本發(fā)明涉及光伏農(nóng)業(yè)技術領域，具體地說是涉及一種光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)。

背景技術：

目前，光伏成為未來傳統(tǒng)能源的主要替代清潔能源已成全世界的共識。然而，建設光伏電站需要占用大量的土地。稀缺的土地資源已成為建設光伏電站最大的瓶頸。各種與農(nóng)業(yè)相結(jié)合的光伏電站建設已成為新趨勢。

而然現(xiàn)階段中國大多數(shù)光伏農(nóng)業(yè)簡單分為兩種模式：(1)棚上發(fā)電、棚下種植；(2)抬高支架、露天種植?？梢钥吹剑F(xiàn)階段光伏農(nóng)業(yè)除了在用地上能夠做到復合利用外存在著明顯的不足：

(1)光伏與農(nóng)業(yè)互相爭光，導致光伏與農(nóng)業(yè)均減產(chǎn)；

(2)電站與農(nóng)業(yè)均提高了建設運營成本；

(3)光伏發(fā)電裝置永固式，基礎施工破壞環(huán)境。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術之不足，本發(fā)明提供了一種光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)。

本發(fā)明的光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)的具體技術方案如下：

一種光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)，其包括光伏發(fā)電子系統(tǒng)、節(jié)水灌溉子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)；所述光伏發(fā)電子系統(tǒng)包括多個光伏發(fā)電單元；其中，每個所述光伏發(fā)電單元包括基礎及支撐、設置于所述基礎及支撐上的上部支架、設置于所述上部支架上的光伏組件以及設置于所述基礎及支撐上并通過電纜與所述光伏組件相連接的逆變器；所述節(jié)水灌溉子系統(tǒng)包括灌溉水源、形成于所述基礎及支撐上并與所述灌溉水源相連接的儲液容器和與所述儲液容器相連接的地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)；并且所述光伏發(fā)電單元中的基礎及支撐與所述地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)相連接；所述控制子系統(tǒng)包括集控設備、與所述集控設備相連接的控制器和與所述控制器相連接的數(shù)據(jù)采集單元；所述光伏發(fā)電單元和所述節(jié)水灌溉子系統(tǒng)與所述控制器相連接。

通過將光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)設施融為一體，一方面通過復合節(jié)水灌溉技術提高水利利用系數(shù)、促進了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、彌補光伏發(fā)電占地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；另一方面通過節(jié)水灌溉及地下設施的循環(huán)或復合利用，提高了發(fā)電效率、降低了綜合成本和施工安裝難度；還可以提高偏遠山區(qū)發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)所需的供水、供電、通訊、自動化控制等基礎需求。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述光伏發(fā)電單元還包括光伏組件清洗裝置；所述光伏組件清洗裝置與所述控制子系統(tǒng)中的控制器和形成于所述基礎及支撐上的所述儲液容器相連接。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述光伏組件清洗裝置包括與所述控制子系統(tǒng)中的控制器相連接的第三水泵和與所述第三水泵相連接的出水器；所述出水器設置于所述光伏組件上方，其通過管道和所述第三水泵連接至所述儲液容器。

通過設置光伏組件清洗裝置，本系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行情況，光伏組件清洗裝置可以將儲液容器中的液體經(jīng)過通道運送至光伏組件上方通過噴淋等方式對光伏組件進行清洗降溫。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述節(jié)水灌溉子系統(tǒng)還包括形成于所述光伏發(fā)電單元上的液體收集機構(gòu)；所述液體收集機構(gòu)與形成于所述基礎及支撐上的所述儲液容器相連接。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述液體收集機構(gòu)包括用于收集液體的u型槽；所述u型槽通過輸液通道與所述儲液容器相連，并且在所述u型槽與所述輸液通道連接處設置有過濾裝置。

通過在所述光伏組件下沿及縫隙下方設置u型槽，可以對光伏組件上的液體進行收集，回收利用，最終通過節(jié)水灌溉管網(wǎng)進行農(nóng)作物的灌溉。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述控制子系統(tǒng)還包括與所述控制器相連接的通信單元。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述數(shù)據(jù)采集單元包括：設置于所述基礎及支撐上并用于采集所述儲液容器中水位數(shù)據(jù)的水位傳感器；設置于所述光伏發(fā)電單元上及其周邊具有代表性的農(nóng)業(yè)溫濕度位置處并用于采集環(huán)境及設備溫濕度的溫濕度傳感器；設置于所述地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)上并用于檢測土壤信息的土壤傳感器；和設置于所述光伏發(fā)電單元上并用于檢測光照強度的光照強度傳感器。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述節(jié)水灌溉子系統(tǒng)中，所述灌溉水源通過第一水泵和第一閥門與所述儲液容器相連接；所述儲液容器通過第二水泵和第二閥門與所述地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)相連接；并且，所述第一水泵、所述第一閥門、所述第二水泵和所述第二閥門與所述控制器相連接。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述第一水泵、所述第一閥門、所述第二水泵和所述第二閥門與所述光伏發(fā)電單元向連接或者與外部電源相連接。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述基礎及支撐包括底座和固定于所述底座上并與地面連通的花盆；所述儲液容器固定于所述底座上；所述地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)通過灌注或錨固固定于地下，并且所述地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)與所述底座固定連接。

