一種新能源智能灌溉系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于新能源和農作物灌溉領域，具體涉及一種新能源智能灌溉系統。 技術背景
[0002] 開發(fā)新能源和可再生清潔能源是世界面臨的共同問題，同時，農業(yè)生產中系統分 散，分布廣，分布散，不利于電網的建設，新能源離網系統，為農業(yè)工程中供電提供了良好的 解決方案。
[0003] 農業(yè)生產灌溉中，對水資源的節(jié)約利用，是一個迫在眉睫的問題。灌溉中，既要保 證水的充足供應，確保作物的生長需要。又要避免過度灌溉，造成水資源的浪費和過度灌溉 影響作物的生長。因此，新能源智能灌溉系統的設計，既能解決農業(yè)灌溉的能源問題，又能 解決農業(yè)灌溉中水資源高效利用的問題。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是根據不同的太陽輻照值、地表風速值，通過光伏發(fā)電轉換和風力 發(fā)電轉換，對抽水灌溉系統提供電能并根據對應的作物蒸騰需水量、干燥水量情況下提供 不同的需水量滿足作物在對應的太陽輻照值和地表風速值下的需水量。
[0005] 本發(fā)明所提供的新能源智能灌溉系統，包括一個將水儲存在高點蓄水勢能的水箱 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，所述主機內設有根據 作物蒸騰需水量和水栗效率計算光伏發(fā)電量的第一計算模塊，
[0010]設在灌溉管道上的電子控制智能閥門開關系統。
[0011] 進一步優(yōu)選地，所述的智能光伏灌溉系統還包括至少一組風力發(fā)電組件，所述主 機內還設有根據作物干燥水量和水栗效率計算風力發(fā)電量的第二計算模塊。
[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，當地的氣壓，當地太陽凈輻 射強度，當地的干燥力（由溫度，濕度和風速決定），當地的溫度這幾個主要因素決定。當作 物種類確定，灌溉面積(作物面積)確定，種植地點確定（當地的氣壓等值也確定），影響作物 的灌溉需水量的因素就是實時的輻照強度和實時的風速。本發(fā)明根據計算，設定相應的太 陽輻照量轉化為電能的光伏發(fā)電系統和設定相應的風速轉化為電能的風力發(fā)電系統，對作 物進行抽水灌溉，通過控制發(fā)電量控制抽水量，從而實現對作物灌溉水量的智能控制。
[0014] (2)本發(fā)明提供了一種離網，獨立的光伏和風力發(fā)電的新能源抽水灌溉系統，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，降低了農業(yè)生產成本，而且還有利作物生長，有利于節(jié)能環(huán)保，尤其適用于在電網離 網系統中進行推廣。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細地說明。
[0017] -種新能源智能灌溉系統，包括一個將水儲存在高點蓄水勢能的水箱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8,所述主機8內設有根據作物蒸騰 需水量和水栗效率計算光伏發(fā)電量的第一計算模塊81和根據作物干燥水量和水栗效率計 算風力發(fā)電量的第二計算模塊82;
[0023] 設在灌溉管道2上的電子控制智能閥門開關系統9。
[0024]以下詳細地介紹本發(fā)明主機及其計算模塊的工作原理：
[0025] (1)新能源智能灌溉系統需水量的計算：
[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的改正系數，po為海平面的平均氣壓，P為計算點的平 均氣壓；
[0029]
標準大氣壓下的溫度函數，其中△為平均氣溫時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為濕度計常數，γ =0.66hPa/°C ;
[0030] Ea為干燥力，Ea = 0.26 (1+0.54u) (ea-ed)。飽和水汽壓，ed為當地實際水汽壓， u為離地面2m高處的風速；
[0031] R為凈輻射量。
[0032] (2)水栗抽水量的計算及其控制：
[0033]水栗的抽水量公式：
[0035] 當地點和作物確定的時候，
[0036]
(2-2)為常數，暫記為&(根據不同的地區(qū)實驗和計算確定&的系數）
[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，我們簡化計算，取大概率的一個定值，所以
[0038]
(2_3)取常數，暫記為(：2(根據不同的地區(qū)實驗和計算確定 C2的系數）
[0039]
(24數量級較小，在主要的蒸騰作用下，忽略不計。
[0040]綜上所述，作物需水量的公式簡化為
[0041] ET〇 = CiR+C2u (2-5)
[0042] 得到我們灌溉水量的控制調節(jié)公式
[0043] 使光伏發(fā)電產生的電能抽水灌溉的水量ETiZ&R (2-6)
[0044] 使風力發(fā)電產生的電能抽水灌溉的水量ET2 = C2U (2-7)
[0045] 實現新能源發(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為揚程。
[0052] (3)陽光輻照影響下光伏發(fā)電灌溉系統電力的計算與控制：
