CN203181685U - 一种温室太阳能小管径滴灌装置 - Google Patents

一种温室太阳能小管径滴灌装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种温室太阳能小管径滴灌装置，包括水源，在所述水源内安装有水泵，水泵由蓄电池提供电源，所述蓄电池由太阳能板充电，所述水泵通过管道与滴灌系统连接，所述管道上依次安装有施肥罐、过滤设备、供水罐。该装置以低压滴灌系统滴头工作压力与毛管优化设计方法为理论依据，开发出温室小管径低压内镶贴片式滴灌带，通过效益计算和理论推导均满足压力偏差和灌水均匀度设计要求且造价降低22%。能长期在无电源环境下运行且蓄电池存储的电量可以在连续阴雨天时仍对温室作物进行灌溉。

Description

一种温室太阳能小管径滴灌装置
技术领域
本实用新型属于滴灌技术领域，涉及一种滴灌装置，特别是涉及一种温室太阳能小管径滴灌装置，用于解决缺电地区温室经济作物的灌溉问题。
背景技术
滴灌技术以较少的灌溉水量取得较好的生产效益和经济效益，成为世界各国发展现代农业的主要措施。目前，在我国现有的温室滴灌技术中主要存在以下几个问题：
1、多采用较高工作水头
在滴灌系统中滴头平均工作水头是滴灌系统设计与运行的重要技术参数之一。滴头工作压力越高，需要的水泵扬程越高，能耗费用越大；张国祥在2005年也提出滴头设计水头采用习惯取值（7m~10m），常造成投资和运行费用的浪费，因此滴灌系统的设计可以挖掘潜力，为滴灌系统低压取值提供一定依据。
2、多采用较大管径的贴片式滴灌带
这种类型的滴灌带虽然能够达到节水灌溉的效果，但是造价较高，不利于温室滴灌技术的推广应用。滴头工作压力越大，毛管、支管和干管需要承受的水压力越大，管道壁厚越大，管道耗材量越大，无形中造成了投资运行费用的增加。
3、对于远离居民点或者村庄的温室经济作物，由于温室滴灌系统采用传统能源能耗较大，电源的有效供应是主要问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种温室太阳能小管径滴灌装置，该装置的滴灌管网采用已开发出的温室小管径内镶贴片式滴灌带及配套支管，在低压条件下通过太阳能电池板供电，可长期为温室作物进行滴灌。
为了实现上述任务，本实用新型所采取如下的技术解决方案：
一种温室太阳能小管径滴灌装置，包括水源，在所述水源内安装有水泵，所，述水泵由蓄电池提供电源，所述蓄电池由太阳能板充电，所述水泵通过管道与滴灌系统连接，所述管道上依次安装有施肥罐、过滤设备、供水罐。
所述的滴灌系统上有多组并联的滴灌支路，每一条滴灌支路由供水阀门和温室小管径低压内镶贴片式滴灌带组成。
所述温室小管径低压内镶贴片式滴灌带由斜齿型迷宫流道、滤网和缓水区组成一体，所述斜齿型迷宫流道有进水口和出水口，所述进水口和滤网连通，所述出水口连通缓水区，所述缓水区位于斜齿型迷宫流道的长度方向两端。
所述的蓄电池中设有直流或直流转交流装置以及稳压系统。
本实用新型的温室太阳能小管径滴灌装置，以毛管年费用为目标函数，以流量偏差率为约束条件，并设计出具有标准管径的支管，将其作为小管径开发的理论依据。以温室小管径系统开发的理论为基础，开发出一种适用于温室的小管径低压内镶贴片式滴灌带，该小管径低压内镶贴片式滴灌带同时克服了工作水头较高和管径较大的问题，使得投资运行费用降低20%。再次，针对温室宽度布置方式，从每条支管的每个滴头算起，以效益最高和系统造价最低为原则按照日平均工作时间为10h，两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数为15天，计算需要消耗的电量，以此为依据筛选的蓄电池型号和太阳能电池组件，能长期在无电源环境下运行且蓄电池存储的电量可以在连续阴雨天时仍对温室作物进行灌溉。
附图说明
图1是本实用新型的温室太阳能小管径滴灌装置的结构示意图。
图2是本实用新型的滴灌系统的温室小管径低压内镶贴片式滴灌带结构示意图。
图3是本实用新型的温室小管径低压内镶贴片式滴灌带用CFD模拟的流量压力关系曲线图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
