楊曉龍　賈生海

摘要：指出了隨著可再生新能源的開(kāi)發(fā)利用受到全世界的廣泛關(guān)注，以太陽(yáng)能為能源的節(jié)水灌溉技術(shù)也備受關(guān)注。主要從研究現(xiàn)狀、發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)方面闡述了太陽(yáng)能灌溉技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，以期提供參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；節(jié)水灌溉；光伏系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TK519

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）20017102

1引言

太陽(yáng)能節(jié)水灌溉技術(shù)是在20世紀(jì)初國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的一門新型的跨學(xué)科綜合技術(shù)，其核心是以太陽(yáng)能作為系統(tǒng)能源，取代了傳統(tǒng)的以燃油、電等作為節(jié)水灌溉系統(tǒng)所需的能源，通過(guò)輔以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以全面提高節(jié)水灌溉效率，進(jìn)而降低勞動(dòng)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)灌溉精準(zhǔn)化、精量化與自動(dòng)化的同步進(jìn)行。該系統(tǒng)具有低碳、環(huán)保、節(jié)能及方便管理等優(yōu)點(diǎn)，目前太陽(yáng)能灌溉在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉方面的研究中得到了較大發(fā)展，并且已有許多系統(tǒng)投入工程實(shí)踐應(yīng)用，筆者主要從研究現(xiàn)狀、發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)方面闡述了太陽(yáng)能灌溉技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為太陽(yáng)能灌溉技術(shù)的發(fā)展提供參考。

2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)一直非常重視可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用，2000年以來(lái)，國(guó)家層面的水電、風(fēng)電及太陽(yáng)能保持齊頭并進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著油價(jià)的上漲以及光伏電池價(jià)格的下降，太陽(yáng)能利用變得越來(lái)越經(jīng)濟(jì)，以太陽(yáng)能為能源的光伏系統(tǒng)得到了很大發(fā)展。蘇建徽[1]研究了直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)之光伏水泵系統(tǒng)中最大功率跟蹤過(guò)程的控制方式及交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)之光伏水泵系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)，提出了光伏水泵系統(tǒng)的群控概念及其相應(yīng)的拓樸結(jié)構(gòu)研究結(jié)果。叢進(jìn)等[2]設(shè)計(jì)了一種具備一定智能保護(hù)功能的光伏水泵控制系統(tǒng)，并提出了一種改進(jìn)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制方法。陳慶東等[3]設(shè)計(jì)了一種可實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)溫度與濕度且配有無(wú)線收發(fā)模塊的太陽(yáng)能自動(dòng)微灌演示系統(tǒng)。李明剛等[4]設(shè)計(jì)了一種由供電和供水兩部分組成的太陽(yáng)能溫室滴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作效率高、成本低，且其水泵體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)。王東偉[5]利用了最大功率點(diǎn)跟蹤方法使光伏電池工作于最大輸出功率點(diǎn)上，獲得高效功率輸出。并根據(jù)農(nóng)業(yè)用灌溉泵的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出符合性能要求的自吸泵，并計(jì)算出了相關(guān)參數(shù)。

