、水分探针和灌溉电动阀门均与控制器信号连接，所述光伏发电模块为水泵、水分探针、灌溉电动阀门和控制器提供电能，且所述光伏发电模块优先为水分探针和控制器提供电能，其次为所述灌溉电动阀门提供电能，最后为所述水泵提供电能。

2.根据权利要求1所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，所述储存箱内具有多个相互独立的储水腔，多个所述储水腔前后顺次设置且前后相邻的两个储水腔的上部之间通过溢水孔连通，所述溢水孔内具有过滤器；位于最前侧的所述储水腔与管道连通，位于最后侧的所述储水腔与输水管连通。

3.根据权利要求2所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，前后相邻的两个所述储水腔的下部之间具有导通管，所述导通管上具有潜水型电动阀门，所述潜水型电动阀门与控制器信号连接，且所述潜水型电动阀门由光伏供电模块提供电能。

4.根据权利要求3所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，位于最前侧的所述储水腔内具有肥筒，所述肥筒的底部与储水腔的底部固定连接，且所述肥筒下部的侧壁为网状。

5.根据权利要求1所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，所述固定组件还包括外筒，所述插杆伸入外筒内侧且与外筒螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，所述把手为环形结构，所述把手上具有缺口，所述滴灌带穿过缺口进入把手内侧。

7.根据权利要求6所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，所述把手上具有信号发射模块，所述信号发射模块通过数据线与探针连接，所述信号发射模块与控制器无线通讯。

8.根据权利要求3所述的基于光伏发电的农田滴灌装置，其特征在于，所述储存箱内具有垂直设置的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将储存箱的内腔分成四个储水腔，分别为顺时针依次设置的第一储水腔、第二储水腔、第三储水腔和第四储水腔；所述溢流孔包括位于所述第一隔板一端的第一溢流孔、位于其中一块所述第二隔板上的第二溢流孔、位于所述第一隔板另一端的第三溢流孔，所述潜水型电动阀门具有三个且位于所述导通管上。

9.根据权利要求1所述的基于光伏发电的农田滴灌装置的滴灌方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过水分探针实时检测土壤湿度；

（2）当土壤湿度低于下限设定阈值时，控制器向水泵或/和灌溉电动阀门发送指令，使得储存箱内的水在重力作用下经输水管流动至滴灌带内，进行滴灌；

（3）当水分探针检测到土壤湿度高于上限设定阈值时，控制器向水泵或/和灌溉电动阀门发送指令，关闭输水管，完成滴灌；

（4）当需要对农田进行水肥同施时，向所述肥筒内加入固体肥料，开启水泵使得蓄水池内的水进入储存箱内，对固体肥料进行缓慢溶解，并在水流作用下对水肥一边进行搅拌一边进行输送，使得水肥最终经滴灌带实现施加；

（5）当不需要灌溉时，光伏发电模块发电后为水泵供能，此时通过水泵将蓄水池内的水抽取至储存箱内备用。

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