光伏发电技术在农业智能化灌溉系统的应用探讨

2021-10-22姚程

建材与装饰 2021年29期

姚程

（重庆市璧山区水利局，重庆 402760）

0 引言

作为一个农业大国，对水资源的需求量非常大。经过调查研究发现，当前我国农业灌溉系统存在效率低、耗能大等问题，而且当前的灌溉系统也不能根据农作物的实际长势调节水量进行精准喷灌，对水资源造成严重的浪费。为了解决这些问题，人们需要设计一种智能节水灌溉系统，既能够保障水资源在农业上得到有效利用，也能根据作物的长势调节水量进行灌溉，避免对作物的生长造成不利的影响。

目前，农业上常用的灌溉技术有沟灌技术、喷灌技术和滴灌技术。其中沟灌技术比较适合行距较宽的作用，但其该灌溉技术对于水资源的浪费十分严重；喷灌技术虽然能够有效节约水资源，但是其需要耗费大量的人力和物力；滴灌技术能够有效弥补沟灌以及喷灌技术的缺点，既能够节约水资源，而且其自动化程度也比较高，不需要耗费大量的人力资源，但是滴灌的小孔非常容易堵塞，一旦发生堵塞就会影响整个灌溉系统。因此，人们需要设计更加完善的灌溉技术，即利用现代科学技术建立的智能化灌溉系统。太阳能作为一种清洁能源，其能够很好地应用与农业的生产上，即光伏农业。基于光伏发电技术建立的智能化灌溉技术对于农业的生产发展具有十分重要的意义，其不仅能够有效解决农业灌溉中需要的能量，而且还具有多余的电量用来输出，所以将光伏发电技术应用于农业智能化灌溉系统中，既可以做到对水资源的充分利用，而且能够有效地节约水资源。鉴于此，本文就对光伏发电技术在农业智能化灌溉系统中的应用进行深入的研究。

1 光伏发电技术在农业智能化灌溉系统中的应用和功能介绍

1.1 光伏发电技术在智能化灌溉系统中的应用

现阶段在农业领域的智能化灌溉中依托光伏发电技术而进行的应用主要涵盖太阳能的供能以及太阳能在农田中的智能化灌溉两个方面，下面将对应两者进行简要的介绍。对于太阳能供能板块而言，其主要由光强的自适应设备、完整的电源回路以及功能完备的电源控制开关三个子模块组成，具体来说这一功能板块的应用就是为整个智能化灌溉系统的稳定运行提供强有力的电源保障；而对于基于太阳能的智能灌溉系统而言，可以根据功能性的差异将其划分为水势能的储蓄和智能灌溉两方面的应用，其功能主要是依据太阳的光照强度、土壤中的保水量以及所处环境的温度变化等多重因素对农田中作物的生长状态进行判断，同时根据作物的生长状态来调节灌溉的水量，从而能够在节约水资源的前提下实现精准的水资源分配灌溉。光伏发电技术在智能化灌溉系统的应用如图1所示。

图1 光伏发电技术在智能化灌溉系统的应用

1.2 光伏发电技术在系统中的功能发挥

在太阳能供电电源模块中，可以借助多种手段在光强自适应装置的基础上尽可能地提高电源的输出功率，例如，我们可以通过调节太阳能板的角度来找到太阳的直射角，从而让太阳能板获得最高的输出功率；还可以在电源回路中借助其中的控制电路等对电池板中的最大功率点进行调整和追踪。而在基于太阳能的智能灌溉系统中，其功能主要是利用相关的设备对土壤的含水量以及温度进行测定，然后通过系统中反馈获取的信息数据进行智能化分析，最终判断某一区域农田中的灌溉阈值。与传统的灌溉系统相比，该智能化灌溉系统利用大量的现代技术，不仅能够有效节约水资源，而且也能够节约人力资源，在一定程度上降低农作物的种植成本。

2 基于光伏发电技术的农业智能化灌溉系统的设计

2.1 光伏水泵模块的设计

在农业智能化灌溉系统中其主要的能源供应来源是能够自动追踪太阳光的太阳能光板，通常情况下我们为了尽可能多地获取太阳能然后将其转化为所需的电能供给智能灌溉系统的稳定运行。需要注意的是，通过太阳能板所获取的能量需要划分为两部分，其中绝大多数能量需要储存在蓄电池当中维持整个系统的电量供应，同时还需要对系统中的各类控制开关提供电能，而所获取的另一部分能量则需要在系统中经过逆变后变为交流电，从而为三相异步电机的稳定运行提供能量。

2.2 营养灌溉模块的设计

营养灌溉模块中的营养池包含多个独立的小空间，每个小的营养池中多存放不同的营养液，用于供给不同的农作物，例如氮肥、磷肥以及钾肥等等。在对营养灌溉模块进行设计时，每一个独立的空间都需要设置一个终端控制开关，并能够通过人为操作进行控制，能够结合作物的生长状态和生长需求进行灌溉。混合池主要是用来混合水塔中的水以及营养池中的营养物质，为了能够充分混合水与养料，可以在混合池中安装小型的搅拌机。混合均匀后的灌溉用水可以通过管道直接运送到农田中，其中传输管道在农田中要呈网状分布，并在每个管道的节点处安装微喷灌装置，尽可能确保农田能够得到全方位的灌溉。同时需要注意的是，管道的材料应当由营养物质中的成分来确定，一些管道的材料可能会与营养物质中的成分发生化学反映，不仅会对管道造成一定的损失，而且还可能会影响营养物质的效果，因此，在对该模块进行设计时相关的设计人员需要特别注意这一点。另外，土壤采集模块包括许多不同的传感器，例如土壤水分传感器、土壤湿度计、土壤墒情仪等，这些设备能够对土壤中的多种参数进行检测，包括温度、湿度、pH以及其中所含的营养物质等，将得到的有关数据传输到控制中枢，并对其进行分析处理，同时结合农作物的生长状态对其进行有效灌溉。灌溉系统的性能测试如表1所示。

表1 灌溉系统性能测试结果

2.3 物联网模块的设计

物联网模块是由控制中枢、云端服务器、移动客户端以及终端控制开关四个部分组成。首先，土壤传感器能够采集土壤的各项信息，例如温度、湿度、pH以及其中所含的微量元素等，土壤传感器会定期将收集到的信息发送给控制中枢，控制中枢会将一段时间内收集到的多项信息进行打包处理，并发送给云端服务器。同时，云端服务器的工作人员会对接收到的信息进行处理分析，通过计算得到最佳的灌溉方案，即包括灌溉的作物所需的灌溉水量、营养元素等，最终将得到的最佳方案传送给移动客户端，这时农田的负责人员就会通过手机上的相关软件得到农作物的基本信息，并通过软件操作实现对农田的智能化灌溉，当农田负责人选择远端服务器发送过来的最优方案后，控制中枢会接受该信息，并通过控制对所需营养池的某种养料池开关以及水塔开关，实现两种液体的混合，进而得到当前农作物所需要的灌溉液，然后启动喷灌电池阀将灌溉液以微喷灌的方式喷洒在农田中，最终实现智能化的无人灌溉。通过上述的阐述可知，基于光伏发电技术的农业智能化灌溉系统只需要人们在手机软件上进行操作，很少会应用到人力资源，而且该系统的相关设备会对农田中的土壤信息以及作物生长的最新情况进行分析处理，不仅可以节约大量的人力，而且该灌溉系统对农作物的成长也是十分有益的，因此，该农业智能化灌溉系统能够有效推动我国农业的整体发展。光伏智能化灌溉系统的总体示意图如图2所示。