图1从给了本实有新型一种温室太阳能小管径滴灌装置的结构示意图，包括水源4，在所述水源4内安装有水泵3，所述水泵3由蓄电池2提供电源，所述蓄电池2由太阳能板1充电，所述水泵3通过管道10与滴灌系统8连接，所述管道10上依次安装有施肥罐5、过滤设备6、供水罐7。
所述的滴灌系统8上有多组并联的滴灌支路，每一条滴灌支路由供水阀门9和温室小管径低压内镶贴片式滴灌带组成。
图2是本实用新型的滴灌系统采用的温室小管径低压内镶贴片式滴灌带结构示意图，所述温室小管径低压内镶贴片式滴灌带由斜齿型迷宫流道a、滤网d和缓水区e组成一体，所述斜齿型迷宫流道a有进水口b和出水口c，所述进水口b和滤网d连通，所述出水口c连通缓水区e，所述缓水区e位于斜齿型迷宫流道a的长度方向两端。
其中，太阳能板1和蓄电池2组成太阳能光伏发电系统，太阳能板1将光能转化为电能先进入蓄电池2存储，所述蓄电池2中设有直流或直流转交流装置以及稳压系统。
所述的每条温室小管径低压内镶贴片式滴灌带的进口位置装有阀门9，以控制该条温室小管径低压内镶贴片式滴灌带的供水。
本实用新型的温室太阳能小管径滴灌装置的工作原理是：首先，根据实际温室作物布置方式选择“水源水位—每条滴灌带上的滴头数—滴头额定流量—滴灌带内径—支管直径”具体参数；其次，太阳能板在太阳光的照射下不停的将太阳能转化为电能储存在电池中备用。作物如需灌溉，则电能驱动电机带动水泵工作提水送至供水罐，在此过程中水经过滤器从干管经支管最终通过毛管经滴头灌溉作物。若需施肥，只需在水经过滤前开启施肥罐阀门实现水肥一体化。作物灌水满足时关闭闸阀，灌水停止。再次，按照上述所述的方法设计灌溉，在保证灌溉质量前提下能够节省成本20%。 
其主要设计方法如下：
1）设计具有标准管径的滴灌支路（毛管）：
根据水力偏差、灌水器制造偏差、田面局部高差三因素影响下的灌水均匀度公式；选择具有标准管径的毛管，以滴头设计工作压力为决策变量，得到可直接用于实际滴灌工程中的滴头设计工作压力值，并设计出具有标准管径的毛管。
2）根据理论设计温室小管径滴灌管，其温室小管径低压内镶贴片式滴灌带结构如下：由斜齿型迷宫流道、滤网和缓水区组成一体，斜齿型迷宫流道有进水口和出水口，其中，进水口和滤网连通，出水口连通缓水区，所述的缓水区位于斜齿型迷宫流道的长度方向两端。
3）图3是本实用新型的温室小管径低压内镶贴片式滴灌带用CFD模拟的流量压力关系曲线图。
通过效益计算和理论推导出压力偏差和灌水均匀度均满足设计要求且造价降低了20%，并设计出了温室小管径低压内镶贴片式滴灌带应用于温室的具体布置方式，其参数为：温室小管径低压内镶贴片式滴灌带沿温室宽度方向布置时，长度为8m时，水源的水位3m，滴头额定压力1m，滴头流态指数k为0.4964，滴头额定流量q为2L/h，每条温室小管径低压内镶贴片式滴灌带上的滴头数为26个，温室小管径低压内镶贴片式滴灌带内径为8mm，支管直径50mm，滴灌支路为90条。
4）根据该滴灌管的布置方式，选择滴灌管网参数，首先，计算管道总流量，其次，计算滴灌支路和温室小管径低压内镶贴片式滴灌带的沿程水头损失和局部水头损失，再次，确定水泵3的扬程及功率，选择水泵3型号，最后，推算太阳能板1的功率及数量。具体参数如：水源4的水位为3m，流量为6m3/h，选择10%余量，水泵3选择上海永帆直流潜水电泵，其型号为：ZQB4×5-12，各参数为：额定流量6 m3/h，额定扬程5 m，电压12V，功率90W，配管口径50mm。水泵3连续工作功率90W，选择10%余量，需要太阳能板1提供的功率为100W。据此，太阳能板1选取长沙光合太阳能有限公司太阳能电池组件，其基本参数如下：型号为GHM-15，最大功率15W，最佳工作电压17.5V（12V蓄电池充电标准电压），玻璃尺寸62.5×41.66mm，太阳能组件尺寸为310×430×17mm。因此，共需7块标准太阳能组件并联；储电系统2选择深圳市华力赛科技有限公司的容量为1000(Ah)的太阳能蓄电池四只，其参数为12V、250AH。
以下为太阳能光伏发电系统的设计的具体过程：
（一）蓄电池的容量BC
计算公式为：BC=A×QL×NL×TO／CC=1.3×83×7×1/0.75=1007A﹒h
式中：A—为安全系数，取1.1～1.4之间；（取1.3）
