一種新能源智能灌溉系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于新能源和農(nóng)作物灌溉領(lǐng)域，具體涉及一種新能源智能灌溉系統(tǒng)。 技術(shù)背景
[0002] 開(kāi)發(fā)新能源和可再生清潔能源是世界面臨的共同問(wèn)題，同時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中系統(tǒng)分 散，分布廣，分布散，不利于電網(wǎng)的建設(shè)，新能源離網(wǎng)系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)工程中供電提供了良好的 解決方案。
[0003] 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉中，對(duì)水資源的節(jié)約利用，是一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題。灌溉中，既要保 證水的充足供應(yīng)，確保作物的生長(zhǎng)需要。又要避免過(guò)度灌溉，造成水資源的浪費(fèi)和過(guò)度灌溉 影響作物的生長(zhǎng)。因此，新能源智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既能解決農(nóng)業(yè)灌溉的能源問(wèn)題，又能 解決農(nóng)業(yè)灌溉中水資源高效利用的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是根據(jù)不同的太陽(yáng)輻照值、地表風(fēng)速值，通過(guò)光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換和風(fēng)力 發(fā)電轉(zhuǎn)換，對(duì)抽水灌溉系統(tǒng)提供電能并根據(jù)對(duì)應(yīng)的作物蒸騰需水量、干燥水量情況下提供 不同的需水量滿足作物在對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)輻照值和地表風(fēng)速值下的需水量。
[0005] 本發(fā)明所提供的新能源智能灌溉系統(tǒng)，包括一個(gè)將水儲(chǔ)存在高點(diǎn)蓄水勢(shì)能的水箱 和與水箱連通的灌溉管道，它還包括：
[0006] 用于收集雨水和回流水的水窖和用于抽水的水井；
[0007] 設(shè)在水井中的水栗；
[0008] 至少一組光伏組件，用于給水栗供電；
[0009] 用于控制光伏組件的發(fā)電量，從而控制水栗抽水量的主機(jī)，所述主機(jī)內(nèi)設(shè)有根據(jù) 作物蒸騰需水量和水栗效率計(jì)算光伏發(fā)電量的第一計(jì)算模塊，
[0010]設(shè)在灌溉管道上的電子控制智能閥門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的智能光伏灌溉系統(tǒng)還包括至少一組風(fēng)力發(fā)電組件，所述主 機(jī)內(nèi)還設(shè)有根據(jù)作物干燥水量和水栗效率計(jì)算風(fēng)力發(fā)電量的第二計(jì)算模塊。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：
[0013] (1)作物的灌溉需水量，是由作物的種類，作物的面積，當(dāng)?shù)氐臍鈮海?dāng)?shù)靥?yáng)凈輻 射強(qiáng)度，當(dāng)?shù)氐母稍锪Γㄓ蓽囟?，濕度和風(fēng)速?zèng)Q定），當(dāng)?shù)氐臏囟冗@幾個(gè)主要因素決定。當(dāng)作 物種類確定，灌溉面積(作物面積)確定，種植地點(diǎn)確定（當(dāng)?shù)氐臍鈮旱戎狄泊_定），影響作物 的灌溉需水量的因素就是實(shí)時(shí)的輻照強(qiáng)度和實(shí)時(shí)的風(fēng)速。本發(fā)明根據(jù)計(jì)算，設(shè)定相應(yīng)的太 陽(yáng)輻照量轉(zhuǎn)化為電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)和設(shè)定相應(yīng)的風(fēng)速轉(zhuǎn)化為電能的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)作 物進(jìn)行抽水灌溉，通過(guò)控制發(fā)電量控制抽水量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物灌溉水量的智能控制。
[0014] (2)本發(fā)明提供了一種離網(wǎng)，獨(dú)立的光伏和風(fēng)力發(fā)電的新能源抽水灌溉系統(tǒng)，適用 于擁有淺層地下水和便于收集雨水的，能利用淺層水灌溉的區(qū)域，不僅節(jié)約了大量的人力 物力，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且還有利作物生長(zhǎng)，有利于節(jié)能環(huán)保，尤其適用于在電網(wǎng)離 網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
[0017] -種新能源智能灌溉系統(tǒng)，包括一個(gè)將水儲(chǔ)存在高點(diǎn)蓄水勢(shì)能的水箱1和與水箱1 連通的灌溉管道2,還包括：
[0018] 用于收集雨水和回流水的水窖3和用于抽水的水井4;
[0019] 設(shè)在水井4中的水栗5;
[0020] 至少一組光伏組件6，用于給水栗5供電；
[0021]至少一組風(fēng)力發(fā)電組件7，用于給水栗5供電；
[0022] 用于控制發(fā)電量，從而控制水栗5抽水量的主機(jī)8,所述主機(jī)8內(nèi)設(shè)有根據(jù)作物蒸騰 需水量和水栗效率計(jì)算光伏發(fā)電量的第一計(jì)算模塊81和根據(jù)作物干燥水量和水栗效率計(jì) 算風(fēng)力發(fā)電量的第二計(jì)算模塊82;
