阮紅麗等

摘要 介紹了太陽(yáng)能節(jié)水灌溉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可為后期搭建該平臺(tái)提供方案借鑒，為開(kāi)展適合四川省太陽(yáng)能光照特點(diǎn)的太陽(yáng)能節(jié)水灌溉相關(guān)研究找到一條有效的途徑。

關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能；節(jié)水灌溉；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；關(guān)鍵技術(shù)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào) S275.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）01-0180-02

太陽(yáng)能節(jié)灌技術(shù)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，起動(dòng)太陽(yáng)能節(jié)灌專(zhuān)用水泵機(jī)組，將灌溉水增壓后對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉的一種技術(shù)。它可充分利用豐富的太陽(yáng)能資源，提高灌溉水保證率，緩解用水矛盾，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，具有節(jié)能減排、省水增產(chǎn)、節(jié)省勞力、提高土地利用率、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義。

近年來(lái)，太陽(yáng)能節(jié)水灌溉技術(shù)正在我國(guó)各地蓬勃發(fā)展。四川省的攀西地區(qū)和川西高原光熱資源豐富，具有開(kāi)展太陽(yáng)能節(jié)水灌溉技術(shù)研究的天然資源條件。從2010年開(kāi)始，四川省各地累計(jì)建設(shè)完成太陽(yáng)能灌溉工程20余處，灌溉面積2 000 hm2以上，推廣應(yīng)用效果較好。四川省丘陵地區(qū)由于受光照、地形和地理位置等因素的限制，建設(shè)太陽(yáng)能節(jié)水灌溉工程有一定的技術(shù)難度，迫切需要太陽(yáng)能節(jié)水灌溉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為其提供技術(shù)支撐。為了進(jìn)一步研究太陽(yáng)能灌溉技術(shù)的規(guī)律，四川省發(fā)展和改革委員會(huì)于2013年批準(zhǔn)四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院建立了“太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉四川省工程實(shí)驗(yàn)室”，四川省科技廳于2013年立項(xiàng)支持了“太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程實(shí)驗(yàn)條件平臺(tái)”建設(shè)，為開(kāi)展相關(guān)研究提供了有力的支持，南方丘區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2014年度開(kāi)放課題項(xiàng)目（小型光伏太陽(yáng)能節(jié)灌技術(shù)研究）也為本項(xiàng)目的研究提供了支撐條件[1-2]。

1 關(guān)鍵技術(shù)

擬通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能節(jié)水灌溉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究，確定適合四川省太陽(yáng)能光照特點(diǎn)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)控制要點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)如下：一是在四川省各地太陽(yáng)能光照條件下，太陽(yáng)能電池板的發(fā)電特性及規(guī)律。二是無(wú)蓄電池條件下，電能輸入適時(shí)變化時(shí)，各種型式水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，并對(duì)其進(jìn)行分析比較，找出適合四川省太陽(yáng)能光照特點(diǎn)的光伏水泵及控制方法[3-4]。三是研究在節(jié)水灌溉系統(tǒng)中，一定氣象、土壤、溫濕度等客觀因素影響下，不同土質(zhì)土壤的水分特性。作物根系主要從土壤濕潤(rùn)體內(nèi)吸取水分，濕潤(rùn)體的大小及其水分分布特性直接影響著作物根系分布形狀及作物的生長(zhǎng)狀況，因此研究土壤濕潤(rùn)體特性及土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯得尤為重要。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能節(jié)水灌溉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、中心控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收集檢測(cè)系統(tǒng)、太陽(yáng)能節(jié)灌臺(tái)架系統(tǒng)構(gòu)成，其構(gòu)成如圖1所示。

2.1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板/方陣、防雷匯流箱及支架等組成。太陽(yáng)能電池板/方陣根據(jù)需要進(jìn)行串并聯(lián)以達(dá)到滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行的電流和電壓參數(shù)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，太陽(yáng)能板斜面朝南±5°以?xún)?nèi)，與水平面安裝角30°；防雷匯流箱將各路電源匯流后至中心控制系統(tǒng)為其提供電源；支架主要用于支撐、固定太陽(yáng)能電池板。

2.2 數(shù)據(jù)收集檢測(cè)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)收集檢測(cè)系統(tǒng)主要包括太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測(cè)、水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)和氣象及土壤參數(shù)檢測(cè)三大部分。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測(cè)包括光照強(qiáng)度、光伏能量、太陽(yáng)能電池板輸出電壓、輸出電流、輸出功率等；水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)包括流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等；氣象及土壤參數(shù)檢測(cè)包括溫度、濕度、風(fēng)力、降雨量、土壤溫濕度等。

2.3 中心控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由逆變器、PLC及配套電器元件等組成。通過(guò)接收數(shù)據(jù)收集檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)等信號(hào)，進(jìn)行記錄分析處理后，輸出至水泵加壓系統(tǒng)，帶動(dòng)水泵機(jī)組工作，其程序流程詳見(jiàn)圖2。它還可將數(shù)據(jù)收集檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)、水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)、氣象及土壤參數(shù)等信號(hào)輸送至可視化界面，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)可視化操作，實(shí)現(xiàn)報(bào)表生成打印等功能。

2.4 太陽(yáng)能節(jié)灌臺(tái)架系統(tǒng)

太陽(yáng)能節(jié)灌臺(tái)架系統(tǒng)主要包括水泵加壓系統(tǒng)和節(jié)水灌溉系統(tǒng)。太陽(yáng)能節(jié)灌臺(tái)架示意圖如圖3所示。

2.4.1 水泵加壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由水泵機(jī)組、安裝底座、閥門(mén)、管道、水箱等部分組成。系統(tǒng)從水箱取水，經(jīng)水泵機(jī)組加壓后，將水抽至滴灌實(shí)驗(yàn)臺(tái)。它通過(guò)中心控制系統(tǒng)配套的壓力傳感器測(cè)量系統(tǒng)壓力，通過(guò)渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)流量，并進(jìn)行記錄分析處理。

2.4.2 節(jié)水灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由滴灌實(shí)驗(yàn)臺(tái)、滴頭、配套管路等組成。加壓水輸送到滴灌實(shí)驗(yàn)臺(tái)后，通過(guò)滴頭對(duì)不同分區(qū)內(nèi)不同土質(zhì)土壤進(jìn)行浸潤(rùn)。它通過(guò)中心控制系統(tǒng)配套的土壤水分測(cè)試儀測(cè)量土壤水分等參數(shù)，并進(jìn)行記錄分析處理。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的研究成果應(yīng)用于平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，后期通過(guò)平臺(tái)的搭建，可為開(kāi)展適合四川省太陽(yáng)能光照特點(diǎn)的太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉相關(guān)研究找到一條有效途徑。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉初，葉邦彥.一種新型太陽(yáng)能全自動(dòng)節(jié)水灌溉設(shè)備研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32（6）：638-640.

[2] 劉偉，吳永忠，劉惠敏，等.太陽(yáng)能光伏提水節(jié)水灌溉技術(shù)[J].工程技術(shù)，2004（5）：49-50.

[3] 張林，吳普特，范興科.多點(diǎn)源滴灌條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（9）：40-45.

[4] 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（7）：32-35，39.endprint