CN205962164U - 一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，包括光伏泵水系统和光伏离网驱动系统，所述光伏泵水系统包括第一光伏阵列，与所述第一光伏阵列相连的光伏水泵逆变器控制柜系统以及与所述光伏水泵逆变器控制柜系统相连的喷灌模块；所述光伏离网驱动系统包括第二光伏阵列，与所述第二光伏阵列相连的光伏轮动逆变器控制柜系统以及与所述光伏轮动逆变器控制柜系统相连的行走模块。本实用新型提供了一种能实现喷灌与自行走同步进行，喷灌效果差好，喷灌系统内部独立工作而且还能获取喷灌系统及喷灌状态数据并作出准确评估的太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统。

Description

一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统

技术领域

本实用新型涉及水泵控制领域，涉及一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统。

背景技术

太阳能应用技术和光伏发电技术的不断进步带来了光伏水泵行业的发展。光伏水泵已经在灌溉业中崭露头角，并且获得了相当多的发展中国家的青睐。

光伏水泵系统的工作原理是利用光伏电池板的电力，通过控制器的功率变换作用，驱动直流电机或交流电机从而带动水泵运行，通常用于农田灌溉，家畜饲养，生活用水以及喷泉景观等不同场合。虽然我国对光伏水泵系统的研究已经取得了初步的进展，但是所开发的光伏水泵系统对太阳能的利用往往存在如下技术问题：

(1)现有的新能源系统驱动的中心支轴式喷灌系统大多仅仅停留在将太阳能转化为电能，利用电能对土壤进行浇灌，并不能实现喷灌与自行走同步进行。

(2)太阳能电池功率极易受环境的影响，太阳光较强时，转化的电能较多，水压充足，喷灌的面积较大，而当太阳光较弱时，转化的电能较少，水压较低，喷灌的面积较小，导致喷灌效果差；同时，功率过高时会对设备造成不可逆转的损坏。

(3)新能源系统驱动的中心支轴式喷灌系统中的光伏泵水系统与光伏离网驱动系统大多集成在同一系统模块，两者之间易相互影响。

(4)喷灌系统运转状态数据无法获得，无法及时对喷灌系统及喷灌状态作出准确评估。

(5)不仅如此，现有的新能源供电系统大多只限定于太阳能供电系统，而无法对产品应用领域进行扩展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种能实现喷灌与自行走同步进行，喷灌效果差好，喷灌系统内部独立工作而且还能获取喷灌系统及喷灌状态数据并作出准确评估的太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统。

本实用新型是这样实现的，一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，包括光伏泵水系统和光伏离网驱动系统，所述光伏泵水系统包括第一光伏阵列，与所述第一光伏阵列相连的光伏水泵逆变器控制柜系统以及与所述光伏水泵逆变器控制柜系统相连的喷灌模块；所述光伏离网驱动系统包括第二光伏阵列，与所述第二光伏阵列相连的光伏轮动逆变器控制柜系统以及与所述光伏轮动逆变器控制柜系统相连的行走模块。

所述第一光伏阵列与第二光伏阵列为单晶硅太阳能电池，吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能。

所述光伏水泵逆变器控制柜系统包括第一蓄电池供电模块和充电模块，所述第一蓄电池供电模块与所述充电模块之间连接有变压模块，所述第一蓄电池供电模块包括蓄电池，用于存储经由所述第一光伏阵列转化而来的电能，所述充电模块内置控制器与逆变器，所述控制器用于自动防止蓄电池过充电和过放电，所述逆变器用于将直流电转换成交流电，为独立运行逆变器，所述控制器与所述逆变器相连。

进一步地，所述光伏水泵逆变器控制柜系统还连接有太阳能最大功率点跟踪单元，所述太阳能最大功率点跟踪单元与所述光伏水泵逆变器控制柜系统相连，太阳能最大功率点跟踪单元包括用于比较太阳能供电的输出端电压和输入端电压的比较器；通过实时比较太阳能的功率找出太阳能的最大功率点，从而通过最大功率点时的电机转速，调节之后电机的转速，使太阳能的输出效率大大提高，能长时间的保持在最大功率输出，从而大大提高了太阳能的输出功率，进一步提高了系统的效率。