[0023] 設(shè)在灌溉管道2上的電子控制智能閥門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)9。
[0024]以下詳細(xì)地介紹本發(fā)明主機(jī)及其計(jì)算模塊的工作原理：
[0025] (1)新能源智能灌溉系統(tǒng)需水量的計(jì)算：
[0027] ET〇為參照作物需水量(確定的作物和固定的單位面積）；
[0028]
海拔高度影響溫度函數(shù)的改正系數(shù)，po為海平面的平均氣壓，P為計(jì)算點(diǎn)的平 均氣壓；
[0029]
標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的溫度函數(shù)，其中△為平均氣溫時(shí)飽和水汽壓隨溫度的變化率 dea/dt，ea為飽和水汽壓，t為平均溫度，γ為濕度計(jì)常數(shù)，γ =0.66hPa/°C ;
[0030] Ea為干燥力，Ea = 0.26 (1+0.54u) (ea-ed)。飽和水汽壓，ed為當(dāng)?shù)貙?shí)際水汽壓， u為離地面2m高處的風(fēng)速；
[0031] R為凈輻射量。
[0032] (2)水栗抽水量的計(jì)算及其控制：
[0033]水栗的抽水量公式：
[0035] 當(dāng)?shù)攸c(diǎn)和作物確定的時(shí)候，
[0036]
(2-2)為常數(shù)，暫記為&(根據(jù)不同的地區(qū)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算確定&的系數(shù)）
[0037]
|中~為定值，ed為變化值，但在同一地區(qū)，ed的變化區(qū)間范圍較 窄，我們簡(jiǎn)化計(jì)算，取大概率的一個(gè)定值，所以
[0038]
(2_3)取常數(shù)，暫記為(：2(根據(jù)不同的地區(qū)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算確定 C2的系數(shù)）
[0039]
(24數(shù)量級(jí)較小，在主要的蒸騰作用下，忽略不計(jì)。
[0040]綜上所述，作物需水量的公式簡(jiǎn)化為
[0041] ET〇 = CiR+C2u (2-5)
[0042] 得到我們灌溉水量的控制調(diào)節(jié)公式
[0043] 使光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能抽水灌溉的水量ETiZ&R (2-6)
[0044] 使風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能抽水灌溉的水量ET2 = C2U (2-7)
[0045] 實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的智能灌溉。
[0046] 水栗的抽水量智能控制，包括：
[0047]水栗的有效功率P = pgQH (2-8)
[0048] p為水的密度；
[0049] g為重力加速度；
[0050] Q為體積流量；
[0051] Η為揚(yáng)程。
[0052] (3)陽(yáng)光輻照影響下光伏發(fā)電灌溉系統(tǒng)電力的計(jì)算與控制：
[0053]記光伏發(fā)電產(chǎn)生的有效功率Ρ!，此時(shí)的水栗效率m，
[0054]及光伏發(fā)電水栗有效功率PimrpgQiH (3-1)
[0055] 光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能抽水量

[0057] 控制 ET1 = C3Piti = CiR (3-4)
[0058] Pih為光伏發(fā)電需要產(chǎn)生的電能。
[0059]光伏發(fā)電量的計(jì)算如下：
[0061 ] EP為發(fā)電量；
[0062] Ha為水平面太陽(yáng)能總輻射量(KW · h/m2,峰值小時(shí)數(shù)）；
[0063] Es為標(biāo)準(zhǔn)條件下的輻照度(常數(shù)=1KW · h/m2);
[0064] Paz為組件安裝容量(KWp)。
[0065] K為綜合效率系數(shù)。綜合效率系數(shù)K包括:光伏組件類型修正系數(shù)、光伏方陣的傾 角、方位角修正系數(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的可用率、光照利用率、逆變器效率、集電線路損耗、升 壓變壓器損耗、光伏組件表面污染修正系數(shù)、光伏組件轉(zhuǎn)化效率修正系數(shù)。
[0066] 使光伏發(fā)電量EP等于光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能抽水量所需的電能丹七，
[0067] 即 Ερ = ΡΑι (3-6)
[0070] 同一地區(qū)，太陽(yáng)凈輻射R和水平面太陽(yáng)能總輻射量Ha的比值為定值，即||為常數(shù) 值E。
[0071]
等于右邊的常數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)輻照情況下灌溉水量的控制要求。
[0072] 根據(jù)光伏發(fā)電的特性，改變以下值可以實(shí)現(xiàn)智能光伏灌溉系統(tǒng)：
[0073]①控制光伏組件安裝容量；
[0074]②改變光伏組件類型；
[0075]③光伏方陣的傾角；
[0076]④方位角修正系數(shù)；
[0077]⑤光伏發(fā)電系統(tǒng)的可用率。
[0078] (4)風(fēng)力干燥影響下風(fēng)力發(fā)電灌溉系統(tǒng)電力的計(jì)算與控制：
[0079]記風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的有效功率P2，此時(shí)的水栗效率Π 2，
[0080]及風(fēng)力發(fā)電水栗有效功率P2n2=pgQ2H (4-1)
[0081 ] 風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能抽水量

[0083] 控制 ET2 = C4P2t2 = C2U (4-4)
