李 文

新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，國(guó)家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心（新疆）

光伏滴灌系統(tǒng)是光伏揚(yáng)水技術(shù)與滴灌技術(shù)的有機(jī)接合，光伏滴灌系統(tǒng)能自動(dòng)、無(wú)人值守運(yùn)行，管理方便；系統(tǒng)運(yùn)行不產(chǎn)生二次費(fèi)用；節(jié)水、增產(chǎn)、增效。光伏滴灌在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中具有巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。2015 年，新疆天業(yè)在非洲厄立特里亞實(shí)施了20 公頃光伏滴灌獲得成功。 文章從光伏滴灌系統(tǒng)組成、項(xiàng)目施工安裝、運(yùn)行管理進(jìn)行初步探討，為進(jìn)一步研究和推廣光伏滴灌提供參考。

一、光伏滴灌系統(tǒng)組成

光伏滴灌系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)和滴灌系統(tǒng)兩個(gè)基本單元組成。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池陣列、光伏揚(yáng)水逆變控制系統(tǒng)及三相交流水泵組成。 太陽(yáng)能電池陣列轉(zhuǎn)化太陽(yáng)日照輻射能量為電能；揚(yáng)水逆變系統(tǒng)可根據(jù)日照強(qiáng)度變化調(diào)節(jié)輸出頻率，最大限度地利用太陽(yáng)能；揚(yáng)水逆變系統(tǒng)高效轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化直流電為交流電，為水泵提供動(dòng)力電源，驅(qū)動(dòng)水泵工作（如下圖1）。

滴灌系統(tǒng)主要由過(guò)濾設(shè)備、輸水管道、田間管網(wǎng)、運(yùn)行量測(cè)、控制及保護(hù)裝置等組成（如下圖1）。

二、太陽(yáng)能光伏揚(yáng)水系統(tǒng)施工安裝

1.現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、施工放線

圖1

嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、放線，電池陣列附近不能存在高大建筑物或樹(shù)木遮擋陽(yáng)光。 放線順序：第一，對(duì)太陽(yáng)能陣列場(chǎng)地進(jìn)行地基整平；第二，在找平后的地基上定位光伏陣列位置、水泥樁基坑布置形式、 基坑開(kāi)挖尺寸、 電池板安裝方向及傾斜角；第三，在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)施工測(cè)量樁、開(kāi)挖線等組成的控制網(wǎng)，方便施工階段的復(fù)核；第四、基坑布置及尺寸嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行；電池板安裝方向及傾斜角一般規(guī)律如下：“北半球向南，南半球面向北；傾斜角大致與項(xiàng)目地緯度相同”。

2.光伏基礎(chǔ)支墩土建施工

該部分工程包括：土建開(kāi)挖、基礎(chǔ)支墩澆筑及回填三個(gè)部分。 土建開(kāi)挖按照?qǐng)D紙和放線的要求，以機(jī)械開(kāi)挖為主、人工修正、找平輔助完成。 支墩澆筑時(shí)，選擇采用現(xiàn)場(chǎng)搭建模板， 一次澆筑成功的施工方法；施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制混凝土水泥、砂、石料及鋼筋的配置，確保支墩的各項(xiàng)強(qiáng)度；支墩頂端澆筑時(shí)，要預(yù)埋兩根支架連接螺栓；支墩澆筑施工過(guò)程中，及時(shí)復(fù)核螺栓位置和水平高程，保證所有支墩頂端螺栓水平高度一致。支墩澆筑后，及時(shí)做好養(yǎng)護(hù)，拆模后養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，及時(shí)用草簾、農(nóng)膜進(jìn)行覆蓋，每天進(jìn)行4～5 次澆水養(yǎng)護(hù)，直到支墩強(qiáng)度達(dá)到要求。 支墩上連接電池板支架，各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)合格后，進(jìn)行基坑回填。