所述喷灌模块包括电机驱动模块，用于驱动潜水泵吸取地下水源。

所述光伏轮动逆变器控制柜系统包括第二蓄电池供电模块和充电模块，所述第二蓄电池供电模块与所述充电模块之间连接有变压模块，所述第二蓄电池供电模块包括蓄电池，用于存储经由所述第二光伏阵列转化而来的电能，所述充电模块内置控制器与逆变器，所述控制器用于自动防止蓄电池过充电和过放电，所述逆变器用于将直流电转换成交流电，为独立运行逆变器，所述控制器与所述逆变器相连。

所述行走模块包括轮动模块，所述轮动模块内置电机，驱动负载电机轮子前行。

进一步地，所述太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统还包括信息采集处理模块，与所述光伏泵水系统和所述光伏轮动逆变器控制柜系统相连，用于采集光伏泵水系统和光伏离网驱动系统内部运行数据，包括喷灌流量数据、能源的输入输出数据以及喷灌时间数据以及行走速度数据。

进一步地，所述信息采集处理模块包括显示模块，所述显示模块为液晶显示模块。

进一步地，所述喷灌模块还包括喷灌加压设备和喷灌喷头，所述潜水泵、喷灌加压设备与喷灌喷头之间连接有输水管道。所述喷灌加压设备用于增加喷灌水压，便于将水雾化喷灌。

进一步地，所述喷灌加压设备为往复泵。

进一步地，所述太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统还设置有中心支轴支架，所述中心支轴支架呈对称分布，所述中心支轴支架包括若干平行放置的横杆和竖杆，所述竖杆下方设置有若干负载电机轮子，所述横杆中间设置有若干固定杆，所述固定杆与所述横杆之间形成稳定结构，可以为三角形稳定结构，也可以填充其它图案。

本实用新型具有下列技术效果：

1)本实用新型发明的太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，包括光伏泵水系统和光伏离网驱动系统，使用太阳能作为系统能源，不仅节能环保，而且将太阳能直流电转化为水泵所需的三相交流电，并提供水泵稳定的功率输入，保证灌溉效率；同时，由于光强与水分蒸发的速率程正比，光强越大，转化的电能越多，潜水泵实际工作功率随着电压的提升会增加，轮子电机的转速也增加，两者不会相互影响，增加了系统的独立性和稳定性，提升了灌溉效率；

2)光伏泵水系统和光伏离网驱动系统内部均设置有独立的蓄电池、充电模块和变压模块，水泵在额定功率状态下运行的效率和成本最低，由于太阳能的光强不能人为控制，需要第一光伏阵列的输出功率进行控制，而在光伏离网驱动系统中对输出功率并没有太多限制，具有光伏的MPPT最大功率点跟踪的功能，在功率点过高时，潜水泵会保持在最大输出频率工作，功率点下降时，它会保持在能量的频率最大上限工作，以保证潜水泵的良好运行，提高扬水效率，系统独立设置有利于该功能的发挥；

3)本实用新型设置有中心支轴支架，中心支轴支架呈对称分布，潜水泵设置于中心支轴支架中间，相比于单侧喷灌，双侧喷灌效率更高，灌溉面积更大，而且还能使装置保持平衡；

附图说明

图1为本实用新型实施例结构示意图；

图2为本实用新型实施例系统框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型基于如下原理：太阳能电池板接收太阳能，产生不稳定的直流电流，经充电模块整流，部分进入第一蓄电池供电模块，将部分电能存储于蓄电池，另一部分电能直接通过电压模块直接为系统元件供电。当供给喷灌系统的电压过大时，太阳能最大功率点跟踪单元控制系统最大功率，同时将部分电能存储于蓄电池，供夜间或光照不足时使用；光伏离网驱动系统原理与光伏泵水系统原理类似，信息采集处理模块分别与光伏水泵逆变器控制柜系统与光伏轮动逆变器控制柜系统相连，采集系统内部数据，在显示模块上显示。