[0084] P2t2為風(fēng)力發(fā)電需要產(chǎn)生的電能 [0085]風(fēng)力發(fā)電的計(jì)算量如下：
[0087] II為發(fā)電效率；
[0088] p為空氣密度；
[0089] π為圓周率；
[0090] R為風(fēng)力發(fā)電葉片半徑；
[0091] u為實(shí)時(shí)風(fēng)速。
[0092]使風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能抽水灌溉的水量ET2 = C2u (4-6)
[0093] 控制 ET2 = C4P2t2 = C2U (4-7)
[0094] 消去風(fēng)速u得
[0096]當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的位置和選型確定后iumR2，C2，C4為常數(shù)
[0097]由4-8可知，風(fēng)力發(fā)電的功率的1/3次方和風(fēng)力干燥值的之間比值為常數(shù)，通過(guò)在 風(fēng)力發(fā)電機(jī)和水利發(fā)電抽水水栗支架設(shè)置一個(gè)電子控制元器件，使風(fēng)力放電機(jī)發(fā)電量的1/ 3次方用于抽水灌溉。
[0098]
,ET2 = C2U值也很小，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不工作；
[0099]
風(fēng)力發(fā)電機(jī)開(kāi)始工作，通過(guò)電子功率調(diào)節(jié)器，使設(shè)定 好的，1/3次方的發(fā)電功率用于抽水灌溉，是灌溉水量和干燥水量平衡。
[0100]根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的特性和風(fēng)力干燥的特性，改變以下值可以實(shí)現(xiàn)智能風(fēng)能灌溉系 統(tǒng)：
[0101]①風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片直徑；
[0102]②風(fēng)力發(fā)電的葉片類型。
[0103] (5)作物的灌溉時(shí)間并不是在太陽(yáng)最大和風(fēng)速最大的時(shí)候，即不是在發(fā)電系統(tǒng)運(yùn) 轉(zhuǎn)的時(shí)候?yàn)樽罴?，通過(guò)水箱1和電子控制智能閥門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)9,在有陽(yáng)光或者風(fēng)的時(shí)候發(fā)電 抽水，儲(chǔ)存灌溉所需的水量，當(dāng)設(shè)定好的時(shí)間到了的時(shí)候，電子控制智能閥門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)9開(kāi) 啟，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新能源智能灌溉系統(tǒng)，包括一個(gè)將水儲(chǔ)存在高點(diǎn)蓄水勢(shì)能的水箱（1)和與水箱 (1)連通的灌溉管道(2)，其特征在于還包括： 用于收集雨水和回流水的水窖(3)和用于抽水的水井(4); 設(shè)在水井(4)中的水栗(5); 至少一組光伏組件(6)，用于給水栗(5)供電； 用于控制發(fā)電量，從而控制水栗(5)抽水量的主機(jī)(8)，所述主機(jī)(8)內(nèi)設(shè)有根據(jù)作物蒸 騰需水量和水栗效率計(jì)算光伏發(fā)電量的第一計(jì)算模塊(81); 設(shè)在灌溉管道(2)上的電子控制智能閥門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)(9)。2. 如權(quán)利要求1所述的智能光伏灌溉系統(tǒng)，其特征在于:還包括至少一組風(fēng)力發(fā)電組件 (7)，用于給水栗(5)供電，所述主機(jī)(8)內(nèi)還設(shè)有根據(jù)作物干燥水量和水栗效率計(jì)算風(fēng)力發(fā) 電量的第二計(jì)算模塊(82)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新能源智能灌溉系統(tǒng)，它包括水箱、灌溉管道、水窖、水井、設(shè)在水井中的水泵以及至少一組光伏組件和至少一組風(fēng)力發(fā)電組件，用于給水泵供電；用于控制發(fā)電量，從而控制水泵抽水量的主機(jī)，所述主機(jī)內(nèi)設(shè)有根據(jù)作物蒸騰需水量和水泵效率計(jì)算光伏發(fā)電量的第一計(jì)算模塊和根據(jù)作物干燥水量和水泵效率計(jì)算風(fēng)力發(fā)電量的第二計(jì)算模塊；設(shè)在灌溉管道上的電子控制智能閥門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。本發(fā)明根據(jù)計(jì)算，設(shè)定相應(yīng)的太陽(yáng)輻照量轉(zhuǎn)化為電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)和設(shè)定相應(yīng)的風(fēng)速轉(zhuǎn)化為電能的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)作物進(jìn)行抽水灌溉，通過(guò)控制發(fā)電量控制抽水量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物灌溉水量的智能控制。
【IPC分類】A01G25/16, A01G25/00, H02S10/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105613209
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610146304
【發(fā)明人】黃凰, 黃鶴
【申請(qǐng)人】華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日