3.支架、電池板的安裝

電池陣列支架應(yīng)采用“熱鍍鋅、螺栓連接方式”的標(biāo)準(zhǔn)件材料。 支架連接時(shí)，先將支墩之間的縱橫構(gòu)件連接成基礎(chǔ)框架； 然后在框架基礎(chǔ)上安裝電池板固定支架。 所有電池板固定支架連接后，及時(shí)進(jìn)行水平復(fù)核及調(diào)整。 支架間螺栓緊固時(shí)， 應(yīng)根據(jù)電池板材料及安裝要求留有一定的位移余量，便于各組件順利、安全的連成一體。

電池板組建與支架連接也宜采用螺栓連接。 電池板組件存放、安裝中，注意避免硬物碰撞工作面。 電池板安裝時(shí)，必須按照廠家提供的電池板編號(hào)進(jìn)行，確保各電池板工作性能一致。電池板安裝連接成一體后，微調(diào)各個(gè)電池板的安裝高度和角度，待所有工序滿足符合標(biāo)準(zhǔn)后，緊固螺栓，保證電池陣列整體牢固、穩(wěn)定。

電池板固定后，第一，按照設(shè)計(jì)要求將電池板劃分成多個(gè)供電小單元；第二，小單元內(nèi)部電池板間串聯(lián)接線，并引出一根單元供電輸出總線；第三，將所有輸出總線并聯(lián)連接在逆變器輸入接口端；第四，用綁帶將已連接好的各級(jí)電線固定在支架上。

以上工序結(jié)束后，對(duì)供電小單元的電流、電壓以及電池陣列的總電流、電壓進(jìn)行測(cè)試，確保工作參數(shù)準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.光伏逆變器的安裝

根據(jù)圖紙要求，在陣列內(nèi)選擇合適位置安裝逆變器。 其位置必須通風(fēng)、防雨、防水浸，避免陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間直射，滿足系統(tǒng)操作方便。 逆變器安裝時(shí)，第一、對(duì)逆變器外觀和內(nèi)部元件進(jìn)行檢查， 確保組件完好無(wú)損，工作正常；第二，斷開(kāi)逆變器輸入、輸出的開(kāi)關(guān)端子；第三，將電池板各單元的總線按照正負(fù)極要求連接在逆變器的輸入接口端；第四、接通逆變器輸入開(kāi)關(guān)，運(yùn)行逆變器，讓逆變器進(jìn)行自檢運(yùn)行；第五，待自檢正常后,打開(kāi)逆變器輸出開(kāi)關(guān)，進(jìn)行光伏水泵試運(yùn)行測(cè)試。

5.光伏水泵安裝施工

第一，對(duì)水泵的電機(jī)、葉輪、保護(hù)罩等進(jìn)行檢查，確保轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、連接緊密；第二，開(kāi)通水泵電源，根據(jù)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)及出水量情況確認(rèn)水泵接線正確； 第三，根據(jù)水源的情況，將水泵固定在供水穩(wěn)定的水源點(diǎn)范圍內(nèi)，確認(rèn)水泵運(yùn)行工況良好；第四，做好水泵電纜線的保護(hù)和固定。

三、滴灌系統(tǒng)施工安裝

1.首部設(shè)備安裝

滴灌首部設(shè)備一般由過(guò)濾設(shè)備、施肥設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行量測(cè)、保護(hù)裝置組成。 該部分施工安裝按照設(shè)備說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行。

2.輸水管網(wǎng)工程安裝

輸水管網(wǎng)工程的安裝包括管溝開(kāi)挖、管道安裝及管溝回填。管溝開(kāi)挖時(shí)，嚴(yán)格按施工圖紙進(jìn)行放線、管溝開(kāi)挖，管溝應(yīng)平整順直，寬度、深度滿足設(shè)計(jì)要求，溝底無(wú)雜物。 管道安裝時(shí)，按照干管、分干管、出地樁的順序進(jìn)行；管道安裝時(shí)，保證管道之間承插到位不脫開(kāi)，管件連接密封不漏水。地下管網(wǎng)安裝連接后，應(yīng)分段壓土固定后進(jìn)行管道試壓； 管道試壓滿足要求，就可進(jìn)行管溝回填。

