一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源利用及農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域，特別是一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著能源的日漸短缺以及環(huán)境的日益惡化，綠色清潔能源的開發(fā)與利用提供了解決全球性能源和環(huán)境危機的有效途徑，而太陽能是目前開發(fā)和利用最可靠的清潔能源之一。我國大部分農(nóng)作物灌溉系統(tǒng)均采用傳統(tǒng)的柴油機或電網(wǎng)作為動力源，不僅系統(tǒng)成本高，而且對環(huán)境易造成污染。近年來出現(xiàn)的光伏水泵系統(tǒng)，主要采用集中式一次提水技術(shù)構(gòu)成農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，由于水泵需求功率大，太陽能電池板占地面積也較大，使得土地的利用率下降，不符合集約化農(nóng)業(yè)的要求。專利號為ZL201120454103.7的實用新型專利公開了一種太陽能提灌站，主要由電池板、逆變器、光伏控制器、動力線路及大容量蓄水池構(gòu)成，該專利在具體實施方案中所描述的水泵功率為9.2kW，太陽能電池板就需要115塊，占地面積較大，而且，該專利中的蓄水池未涉及蓄能功能，用于農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)時還要再次使用水泵加壓，造成能源浪費。
[0003]經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)有基于分層提水蓄能的丘陵山區(qū)分布式自壓灌溉光伏系統(tǒng)的公開文獻(xiàn)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于丘陵山區(qū)分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統(tǒng)，將集中式的大功率水泵系統(tǒng)變成分布式的小功率水泵系統(tǒng)，使光伏板的占地面積減少，并利用丘陵山區(qū)的高程，將小功率的水泵系統(tǒng)分層安裝在丘陵山區(qū)的不同高程，使得光伏板轉(zhuǎn)換的太陽能變成水池中的勢能，達(dá)到蓄能的目的，需要灌溉時，用上層蓄水池所具有的勢能對下層農(nóng)作物進(jìn)行自壓灌溉，達(dá)到節(jié)能的目的，克服了采用集中式一次提水技術(shù)構(gòu)成的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)存在的占地面積大、能耗和成本高等問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統(tǒng)，包括若干組分層安裝在不同海拔上的光伏水泵系統(tǒng)和蓄水池，每層所述蓄水池通過水泵和水管連接，每層所述光伏水泵系統(tǒng)用于給上一層所述蓄水池提水；
[0006]所述光伏水泵系統(tǒng)包括光伏板、與所述光伏板連接的變頻逆變器，所述變頻逆變器通過變頻逆變電路依次與電機、所述水泵和所述蓄水池連接；
[0007]所述光伏板將采集的太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，所述變頻逆變器將所述光伏板輸出的直流電壓變換成交流電壓以驅(qū)動電機工作，所述電機帶動水泵將低水位的水抽到上層所述蓄水池并儲存，將電能儲存為水的勢能，實現(xiàn)分層提水蓄能；
[0008]所述變頻逆變器與控制器連接，所述控制器調(diào)節(jié)所述變頻逆變器的輸出電壓，從而實現(xiàn)對所述電機和所述水泵的控制。
[0009]上述方案中，所述控制器還包括MPPT模塊，所述MPPT模塊與所述光伏板連接，用來判別所述光伏板實時功率是否為最大功率點，并對所述光伏板輸出的最大功率點進(jìn)行跟蹤，使系統(tǒng)工作在所述光伏板的最大功率點處。
[0010]進(jìn)一步的，所述MPPT模塊通過所述控制器的輸出功率計算模塊對所述光伏板的輸出電壓和電流進(jìn)行實時采樣，并計算出輸出功率，隨著輸出功率的變化，所述控制器的調(diào)速模塊通過改變所述變頻逆變電路的輸出電壓對所述電機進(jìn)行調(diào)速，使所述水泵在當(dāng)前光照下能輸出最大的流量。
[0011]上述方案中，還包括安裝在每層所述蓄水池里的液位傳感器，所述液位傳感器與所述控制器連接；所述液位傳感器實時檢測所述蓄水池的水位，將水位信號發(fā)送到所述控制器的水位檢測模塊。
[0012]上述方案中，還包括遠(yuǎn)程控制終端，所述遠(yuǎn)程控制終端與協(xié)調(diào)器連接，每層所述控制器通過與其連接的無線信號收發(fā)器將所述水位信號發(fā)送至所述協(xié)調(diào)器，所述協(xié)調(diào)器將信號傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程控制終端，由所述遠(yuǎn)程控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出相應(yīng)的指令，再通過所述協(xié)調(diào)器發(fā)送到每層所述無線信號收發(fā)器并傳輸給所述控制器，所述控制器依據(jù)接收到的指令控制所述電機的啟停，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。
