一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統技術方案

本發明專利技術屬于新能源利用及丘陵山區農業灌溉領域的一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，本發明專利技術按照海拔的不同對丘陵進行分層，每層都安裝了一套光伏水泵系統且設有蓄水池。光伏板將采集的太陽光能轉換成電能，變頻逆變器將光伏板輸出的直流電壓變換成交流電壓以驅動電機工作，水泵在電機的驅動下將低水位的水抽到上層蓄水池并儲存，系統利用丘陵的高程差，將轉換的電能儲存為水的勢能，實現分層提水蓄能。每層的光伏水泵系統通過液位傳感器來檢測上一層蓄水池的水位，并將水位信號通過無線網絡發送至遠程控制終端，可避免現場看守，省時省力。本發明專利技術光伏板占地面積小，揚程低，使用靈活方便，且電能存儲成本低，能夠有效的實現節能灌溉。

【技術實現步驟摘要】
一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統
本專利技術涉及新能源利用及農業灌溉領域，特別是一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統。
技術介紹
目前，隨著能源的日漸短缺以及環境的日益惡化，綠色清潔能源的開發與利用提供了解決全球性能源和環境危機的有效途徑，而太陽能是目前開發和利用最可靠的清潔能源之一。我國大部分農作物灌溉系統均采用傳統的柴油機或電網作為動力源，不僅系統成本高，而且對環境易造成污染。近年來出現的光伏水泵系統，主要采用集中式一次提水技術構成農業灌溉系統，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，不符合集約化農業的要求。專利號為ZL201120454103.7的技術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，用于農業灌溉系統時還要再次使用水泵加壓，造成能源浪費。經檢索，未發現有基于分層提水蓄能的丘陵山區分布式自壓灌溉光伏系統的公開文獻報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于丘陵山區分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，將集中式的大功率水泵系統變成分布式的小功率水泵系統，使光伏板的占地面積減少，并利用丘陵山區的高程，將小功率的水泵系統分層安裝在丘陵山區的不同高程，使得光伏板轉換的太陽能變成水池中的勢能，達到蓄能的目的，需要灌溉時，用上層蓄水池所具有的勢能對下層農作物進行自壓灌溉，達到節能的目的，克服了采用集中式一次提水技術構成的農業灌溉系統存在的占地面積大、能耗和成本高等問題。本專利技術的技術方案是：一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，包括若干組分層安裝在不同海拔上的光伏水泵系統和蓄水池，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用于給上一層所述蓄水池提水；所述光伏水泵系統包括光伏板、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；所述光伏板將采集的太陽光能轉換成電能，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，實現分層提水蓄能；所述變頻逆變器與控制器連接，所述控制器調節所述變頻逆變器的輸出電壓，從而實現對所述電機和所述水泵的控制。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行跟蹤，使系統工作在所述光伏板的最大功率點處。進一步的，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行調速，使所述水泵在當前光照下能輸出最大的流量。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，將水位信號發送到所述控制器的水位檢測模塊。上述方案中，還包括遠程控制終端，所述遠程控制終端與協調器連接，每層所述控制器通過與其連接的無線信號收發器將所述水位信號發送至所述協調器，所述協調器將信號傳輸到所述遠程控制終端，由所述遠程控制終端進行數據處理并發出相應的指令，再通過所述協調器發送到每層所述無線信號收發器并傳輸給所述控制器，所述控制器依據接收到的指令控制所述電機的啟停，實現遠程操控。進一步的，所述控制器為MSP430單片機。上述方案中，相鄰的兩層所述光伏水泵系統和所述蓄水池之間的海拔高度差是一樣的。本專利技術的有益效果是：1、本專利技術中應用于丘陵山區不同層之間進行分層提水蓄能，將光伏板轉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，用于灌溉低層的農作物，且各層的光伏水泵系統相互形成一個分布式網絡。2、本專利技術各系統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絡和遠程控制終端進行通信，實現遠程操控避免現場看守，省時省力。3、該系統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進行農業灌溉，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構成的農業灌溉系統存在的占地面積大、能耗和成本高等問題，實現了節能灌溉。4、系統控制器采用MSP430單片機為處理器，其具有超低功耗和高性能的優點。附圖說明圖1為本專利技術的分布示意圖。圖2為本專利技術的系統框圖。圖3為最大功率點跟蹤流程圖。圖4為無線通信流程圖。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、協調器；9、遠端控制終端。具體實施方式在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。在本專利技術中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，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，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本專利技術中的具體含義。下面結合附圖具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明，但本專利技術的保護范圍并不限于此。如圖1所示，在丘陵垂直方向，按照海拔的不同進行分層，每層都安裝了一套光伏水泵系統且設有蓄水池6分別組成各自的自壓灌溉系統，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用于給上一層所述蓄水池6提水。如圖2所示，所述光伏水泵系統包括光伏板1、與所述光伏板1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；所述光伏板1將采集的太陽光能轉換成電能，所述變頻逆變器2將所述光伏板1輸出的直流電壓變換成交流電壓以驅動電機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，實現分層提水蓄能。所述變頻逆變器2與控制器3連接，所述控制器3調節所述變頻逆變器2的輸出電壓，從而實現對所述電機4和所述水泵5的控制。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1連接，用來判別所述光伏板1實時功率是否為最大功率點，并對所述光伏板1輸出的最大功率點進行跟蹤，使系統工作在所述光伏板1的最大功率點處。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1的輸出電壓和電流進行實時采樣，并計算出輸出功率，隨著輸出功率的變化，所述控制器3的調速模塊303通過改變所述變頻逆本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，其特征在于，包括若干組分層安裝在不同海拔上的光伏水泵系統和蓄水池(6)，每層所述蓄水池(6)通過水泵(5)及輸水管連接，每層所述光伏水泵系統用于給上一層所述蓄水池(6)提水；所述光伏水泵系統包括光伏板(1)、與所述光伏板(1)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；所述光伏板(1)將采集的太陽光能轉換成電能，所述變頻逆變器(2)將所述光伏板(1)輸出的直流電壓變換成交流電壓以驅動電機(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，實現分層提水蓄能；所述變頻逆變器(2)與控制器(3)連接，所述控制器(3)調節所述變頻逆變器(2)的輸出電壓，從而實現對所述電機(4)和所述水泵(5)的控制。

【技術特征摘要】
1.一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，其特征在于，包括若干組分層安裝在不同海拔上的光伏水泵系統和蓄水池(6)，每層所述蓄水池(6)通過水泵(5)及輸水管連接，每層所述光伏水泵系統用于給上一層所述蓄水池(6)提水；所述光伏水泵系統包括光伏板(1)、與所述光伏板(1)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；所述光伏板(1)將采集的太陽光能轉換成電能，所述變頻逆變器(2)將所述光伏板(1)輸出的直流電壓變換成交流電壓以驅動電機(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，實現分層提水蓄能；所述變頻逆變器(2)與控制器(3)連接，所述控制器(3)調節所述變頻逆變器(2)的輸出電壓，從而實現對所述電機(4)和所述水泵(5)的控制。2.根據權利要求1所述的一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，其特征在于，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(1)連接，用來判別所述光伏板(1)實時功率是否為最大功率點，并對所述光伏板(1)輸出的最大功率點進行跟蹤，使系統工作在所述光伏板(1)的最大功率點處。3.根據權利要求2所述的一種分層提水蓄能的分布式自壓灌溉光伏系統，其特征在于，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(1)的輸出...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯躍，肖妹，湯玲迪，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32