请参见图1～图2，本实用新型具体的实施例结构中，一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，包括光伏泵水系统和光伏离网驱动系统，光伏泵水系统包括第一光伏阵列11，与第一光伏阵列11相连的光伏水泵逆变器控制柜系统3以及与光伏水泵逆变器控制柜系统3相连的喷灌模块；光伏离网驱动系统包括第二光伏阵列12，与第二光伏阵列12相连的光伏轮动逆变器控制柜系统4以及与光伏轮动逆变器控制柜系统4相连的行走模块，光伏水泵逆变器控制柜系统3以及光伏轮动逆变器控制柜系统4采用公司自主研发的太阳能离网逆变器，可以把太阳能板产生的直流电能转化为交流电，并以此来驱动水泵；.嵌入式MPPT+VFD(变频驱动器)设计，可以帮助提高交流泵的工作效率，时保护水泵；当天气情况不佳时，可以接受三相交流市电直接供电。

第一光伏阵列11与第二光伏阵列12为单晶硅太阳能电池，吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能。

光伏水泵逆变器控制柜系统3包括第一蓄电池供电模块13和充电模块，第一蓄电池供电模块13与充电模块之间连接有变压模块，第一蓄电池供电模块13包括蓄电池，用于存储经由第一光伏阵列11转化而来的电能，充电模块内置控制器与逆变器，控制器用于自动防止蓄电池过充电和过放电，逆变器用于将直流电转换成交流电，为独立运行逆变器，控制器与逆变器相连。

进一步地，光伏水泵逆变器控制柜系统3还连接有太阳能最大功率点跟踪单元，太阳能最大功率点跟踪单元与光伏水泵逆变器控制柜系统3相连，太阳能最大功率点跟踪单元包括用于比较太阳能供电的输出端电压和输入端电压的比较器；通过实时比较太阳能的功率找出太阳能的最大功率点，从而通过最大功率点时的电机转速，调节之后电机的转速，使太阳能的输出效率大大提高，能长时间的保持在最大功率输出，从而大大提高了太阳能的输出功率，进一步提高了系统的效率。

喷灌模块包括电机驱动模块，用于驱动潜水泵1吸取地下水源。

光伏轮动逆变器控制柜系统4包括第二蓄电池供电模块14和充电模块，第二蓄电池供电模块14与充电模块之间连接有变压模块，第二蓄电池供电模块14包括蓄电池，用于存储经由第二光伏阵列12转化而来的电能，充电模块内置控制器与逆变器，控制器用于自动防止蓄电池过充电和过放电，逆变器用于将直流电转换成交流电，为独立运行逆变器，控制器与逆变器相连。

行走模块包括轮动模块，轮动模块内置电机，驱动负载电机轮子8前行。

进一步地，太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统还包括信息采集处理模块2，与光伏泵水系统和光伏轮动逆变器控制柜系统4相连，用于采集光伏泵水系统和光伏离网驱动系统内部运行数据，包括喷灌流量数据、能源的输入输出数据以及喷灌时间数据以及行走速度数据。信息采集处理模块2传输速度500KS/s16位32路模拟量输入，且带DIO功能。

信息采集处理模块2包括显示模块10，显示模块10为液晶显示模块。

进一步地，喷灌模块还包括喷灌加压设备7和喷灌喷头9，光伏轮动逆变器控制柜系统4潜水泵1、喷灌加压设备7与喷灌喷头9之间连接有输水管道6。喷灌加压设备7用于增加喷灌水压，便于将水雾化喷灌，喷灌加压设备7为喷灌加压设备。喷灌加压设备7可以为往复泵也可以离心泵，在此优选为往复泵，可任意选择角度，将喷头作180度旋转，一次完成喷灌，不毁坏作物。适应性强，优选上海爱润绿化配套设备有限公司所提供的产品。