[0013]進(jìn)一步的，所述控制器為MSP430單片機。
[0014]上述方案中，相鄰的兩層所述光伏水泵系統(tǒng)和所述蓄水池之間的海拔高度差是一樣的。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1、本發(fā)明中應(yīng)用于丘陵山區(qū)不同層之間進(jìn)行分層提水蓄能，將光伏板轉(zhuǎn)換的電能儲存為蓄水池中水的勢能，上層蓄水池中的水順著丘陵的坡度自流，用于灌溉低層的農(nóng)作物，且各層的光伏水泵系統(tǒng)相互形成一個分布式網(wǎng)絡(luò)。
[0017]2、本發(fā)明各系統(tǒng)通過液位傳感器檢測蓄水池水位，并將檢測到的水位信號通過無線網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程控制終端進(jìn)行通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控避免現(xiàn)場看守，省時省力。
[0018]3、該系統(tǒng)所需的光伏板占地面積小，可以就地安裝，就地使用，就地消化電能，不僅能充分并有效地利用太陽光照對丘陵山區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，而且解決了電能儲存的問題克服了采用集中式一次提水技術(shù)構(gòu)成的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)存在的占地面積大、能耗和成本高等問題，實現(xiàn)了節(jié)能灌溉。
[0019]4、系統(tǒng)控制器采用MSP430單片機為處理器，其具有超低功耗和高性能的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的分布示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0022]圖3為最大功率點跟蹤流程圖。
[0023]圖4為無線通信流程圖。
[0024]圖中:1、光伏板；2、變頻逆變器；201、變頻逆變電路；3、控制器；301、輸出功率計算模塊；302、MPPT模塊；303、調(diào)速模塊；304、水位檢測模塊；305、無線信號接收器；4、電機；5、水泵；6、蓄水池；7、液位傳感器；8、協(xié)調(diào)器；9、遠(yuǎn)端控制終端。
【具體實施方式】
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、
“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0027]下面結(jié)合附圖【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0028]如圖1所示，在丘陵垂直方向，按照海拔的不同進(jìn)行分層，每層都安裝了一套光伏水泵系統(tǒng)且設(shè)有蓄水池6分別組成各自的自壓灌溉系統(tǒng)，每層所述蓄水池6通過水泵5連接，每層所述光伏水泵系統(tǒng)用于給上一層所述蓄水池6提水。
[0029]如圖2所示，所述光伏水泵系統(tǒng)包括光伏板1、與所述光伏板I連接的變頻逆變器2，所述變頻逆變器2通過變頻逆變電路201依次與電機4、所述水泵5和所述蓄水池6連接;
[0030]所述光伏板I將采集的太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，所述變頻逆變器2將所述光伏板I輸出的直流電壓變換成交流電壓以驅(qū)動電機4工作，所述電機4帶動水泵5將低水位的水抽到上層所述蓄水池6并儲存，將電能儲存為水的勢能，實現(xiàn)分層提水蓄能。
[0031]所述變頻逆變器2與控制器3連接，所述控制器3調(diào)節(jié)所述變頻逆變器2的輸出電壓，從而實現(xiàn)對所述電機4和所述水泵5的控制。
[0032]所述控制器3還包括MPPT模塊302，所述MPPT模塊302與所述光伏板I連接，用來判別所述光伏板I實時功率是否為最大功率點，并對所述光伏板I輸出的最大功率點進(jìn)行跟蹤，使系統(tǒng)工作在所述光伏板I的最大功率點處。
[0033]所述MPPT模塊302通過所述控制器3的輸出功率計算模塊301對所述光伏板I的輸出電壓和電流進(jìn)行實時采樣，并計算出輸出功率，隨著輸出功率的變化，所述控制器3的調(diào)速模塊303通過改變所述變頻逆變電路201的輸出電壓對所述電機4進(jìn)行調(diào)速，使所述水泵5在當(dāng)前光照下能輸出最大的流量。
[0034]每層所述蓄水池6里還安裝有液位傳感器7，所述液位傳感器7與所述控制器3連接；所述液位傳感器7實時檢測所述蓄水池6的水位，將水位信號發(fā)送到所述控制器3的水位檢測模塊304，所述控制器3控制所述電機4的啟停。
[0035]該系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)程控制終端9，所述遠(yuǎn)程控制終端9與協(xié)調(diào)器8通過串口、并口或者USB接口連接，每層所述控制器3通過與其連接的無線信號收發(fā)器305將所述水位信號發(fā)送至所述協(xié)調(diào)器8，所述協(xié)調(diào)器8將信號傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程控制終端9進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出相應(yīng)的指令，再通過所述協(xié)調(diào)器8發(fā)送到每層所述無線信