3.田間滴灌管網(wǎng)安裝

田間滴灌管網(wǎng)由“滴灌帶+按扣三通+PE 支管”形成。 滴灌帶鋪設(shè)與播種一起機(jī)械完成，滴灌帶鋪設(shè)時(shí)注意避免被機(jī)械劃破和磨損，鋪設(shè)不宜太緊,要留有余量。 支管鋪設(shè)時(shí)，在自由彎曲狀態(tài)下采用“S”形鋪設(shè)， 根據(jù)滴灌帶鋪設(shè)行距在支管上打孔安裝按扣三通。滴灌帶連接按扣三通時(shí)，滴灌帶斷面剪切平齊，承插連接緊固，保證工作時(shí)不易脫開(kāi)。

4.滴灌系統(tǒng)試運(yùn)行

在管槽回填前，應(yīng)對(duì)滴灌管網(wǎng)進(jìn)行沖洗，管網(wǎng)沖洗應(yīng)由上至下逐級(jí)進(jìn)行。 先對(duì)地埋輸水干管進(jìn)行沖洗，直到干管末端排水閥出水清潔為止；然后再對(duì)支管和毛管按輪灌組進(jìn)行沖洗。滴灌試運(yùn)行應(yīng)按設(shè)計(jì)的輪灌組進(jìn)行， 試運(yùn)行過(guò)程中及時(shí)處理管網(wǎng)出現(xiàn)的滲水、漏水、破裂、脫落現(xiàn)象，直到系統(tǒng)運(yùn)行正常合格為止。

四、光伏滴灌系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

系統(tǒng)各部分設(shè)備安裝、調(diào)試結(jié)束后，進(jìn)行系統(tǒng)的總體調(diào)試及試運(yùn)行。

1.確認(rèn)光伏滴灌系統(tǒng)的有效工作時(shí)間

連續(xù)3 天內(nèi)， 對(duì)光伏水泵工作性能參數(shù)進(jìn)行跟蹤、測(cè)試和記錄。主要通過(guò)滴灌系統(tǒng)水表、壓力表等對(duì)光伏水泵日供水量、壓力變化進(jìn)行跟蹤、記錄，繪制光伏滴灌系統(tǒng)電流頻率、工作壓力及流量相關(guān)圖。 將相關(guān)圖與滴灌系統(tǒng)的原設(shè)計(jì)流量、 壓力進(jìn)行對(duì)比分析，篩選光伏水泵有效工作時(shí)間段。在逆變器控制端預(yù)設(shè)相關(guān)參數(shù)，確定光伏滴灌系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)關(guān)閉工作參數(shù)，最后形成光伏滴灌系統(tǒng)每天的工作運(yùn)行時(shí)間。

2.確認(rèn)光伏滴灌系統(tǒng)的輪灌小組灌水時(shí)間、輪灌組數(shù)量

根據(jù)4.1 光伏水泵的工況，試運(yùn)行光伏滴灌系統(tǒng)一個(gè)灌水周期，根據(jù)試運(yùn)行的灌水量、灌水時(shí)間及滴灌濕潤(rùn)鋒情況調(diào)整光伏滴灌輪灌小組及輪灌時(shí)間。

3.制定灌溉制度

根據(jù)4.2 的結(jié)果，制定光伏滴灌系統(tǒng)整個(gè)生育期的灌溉制度。 并按此方案指導(dǎo)作物灌溉。

五、前景

光伏滴灌能充分發(fā)揮“轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能光熱資源以及滴灌高效節(jié)水增效”的多個(gè)優(yōu)勢(shì)，為光熱資源豐富、農(nóng)業(yè)實(shí)施滴灌節(jié)水技術(shù)提供新途徑。

[1]董波，魏新平.太陽(yáng)能應(yīng)用于節(jié)水灌溉發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014,07：27-34.

[2]李潤(rùn)杰，馮玲正，劉得俊等.光伏提水技術(shù)在農(nóng)作物灌溉上的應(yīng)用[J].節(jié)水灌溉，2008,02：72-78.

[3]姚俊，韓震.光伏灌溉系統(tǒng)淺析及應(yīng)用實(shí)例[J].太陽(yáng)能，2013,13：29-34.

[4]李文，楊開(kāi)文，李寶珠等.不同水源滴灌系統(tǒng)模式研究[J].新疆農(nóng)機(jī)化，2006,03：25-27.