通過將儲液容器、底座、地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)相連固定，并在底座上設置與地面連通的花盆和將地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)通過灌注或錨固固定于地下；由儲液容器中液體重力、底座之上花盆的重力、花盆中植物延伸至地下的根系抓地力、地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)埋于地下的固定力、地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)上通過灌注、錨固等手段與土壤產(chǎn)生額外固定力，使基礎及支撐牢固的固定在地面并達到固定支撐整個系統(tǒng)的功能。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)具有如下有益效果：

本發(fā)明的光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)，通過將光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)設施融為一體，一方面通過復合節(jié)水灌溉技術提高水利利用系數(shù)、促進了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、彌補光伏發(fā)電占地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；另一方面通過節(jié)水灌溉及地下設施的循環(huán)或復合利用，提高了發(fā)電效率、降低了綜合成本和施工安裝難度；還可以提高偏遠山區(qū)發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)所需的供水、供電、通訊、自動化控制等基礎需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)中光伏發(fā)電子系統(tǒng)與水灌溉子系統(tǒng)的連接示意圖。

附圖標記列表

100-光伏發(fā)電子系統(tǒng)

110-基礎及支撐

120-上部支架

130-光伏組件

140-逆變器

150-儲液容器

160-光伏組件清洗裝置

161-出水器

200-節(jié)水灌溉子系統(tǒng)

210-灌溉水源

220-地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)

230-液體收集機構(gòu)

300-控制子系統(tǒng)

310-集控設備

320-控制器

330-數(shù)據(jù)采集單元

331-水位傳感器

332-溫濕度傳感器

333-土壤濕度傳感器

334-光照強度傳感器

340-通信單元

500-植物

600-植物根系

700-地面

800-固定件

900-噴灌設備

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)進行詳細的說明。

如圖1、圖2所示，一種光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉設施一體化復合系統(tǒng)，其包括光伏發(fā)電子系統(tǒng)、節(jié)水灌溉子系統(tǒng)200和控制子系統(tǒng)300。

光伏發(fā)電單元100和節(jié)水灌溉子系統(tǒng)200與控制子系統(tǒng)300中的控制器320相連接。

光伏發(fā)電子系統(tǒng)包括多個光伏發(fā)電單元100。這些光伏發(fā)電單元100排布在地面上。

如圖2所示，每個光伏發(fā)電單元100包括基礎及支撐110、設置于基礎及支撐110上的上部支架120、設置于上部支架120上的光伏組件130以及設置于基礎及支撐110上并通過電纜與光伏組件130相連接的逆變器140。

其中，基礎及支撐110包括底座111和固定于底座111上并與地面連通的花盆112。

節(jié)水灌溉子系統(tǒng)200包括灌溉水源210、形成于基礎及支撐110上并與灌溉水源210相連接的儲液容器150和與儲液容器150相連接的地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220。

灌溉水源210用于提供水源，其包括但不限于集中儲水設施、地下水、海河水、集中蓄水池、移動水源等。

儲液容器150用于存儲液體(包括但不限于水、肥料、農(nóng)藥等)。

優(yōu)選的，節(jié)水灌溉子系統(tǒng)200中，灌溉水源210通過第一水泵和第一閥門與儲液容器150相連接。

儲液容器150通過第二水泵和第二閥門與地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220相連接。并且，第一水泵、第一閥門、第二水泵和第二閥門與控制器320相連接。

節(jié)水灌溉系統(tǒng)通過對水泵及閥門的控制，將水源、集中儲水設施、雨水及清潔水送至分布式儲水系統(tǒng)進行儲存，通過對水位及外部環(huán)境信息的收集處理，將儲液系統(tǒng)的水送至光伏組件上方進行光伏組件清洗或直接送至地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)，通過地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)對制定區(qū)域的農(nóng)作物進行節(jié)水灌溉。

每個光伏發(fā)電單元100中的基礎及支撐110與地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220相連接。

具體的，儲液容器150固定于底座111上。地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220通過灌注或錨固形成的固定件800固定于地面700下，并且地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220與底座111固定連接。

通過將儲液容器150、底座111、地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220相連固定，并在底座111上設置與地面連通的花盆112和將地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220通過灌注或錨固固定于地下；由儲液容器150中液體重力、底座111之上花盆112的重力、花盆112中植物500延伸至地下的根系600抓地力、地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220埋于地下的固定力、地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220上通過灌注、錨固等手段與土壤產(chǎn)生額外固定力，使基礎及支撐牢固的固定在地面并達到固定支撐整個系統(tǒng)的功能。

多個光伏發(fā)電單元100均與地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220相連固定，連接成網(wǎng)，可以為系統(tǒng)提供輔助的固定力及抗拔力。同時提供電氣接地的功能。

進一步的，節(jié)水灌溉子系統(tǒng)200還包括由控制子系統(tǒng)300控制并與地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220連接的噴灌設備900。

