太阳能节水灌溉实验平台设计

阮红丽等

摘要 介绍了太阳能节水灌溉实验平台的关键技术与系统设计，可为后期搭建该平台提供方案借鉴，为开展适合四川省太阳能光照特点的太阳能节水灌溉相关研究找到一条有效的途径。

关键词 太阳能；节水灌溉；实验平台；关键技术；系统设计

中图分类号 S275.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）01-0180-02

太阳能节灌技术是将太阳能转换为电能，起动太阳能节灌专用水泵机组，将灌溉水增压后对农作物进行灌溉的一种技术。它可充分利用丰富的太阳能资源，提高灌溉水保证率，缓解用水矛盾，促进生产发展，具有节能减排、省水增产、节省劳力、提高土地利用率、适应性强等优点，对于加快实现农业现代化具有重要意义。

近年来，太阳能节水灌溉技术正在我国各地蓬勃发展。四川省的攀西地区和川西高原光热资源丰富，具有开展太阳能节水灌溉技术研究的天然资源条件。从2010年开始，四川省各地累计建设完成太阳能灌溉工程20余处，灌溉面积2 000 hm2以上，推广应用效果较好。四川省丘陵地区由于受光照、地形和地理位置等因素的限制，建设太阳能节水灌溉工程有一定的技术难度，迫切需要太阳能节水灌溉实验平台为其提供技术支撑。为了进一步研究太阳能灌溉技术的规律，四川省发展和改革委员会于2013年批准四川省农业机械研究设计院建立了“太阳能农业节水灌溉四川省工程实验室”，四川省科技厅于2013年立项支持了“太阳能农业节水灌溉工程实验条件平台”建设，为开展相关研究提供了有力的支持，南方丘区节水农业研究四川省重点实验室2014年度开放课题项目（小型光伏太阳能节灌技术研究）也为本项目的研究提供了支撑条件[1-2]。

1 关键技术

拟通过对太阳能节水灌溉实验平台相关关键技术的研究，确定适合四川省太阳能光照特点的节水灌溉系统关键技术控制要点。关键技术如下：一是在四川省各地太阳能光照条件下，太阳能电池板的发电特性及规律。二是无蓄电池条件下，电能输入适时变化时，各种型式水泵的运转特性，并对其进行分析比较，找出适合四川省太阳能光照特点的光伏水泵及控制方法[3-4]。三是研究在节水灌溉系统中，一定气象、土壤、温湿度等客观因素影响下，不同土质土壤的水分特性。作物根系主要从土壤湿润体内吸取水分，湿润体的大小及其水分分布特性直接影响着作物根系分布形状及作物的生长状况，因此研究土壤湿润体特性及土壤水分运动规律显得尤为重要。

2 系统设计

太阳能节水灌溉实验平台主要由太阳能发电系统、中心控制系统、数据收集检测系统、太阳能节灌台架系统构成，其构成如图1所示。

2.1 太阳能发电系统

太阳能发电系统主要由太阳能电池板/方阵、防雷汇流箱及支架等组成。太阳能电池板/方阵根据需要进行串并联以达到满足系统正常运行的电流和电压参数，将太阳能转换为电能，太阳能板斜面朝南±5°以内，与水平面安装角30°；防雷汇流箱将各路电源汇流后至中心控制系统为其提供电源；支架主要用于支撑、固定太阳能电池板。

2.2 数据收集检测系统

数据收集检测系统主要包括太阳能发电系统数据检测、水泵运行数据检测和气象及土壤参数检测三大部分。太阳能发电系统数据检测包括光照强度、光伏能量、太阳能电池板输出电压、输出电流、输出功率等；水泵运行数据检测包括流量、扬程、转速等；气象及土壤参数检测包括温度、湿度、风力、降雨量、土壤温湿度等。

2.3 中心控制系统

该系统主要由逆变器、PLC及配套电器元件等组成。通过接收数据收集检测系统发送的太阳能发电系统数据等信号，进行记录分析处理后，输出至水泵加压系统，带动水泵机组工作，其程序流程详见图2。它还可将数据收集检测系统发送的太阳能发电系统数据、水泵运行数据、气象及土壤参数等信号输送至可视化界面，同时可实现可视化操作，实现报表生成打印等功能。

2.4 太阳能节灌台架系统

太阳能节灌台架系统主要包括水泵加压系统和节水灌溉系统。太阳能节灌台架示意图如图3所示。

2.4.1 水泵加压系统。该系统主要由水泵机组、安装底座、阀门、管道、水箱等部分组成。系统从水箱取水，经水泵机组加压后，将水抽至滴灌实验台。它通过中心控制系统配套的压力传感器测量系统压力，通过涡轮流量计测量系统流量，并进行记录分析处理。

2.4.2 节水灌溉系统。该系统主要由滴灌实验台、滴头、配套管路等组成。加压水输送到滴灌实验台后，通过滴头对不同分区内不同土质土壤进行浸润。它通过中心控制系统配套的土壤水分测试仪测量土壤水分等参数，并进行记录分析处理。

3 结语

通过将平台关键技术的研究成果应用于平台的设计中，后期通过平台的搭建，可为开展适合四川省太阳能光照特点的太阳能农业节水灌溉相关研究找到一条有效途径。

4 参考文献

[1] 刘晓初，叶邦彦.一种新型太阳能全自动节水灌溉设备研究[J].电子科技大学学报，2003，32（6）：638-640.

[2] 刘伟，吴永忠，刘惠敏，等.太阳能光伏提水节水灌溉技术[J].工程技术，2004（5）：49-50.

[3] 张林，吴普特，范兴科.多点源滴灌条件下土壤水分运动的数值模拟[J].农业工程学报，2010，26（9）：40-45.

[4] 董波，魏新平.太阳能应用于节水灌溉发展现状与发展趋势[J].中国农村水利水电，2014（7）：32-35，39.endprint