[0053]記光伏發(fā)電產生的有效功率Ρ!，此時的水栗效率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)電需要產生的電能。
[0059]光伏發(fā)電量的計算如下：
[0061 ] EP為發(fā)電量；
[0062] Ha為水平面太陽能總輻射量(KW · h/m2,峰值小時數）；
[0063] Es為標準條件下的輻照度(常數=1KW · h/m2);
[0064] Paz為組件安裝容量(KWp)。
[0065] K為綜合效率系數。綜合效率系數K包括:光伏組件類型修正系數、光伏方陣的傾 角、方位角修正系數、光伏發(fā)電系統的可用率、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、光伏組件轉化效率修正系數。
[0066] 使光伏發(fā)電量EP等于光伏發(fā)電產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)，太陽凈輻射R和水平面太陽能總輻射量Ha的比值為定值，即||為常數 值E。
[0071]
等于右邊的常數值，即可實現輻照情況下灌溉水量的控制要求。
[0072] 根據光伏發(fā)電的特性，改變以下值可以實現智能光伏灌溉系統：
[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；
[0077]⑤光伏發(fā)電系統的可用率。
[0078] (4)風力干燥影響下風力發(fā)電灌溉系統電力的計算與控制：
[0079]記風力發(fā)電產生的有效功率P2，此時的水栗效率Π 2，
[0080]及風力發(fā)電水栗有效功率P2n2=pgQ2H (4-1)
[0081 ] 風力發(fā)電產生的電能抽水量

[0083] 控制 ET2 = C4P2t2 = C2U (4-4)
[0084] P2t2為風力發(fā)電需要產生的電能 [0085]風力發(fā)電的計算量如下：
[0087] II為發(fā)電效率；
[0088] p為空氣密度；
[0089] π為圓周率；
[0090] R為風力發(fā)電葉片半徑；
[0091] u為實時風速。
[0092]使風力發(fā)電產生的電能抽水灌溉的水量ET2 = C2u (4-6)
[0093] 控制 ET2 = C4P2t2 = C2U (4-7)
[0094] 消去風速u得
[0096]當風力發(fā)電機的位置和選型確定后iumR2，C2，C4為常數
[0097]由4-8可知，風力發(fā)電的功率的1/3次方和風力干燥值的之間比值為常數，通過在 風力發(fā)電機和水利發(fā)電抽水水栗支架設置一個電子控制元器件，使風力放電機發(fā)電量的1/ 3次方用于抽水灌溉。
[0098]
,ET2 = C2U值也很小，風力發(fā)電機不工作；
[0099]
風力發(fā)電機開始工作，通過電子功率調節(jié)器，使設定 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]根據風力發(fā)電的特性和風力干燥的特性，改變以下值可以實現智能風能灌溉系 統：
[0101]①風力發(fā)電機的葉片直徑；
[0102]②風力發(fā)電的葉片類型。
[0103] (5)作物的灌溉時間并不是在太陽最大和風速最大的時候，即不是在發(fā)電系統運 轉的時候為最佳，通過水箱1和電子控制智能閥門開關系統9,在有陽光或者風的時候發(fā)電 抽水，儲存灌溉所需的水量，當設定好的時間到了的時候，電子控制智能閥門開關系統9開 啟，對農作物進行灌溉。
【主權項】
1. 一種新能源智能灌溉系統，包括一個將水儲存在高點蓄水勢能的水箱（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(8)，所述主機(8)內設有根據作物蒸 騰需水量和水栗效率計算光伏發(fā)電量的第一計算模塊(81); 設在灌溉管道(2)上的電子控制智能閥門開關系統(9)。2. 如權利要求1所述的智能光伏灌溉系統，其特征在于:還包括至少一組風力發(fā)電組件 (7)，用于給水栗(5)供電，所述主機(8)內還設有根據作物干燥水量和水栗效率計算風力發(fā) 電量的第二計算模塊(82)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新能源智能灌溉系統，它包括水箱、灌溉管道、水窖、水井、設在水井中的水泵以及至少一組光伏組件和至少一組風力發(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，所述主機內設有根據作物蒸騰需水量和水泵效率計算光伏發(fā)電量的第一計算模塊和根據作物干燥水量和水泵效率計算風力發(fā)電量的第二計算模塊；設在灌溉管道上的電子控制智能閥門開關系統。本發(fā)明根據計算，設定相應的太陽輻照量轉化為電能的光伏發(fā)電系統和設定相應的風速轉化為電能的風力發(fā)電系統，對作物進行抽水灌溉，通過控制發(fā)電量控制抽水量，從而實現對作物灌溉水量的智能控制。
【IPC分類】A01G25/16, A01G25/00, H02S10/12
【公開號】CN105613209
【申請?zhí)枴緾N201610146304
【發(fā)明人】黃凰, 黃鶴
【申請人】華中農業(yè)大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月15日