QL—为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数；（100W/12V×10h=83A﹒h）
NL—为最长连续阴雨天数，取7d。
TO—为温度修正系数，一般在0℃以上取1，－10℃以上取1.1，－10℃以下取1.2。
CC—为蓄电池放电深度，选取铅酸蓄电池，其值取0.75。
（二）储电系统品牌、型号选择，以及蓄电池参数
储电系统2选择深圳市华力赛科技有限公司的太阳能蓄电池12V250AH（四只并联），其参数为：额定电压12V（四只并联后额定容量1000A.h）.
（三）太阳能电池方阵设计
（1）太阳能电池组件串联数Ns，计算方法如下：
Ns=UR/Uoc=（Uf＋UD＋Uc）/Uoc
Ns=（15+0.7+0）/17.5≈1
式中：UR—为太阳能电池方阵输出最小电压；
Uoc—为太阳能电池组件的最佳工作电压；
Uf—为蓄电池浮充电压（Uf=15V）； UD—为二极管压降，一般取0.7V；
UC—为其它因数引起的压降，取0。
（2）太阳能电池组件并联数Np
在确定NP之前，先确定其相关量的计算方法。
①将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量Ht，转换成在标准光强下的平均日辐射时数H：
H=Ht×2.778／10000h=12781×2.778／10000h=3.55
参照各地区日辐射量表：Ht=12781KJ/m2·d，为西安地区的太阳能日辐射量，Kop取0.9275；
式中：2.778／10000（h·m2/kJ）为将日辐射量换算为标准光强（1000W/m2）下的平均日辐射时数的系数。
②太阳能电池组件日发电量Qp
Qp=Ioc×H×Kop×Cz=(P/U)×H×Kop×Cz=100/17.5×3.55×0.9275×0.8≈15.1AH
式中：Ioc—为太阳能电池组件最佳工作电流；Kop—为斜面修正系数；
Cz—为修正系数，一般取0.8。
③两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数Nw，取15d，此数据为本设计之独特之处，主要考虑要在此时段内将亏损的蓄电池电量补充起来，需补充的蓄电池容量Bcb为：
Bcb=A×QL×NL=1.3×83×10=1079A.h
④太阳能电池组件并联数Np的计算方法为：
Np=（Bcb＋Nw×QL）/（Qp×Nw）=(1079+7×83)/ (15.1×15) =7
 (3)太阳能电池方阵的功率计算
根据太阳能电池组件的串并联数，即可得出所需太阳能电池方阵的功率P:
P=Po×Ns×Np=15×1×7=105W
式中：Po为单个太阳能电池组件的额定功率15W。
选取长沙光合太阳能有限公司太阳能电池组件，其基本参数如下：型号为GHM-15，最大功率15W，最佳工作电压17.5V（12V蓄电池充电标准电压），玻璃尺寸62.5*41.66mm，组件尺寸310*430*17mm。因此，共需7块太阳能电池组件并联，蓄电池容量为1000(Ah)。

Claims (3)

1.一种温室太阳能小管径滴灌装置，包括水源（4），其特征在于，在所述水源（4）内安装有水泵（3），所述水泵（3）由蓄电池（2）提供电源，所述蓄电池（2）由太阳能板（1）充电，所述水泵（3）通过管道（10）与滴灌系统（8）连接，所述管道（10）上依次安装有施肥罐（5）、过滤设备（6）、供水罐（7）。
2.根据权利要求1所述的温室太阳能小管径滴灌装置，其特征在于，所述的滴灌系统（8）上有多组并联的滴灌支路，每一条滴灌支路由供水阀门（9）和温室小管径低压内镶贴片式滴灌带组成。
3.根据权利要求2所述的温室太阳能小管径滴灌装置，其特征在于，所述温室小管径低压内镶贴片式滴灌带由斜齿型迷宫流道（a）、滤网（d）和缓水区（e） 组成一体，所述斜齿型迷宫流道（a）有进水口（b）和出水口（c），所述进水口（b）和滤网（d）连通，所述出水口（c）连通缓水区（e），所述缓水区（e）位于斜齿型迷宫流道（a）的长度方向两端。
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