进一步地，太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统还设置有中心支轴支架5，中心支轴支架5呈对称分布，中心支轴支架5包括若干平行放置的横杆和竖杆，竖杆下方设置有若干负载电机轮子8，横杆中间设置有若干固定杆，固定杆与横杆之间形成稳定结构，可以为三角形稳定结构，也可以填充其它图案。

在本实用新型中，中心支轴式喷灌系统管道包括埋地的固定式管道和地面的移动式管道两部分，固定式管道选用PE管，管径160-630mm，压力等级为0.9MPa，地面的移动式管道选用Φ90mmHDPE管。

在本实用新型中，中心支轴式喷灌系统采用远程控制，通过无线频段一个控制基站控制多个喷灌系统协同工作，远程控制部件主要包括中心控制基站、信号发射线接线盒、控制基站发射天线、信号中继站、辅助控制系统、喷灌设备中心点数据转换器、喷灌设备中心点数据接收天线、远程控制软件等。

在本实用新型中，中心支轴式喷灌系统具有一机多用的特点，通过配置喷施肥料、农药、除草剂等附属设施，可以实现灌溉与施肥的一体化操作。用独立的增压泵机组组将肥液通过管网输入喷灌机管道中，实施喷肥。按照农时需要和病虫害防治要求，将肥料和水搅拌均匀，达到规定浓度后，用水泵机组将肥液通过管网输入喷灌机管道中，实施喷肥。这样既提高了设备利用率，又可以对作物生产进行精准施肥，提高了水肥利用率。与传统施肥方式相比，可节省肥料，降低成本，效果显著。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，其特征在于，包括光伏泵水系统和光伏离网驱动系统，所述光伏泵水系统包括第一光伏阵列，与所述第一光伏阵列相连的光伏水泵逆变器控制柜系统以及与所述光伏水泵逆变器控制柜系统相连的喷灌模块；所述光伏离网驱动系统包括第二光伏阵列，与所述第二光伏阵列相连的光伏轮动逆变器控制柜系统以及与所述光伏轮动逆变器控制柜系统相连的行走模块，所述光伏水泵逆变器控制柜系统包括第一蓄电池供电模块和充电模块，所述第一蓄电池供电模块与所述充电模块之间连接有变压模块，所述第一蓄电池供电模块包括蓄电池，所述充电模块内置控制器与逆变器，所述控制器与所述逆变器相连；所述光伏轮动逆变器控制柜系统包括第二蓄电池供电模块和充电模块，所述第二蓄电池供电模块与所述充电模块之间连接有变压模块，所述第二蓄电池供电模块包括蓄电池，所述充电模块内置控制器与逆变器，为独立运行逆变器，所述控制器与所述逆变器相连。

2.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，其特征在于：所述太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统还包括信息采集处理模块，与所述光伏泵水系统和所述光伏轮动逆变器控制柜系统相连。

3.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，其特征在于：所述喷灌模块还包括喷灌加压设备和喷灌喷头，所述潜水泵、喷灌加压设备与喷灌喷头之间连接有输水管道。

4.如权利要求1或3所述的一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，其特征在于：所述喷灌加压设备为往复泵。

5.如权利要求3所述的一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，其特征在于：所述太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统还设置有中心支轴支架，所述中心支轴支架呈对称分布，所述中心支轴支架包括若干平行放置的横杆和竖杆，所述竖杆下方设置有若干负载电机轮子，所述横杆中间设置有若干固定杆，所述固定杆与所述横杆之间形成为三角形稳定结构。

6.如权利要求2所述的一种太阳能驱动的中心支轴式喷灌系统，其特征在于：所述信息采集处理模块包括显示模块，所述显示模块为液晶显示模块。