近年來(lái)隨著太陽(yáng)能電池材料和光伏技術(shù)的發(fā)展，具有巨大社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的光伏水泵系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。由于其具有安裝方便、可不攜帶電池、不受電源和地點(diǎn)的限制以及移動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于人畜飲水和移動(dòng)灌溉等各個(gè)領(lǐng)域之中。劉家宏等[6]從水資源的角度研究了太陽(yáng)能光伏水泵技術(shù)能否大規(guī)模推廣用于草場(chǎng)灌溉和生態(tài)修復(fù)以及資源和環(huán)保領(lǐng)域，提出青海省太陽(yáng)能提水灌溉修復(fù)草場(chǎng)的5點(diǎn)要求：即區(qū)域降水量閾值一般在300～600 mm之間，地下水埋深不宜超過(guò)30 m，供水距離不宜超過(guò)500 m，微噴灌系統(tǒng)用水的懸浮物要小于200 mg/L，總含鹽量一般要低于2 g/L，灌溉草場(chǎng)區(qū)域坡度角不超過(guò)坡度9%。吳衛(wèi)熊[7]以廣西田東縣思林鎮(zhèn)真良村太陽(yáng)能提水灌溉試驗(yàn)區(qū)為基礎(chǔ)，通過(guò)利用集成的太陽(yáng)能光伏與蓄水系統(tǒng)及灌溉系統(tǒng)，使得太陽(yáng)能光伏提水灌溉在灌溉火龍果時(shí)可以提高單產(chǎn)40.5%，畝均增產(chǎn)超過(guò)1000元，取得了良好的效果。李光輝等[8]采用一臺(tái)25 m3/h、17 m、2.2 kW的太陽(yáng)能節(jié)水灌溉專用高效潛水泵與一臺(tái)20 m3/h、80 m、5.5 kW的專用高效地面泵串聯(lián)運(yùn)行的方式，在太陽(yáng)能節(jié)水灌溉專用逆變控制器的作用下，實(shí)現(xiàn)了能量跟蹤控制和智能故障保護(hù)功能，并成功的應(yīng)用于阿壩州紅原縣瓦切鄉(xiāng)的沙化生態(tài)修復(fù)中，有效的解決了作物用水難題。

3存在的問(wèn)題

（1）整套太陽(yáng)能灌溉系統(tǒng)一次性投入費(fèi)用比較高，在農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)牧民難以承受。

（2）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與其它灌溉系統(tǒng)之間的匹配性較差，主要是受環(huán)境溫度及設(shè)計(jì)方面的影響。

（3） 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的技術(shù)方面不夠完善，主要是由于目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究成果很少，現(xiàn)有光伏水泵基本都是按常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)不僅效率低而且可靠性也差。

4發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)農(nóng)村地區(qū)土地分散且邊遠(yuǎn)地區(qū)集中建設(shè)配套電網(wǎng)的投資和難度較大，而在許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，通常情況下日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)能資源比較豐富。這些地區(qū)往往也是水資源緊缺和生態(tài)嚴(yán)重退化的地區(qū)，以太陽(yáng)能為能源的節(jié)水灌溉技術(shù)在此類地區(qū)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，以下為主要發(fā)展趨勢(shì)。

（1） 向小規(guī)?；托⌒突墓?jié)水灌溉裝備方向發(fā)展，更加適應(yīng)于局部偏遠(yuǎn)地區(qū)的節(jié)水灌溉。

（2）向太陽(yáng)能與其它能源的結(jié)合使用方向發(fā)展，如太陽(yáng)能與風(fēng)能之間的互補(bǔ)利用，晴天可利用太陽(yáng)能發(fā)電，夜間和陰雨天無(wú)陽(yáng)光時(shí)可利用風(fēng)能發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了全天候發(fā)電的功能。

（3）開(kāi)發(fā)適合農(nóng)村地區(qū)的以生物質(zhì)為能源的灌溉系統(tǒng)。

（4）結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)發(fā)更加完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使節(jié)水灌溉技術(shù)向智能信息化方向發(fā)展。

5結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能節(jié)水灌溉技術(shù)是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景和巨大社會(huì)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，在我國(guó)西部偏遠(yuǎn)的缺乏電力供應(yīng)的地區(qū)，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能提水和節(jié)水灌溉技術(shù)不但可以充分利用分布廣泛的綠色能源，發(fā)展灌溉農(nóng)牧業(yè)，還可以保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。

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Research and Application Status of Solar Energy Saving Irrigation Technology

Yang Xiaolong， Jia Shenghai

（School of Water Conservancy and Hydropower Engineering， Gansu Agricultural University， Gansu， Lanzhou， 730070， China）

Abstract： With the development and utilization of renewable new energy attracted worldwide attention， solar energy based water-saving irrigation technology has attracted much attention. This paper expounded the research and application status of solar irrigation technology mainly from the current research situation， the existing problems in the development process and the development trend.

Key words： solar energy； water saving irrigation； photovoltaic systemendprint