太阳能自动灌溉系统设计(课程汇报)

类型：课程设计

名称：太阳能自动灌溉系统设计关键词：光伏发电原理；自动灌溉系统原理；自动跟踪系统原理

第一章前言

1.1论文的研究背景及意义

1.1.1 选题背景

全球普遍以不可再生的传统资源(如煤和石油)为主，以可再生资源（如风能和太阳能）为辅。随着不可再生资源的储能量越来越少，不可无限开采，开采的越来越艰难，同时在传统资源开采导致环境问题越来越严重的今天。于是，加大清洁能源的利用和使用是时事所需，已得到全球各国的共识。能源与国家和人民的生活息息相关，能源的短缺严重的影响国家科技经济和人民的日常生活和工作生产。

我国水资源的总量不够充足，人均水平更是低于世界平均水平，总量位居世界前十但是人均占有量仅2000多㎡，全球人均占有量是我国占有量的4倍。随着人民的生活水平的提高，导致绿地用水占城市用水的比例将越来越大。大力实施节约用水的绿地浇水方式有利于节约水资源的同时也可以绿化环境，而加大力度的解决城市绿地灌溉的问题是迫在眉睫的。

光伏发电系统的工作原理是利用太阳能电池组件（一种类似于晶体二极管的半导体器件）界面产生的光生伏打效应（物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的部分电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应）而将光能直接转变为电能，产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求情况下直接给负载供电，如果日照不足或者夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电变成交流电。

1.1.2研究意义

在传统的绿地灌溉中,大多采用人工浇灌的方式。这种灌溉方式不仅灌溉效率低，而且长期灌溉导致地表积盐会使植被生理受到很大的损害，同时也浪费了大量的水资源，据统计采用人工漫灌会造成80%的水资源浪费。近年来，很多城市采用了管网供水或者喷灌，有些较高级的场所使用滴灌，但是这些灌溉方式仍然会造成40%-60%的水资源浪费，这种方式虽然在某种程度上节约了一些水资源，但是仍然没有摆脱人工操作灌溉的方式。随着科技的进步和发展，越来越多的灌溉方式从传统的方式向自动灌溉的方式进行转变，自动灌溉设备的供电方式仍然依赖市网提供的电能，尤其是在夏季会为许多发达城市的市网供电加重负荷且有些灌溉区域根本无法采用市网供电。设计一款稳定、可靠、正常自动运转的自动灌溉装置已经成为农业和城市绿色化发展的重点需要解决的问题。

第二章光伏自动灌溉系统的工作原理

2.1光伏自动灌溉系统的工作原理

2.1.1 光伏发电系统的工作原理

光伏发电系统根据其运行模式，分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。光伏发电系统由光伏阵列、控制器、蓄电池组、逆变器、光伏发电系统的附属设施组成的供电主回路控制系统。光伏发电系统的工作原理是利用太阳能电池中的经过串联封装以后形成大面积的太阳能电池组件中的半导体界面的光生伏打效应而将太阳能转化为电能，再通过系统中的逆变器和控制器等器件转换成负载可以用的电能。根据光伏系统其运行模式又将光伏发电系统分为“独立光伏发电系统”和“并网光伏发电系统”。秉持为本市市网用电减小压力的原则，我们的本次的课题选用了“独立光伏发电系统”来进行研究。

1-1独立光伏发电系统工作原理图

2.1.2自动灌溉系统的工作原理

自动灌溉系统一种用于农田灌溉的节水控制系统，以单片机芯片作为核心控制器，利用土壤湿度传感器对采集到的土壤湿度信息为依据，调节水泵的开度，从而实现自动灌溉的节水控制系统。结合本文的文案，自动灌溉系统由温湿度传感器、单片机、水泵、液晶显示屏、电磁阀、灌溉喷头及若干水管组成。

1-2自动灌溉系统结构原理图

2.2.光伏自动灌溉系统的工作原理

2.2.1光伏自动灌溉系统相结合的工作原理

上述分析可知，光伏自动灌溉系统由光伏发电系统和自动灌溉系统两个部分组成。系统示意图如图2-1所示。

图2-1光伏自动灌溉系统结构示意图

系统中的光伏独立供电系统为整个系统的负载提供电能，自动灌溉系统的灌溉和储能为整个绿地提供灌溉，通过系统的土壤温湿度传感器和水位测试传感器来获取土地的含水情况，通过A/D转化器将信息交给该系统的核心部件单片机来处理信息，控制模块获取信息并对系统下一步的操作进行决策。

第三章光伏自动灌溉系统的结构组成及分析

光伏自动灌溉系统由光伏系统中的供电模块、光伏组件跟踪模块、自动灌溉系统中的传感器处理模块、单片机处理模块、显示模块、串口通信模块等模块组成，因此太阳能供电装置是数字化、智能化、模块化三位为一体的新兴产品，最近几年的发展很迅猛。它可以为在市电供应不便的情况下为农业灌溉提供安全稳定的供电电源，利用光伏电池板向蓄电池组充电，然后蓄电池组为整个系统提供电能。

3.1光伏供电系统的结构组成及容量设计

3.1.1光伏供电系统的结构组成

本系统的供电模块包括光伏阵列、逆控一体机、蓄电池组、这三大部分组成。结构如图1-1所示。下面分别介绍各部分。

（1）光伏阵列

光伏阵列是由一块块由多晶硅等材料制成的光伏板组成的。它利用自身的光生伏打效应将光能转化为电能，并将其存入蓄电池中，该过程清洁环保，相较于火电和核电等拥有其自身的优势。

（2）逆控一体机

逆控一体机是结合了逆变器和控制器的性能优点组成的，逆控一体机能够供应合适的充、放电流。还可以防止对蓄电池过充或过放电，从而对蓄电池起到很好的保护和延长寿命的作用，并且具有升压、逆变的功能，将蓄电池输出的直流电转换为220V的交流电。

（3）蓄电池组

蓄电池组是供电装置中唯一的储能部件，它将光伏板发出的电能保存下来，在需要时为系统中的设备提供能量。蓄电池在过充电及过放电的情况下，循环使用次数骤减。蓄电池组有许多的蓄电池结合而成，根据计算系统的各项需求可合理的配置蓄电池组，保证能满足系统的需求，又不过多浪费资源。

3.1.2光伏供电系统的容量设计

光伏系统的容量设计是需要在了解当地的气象条件的情况下对光伏供电装置的容量进行设计。之后综合各项设计从而达到理想高效的预期功能。

（1）气象参数

衢州市位于东经118°08′—119°20′北纬28°14′—29°30′

年平均气温15.8℃；倾斜面年辐射量1254.88kw.h/m2

水平面年辐照量Q：4258.8KJ/m2，峰值日照时数T：5.36/h

年平均降雨日数为157天

（2）用电需求分析

本文太阳能光伏绿地自动灌溉系统的灌溉对象为70平方米左右的城市绿地，其负载用电全部由太阳能独立供电的部分来提供的。主要的用电负荷有：自动跟踪装置、直流水泵、电