控制子系統(tǒng)300包括集控設備310、與集控設備310相連接的控制器320和與控制器320相連接的數(shù)據(jù)采集單元330。

其中，數(shù)據(jù)采集單元330包括設置于基礎及支撐110上并用于采集儲液容器150中水位數(shù)據(jù)的水位傳感器331；設置于光伏發(fā)電單元100上及其周邊具有代表性的農(nóng)業(yè)溫濕度位置處并用于采集環(huán)境及設備溫濕度的溫濕度傳感器332；設置于地下節(jié)水灌溉管網(wǎng)220上并用于檢測土壤信息的土壤傳感器333；和設置于光伏發(fā)電單元100上并用于檢測光照強度的光照強度傳感器334。

在多個組成單元形成大規(guī)模的光伏發(fā)電節(jié)水灌溉網(wǎng)時,數(shù)據(jù)采集單元330的數(shù)量將根據(jù)種植作物的種類與面積作相應增減。

通過傳感器收集系統(tǒng)內(nèi)部信息及外部環(huán)境信息如水位、溫、濕度、土壤、光照等，通過集控設備及配套軟件處理后對系統(tǒng)做出相應控制，也可以直接有操作人員現(xiàn)場、遠方控制。

進一步的，控制子系統(tǒng)300還包括與控制器320相連接的通信單元340。通過通信單元340可以實現(xiàn)對本系統(tǒng)的遠程控制。

本發(fā)明可以通過集控設備310對系統(tǒng)做出相應控制，也可以直接有操作人員現(xiàn)場、遠方控制。

在多個組成單元形成大規(guī)模的光伏發(fā)電節(jié)水灌溉網(wǎng)時,根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元330中的傳感器反饋數(shù)據(jù)與外部輸入數(shù)據(jù),通過集控設備310對數(shù)據(jù)的處理,可以形成各自工況(如光伏板需要清洗,植物缺水,液位過低等),最終由控制器320對單個組成單元的設備進行單獨控制,達到精準水源利用的目的。

進一步的，光伏發(fā)電單元100還包括光伏組件清洗裝置160。光伏組件清洗裝置160與控制子系統(tǒng)300中的控制器320和形成于基礎及支撐110上的儲液容器150相連接。

如圖2所示，光伏組件清洗裝置160包括與控制子系統(tǒng)300中的控制器320相連接的第三水泵和與第三水泵相連接的出水器161；出水器161設置于光伏組件130上方，其通過管道和第三水泵連接至儲液容器150。

優(yōu)選的，出水器161可以是噴頭，也可以是開設有多個出水孔的橫置管道。

通過設置光伏組件清洗裝置，本系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元330采集的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行情況，光伏組件清洗裝置可以將儲液容器中的液體經(jīng)過通道運送至光伏組件上方通過噴淋等方式對光伏組件進行清洗降溫。

進一步的，節(jié)水灌溉子系統(tǒng)200還包括形成于光伏發(fā)電單元100上的液體收集機構(gòu)230；液體收集機構(gòu)230與形成于基礎及支撐110上的儲液容器150相連接。

如圖2所示，液體收集機構(gòu)230包括用于收集液體的u型槽231。u型槽231可以根據(jù)實際需要設置在不同的位置，如可以將其設置在光伏組件130下沿及縫隙下方，或者也可以設置在光伏組件形成平面的縫隙處。

u型槽231通過輸液通道與儲液容器150相連，并且在u型槽231與輸液通道連接處設置有過濾裝置。

在光伏組件130設置u型槽231，可以對光伏組件上的液體(雨水、清洗水和雪水等)進行收集，回收利用，最終通過節(jié)水灌溉管網(wǎng)進行農(nóng)作物的灌溉。

通過“水源和/或收集的雨水-儲存-清洗光伏組件-收集-過濾-回收-節(jié)水灌溉”這一過程，可以實現(xiàn)對水源的循環(huán)利用。

通過將光伏發(fā)電與節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)設施融為一體，一方面通過復合節(jié)水灌溉技術提高水利利用系數(shù)、促進了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、彌補光伏發(fā)電占地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；另一方面通過節(jié)水灌溉及地下設施的循環(huán)或復合利用，提高了發(fā)電效率、降低了綜合成本和施工安裝難度；還可以提高偏遠山區(qū)發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)所需的供水、供電、通訊、自動化控制等基礎需求。

第一水泵、第一閥門、第二水泵和第二閥門、第三水泵與光伏發(fā)電單元100向連接，由光伏發(fā)電單元100供電?；蛘撸谝凰?、第一閥門、第二水泵和第二閥門、第三水泵與外部電源相連接，由外部電源供電。

需要注意的是，本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

另外，上述具體實施例是示例性的，本領域技術人員可以在本發(fā)明公開內(nèi)容的啟發(fā)下想出各種解決方案，而這些解決方案也都屬于本發(fā)明的公開范圍并落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本領域技術人員應該明白，本發(fā)明說明書及其附圖均為說明性而并非構(gòu)成對權利要求的限制。本發(fā)明的保護范圍由權利要求及其等同物限定。