大学生创新项目研究报告

大学生创新项目研究报告

项目名称：无人值守式太阳能水泵

项目类型：一般项目

项目年度： 2015年

项目负责人：李庆

负责人院（系）：机械交通学院

专业（方向）：交通运输

项目组成员：徐剑、吴跃、王瑞、梁运洋指导教师：王晓暄(副教授）

新疆农业大学教务处制

摘要

无人值守式太阳能水泵系统是一套全自动提水系统，它将太阳能转化为电能，驱动各类电动机带动各类高效节能水泵运行从而在深井河湖等水源提水，是一套全机械化的蓄水系统，可广泛应用于众多领域，跟据当地具体情况，确定水资源充足的保有量。它既可提供洁净的人畜饮水，又可根据植被根系含水量，判断其土壤层湿度自动进行浇灌。整套系统具有无噪声、全自动、高可靠、低消耗、高效能、免维护、供水量与蒸发量适配性好的特点。研究目的在于大力推广此项汲水系统，减少化石燃料的使用，减少有害物排放；机械智能化，完全解放劳动力，让每个人都有能力去更加方便的提取及使用水资源。

本文主要的研究内容和结论如下：（1）太阳能水泵系统研究的目的和意义（2）讲述光伏水泵的基本构造及原理（3）光伏水泵的设计方案，基本性能参数，创新点。

【关键词】：太阳能水泵自动免维护性能参数

目录

摘要 (1)

引言 (4)

1.研究过程 (5)

1.1组织研究过程 (5)

1.1.1 本项目研究的主要内容 (5)

1.1.2 项目成果 (6)

1.1.3过程管理 (6)

1.1.4问题分析 (6)

1.2 研究方法的选择和使用 (7)

2.研究的实施 (8)

2.1控制器的选取 (8)

2.2低日照保护 (8)

2.3蓄电池的选取 (8)

3.无人值守式光伏水泵系统 (8)

4.项目优点与创新 (12)

5.结论 (13)

参考文献 (14)

引言

虽然我国地大物博，物产丰富，但是还有很多土地不能被直接有效合理的利用，如植被稀少的荒漠地区。与此同时由于人为破坏和不合理开发活动，使本来就很脆弱的生态环境日益恶化，水上流失、森林减少、土地沙化、盐碱化、荒漠化、等生态环境问题越来越严重，导致空气质量下降，沙尘暴增多。恶化的生态环境迫使世各国开始积极寻找一条新的可持续发展的能源之路。太阳能、风能、地热能等清洁能源已逐渐受到了人类的重视，而这其中，太阳能无疑处于最突出的地位。在我国大西北、西藏和内蒙古等远离电网的偏远地区，很多人喝不到干净的饮用水，在可利用草地面积中，有30％因为缺乏人畜饮水而未能利用。而这些地区同时又是太阳能资源非常丰富的地区，因此，在这些地区发展太阳能水泵技术对合理开发水、土等资源，建设绿色大西北，解决这些贫困地区的饮用水和农牧业用水具有明显的社会效益和经济效益。

联合国计划开发署、世界银行、亚太经社会等国际组织都先后充分肯定了它的先进性与合理性。目前在这些国际组织的支持下，全世界已有数万台不同规格的太阳能水泵在不同地区和国家运行，特别是在亚、非、拉及中东等发展中国家，已为许多贫困地区的人民带来相当可观的经济效益，加速这些地区的发展步伐。

作为新时期的大学生，我们也将投身于经济环保的发展大军中，利用太阳能绿色，无污染、无需包装运输、取之不尽、用之不竭的特点，对此进行研究，提出了太阳能水泵系统。

太阳能水泵也称光伏水泵，是当今世界上阳光丰富地区，尤其是缺电无电的边远地区最具吸引力的供水方式，也是近若干年来迅速发展起来的光机电一体化

系统，它利用太阳电池板转化的电力，通过最大功率点跟踪以及变换、控制等装置驱动直流、永磁、无刷、无位置传感器、定转子双塑封电机或高效异步电机或高速开关磁阻电机带动高效水泵，将水从地表深处提至地面供农田灌溉或人畜饮用。利用随处可取的太阳能，全自动工作，日出而作，日落而歇，无需人员看管，维护工作量可降至最低。不需要柴油、电网，后接蓄水系统，与各种灌溉设施配套应用，可广泛用于无电地区的人蓄用水以及边防、海岛哨所等高度分散点的用水，是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源系统，是全球能源问题解决方案的首选技术应用产品。太阳能水泵系统从设计到制造涉及电气、机械、电力电子、计算机、控制等多个学科的近代技术，为发展现代农业、节能、环保等提供了极其良好的手段。本系统具有良好的长效经济性，特别是和常见的柴油机抽水相比较，具有压倒的经济性优势。发展这种新型环保节能产品无疑将会对发展产业、发展经济，特别是发展干旱地区的现代农业，带来良好的经济效益和社会效益，它特别符合建设“资源节约型”及“环境友好型”社会的发展战略。

1研究过程

1.1组织研究过程

1.1.1本项目研究的主要内容

此项目主要研究新能源太阳能技术与传统汲水技术的结合，包括以下几个方面：

1.太阳能采集系统的设计

2.控制器设计

3.供电系统电路设计

4.整体及电路设计

1.1.2项目成果

经过导师及小组成员的共同努力，“无人值守式太阳能水泵”项目已经成功完成理论阶段并投入实体模型建设。在此期间，小组成员明确了项目内容、目标和方向，并且理论联系实际，完成结构图一份，并成功制造出无人值守式太阳能水泵系统模型一个。

现实中因为实际操作时环境的限制，我们暂时采用蓄电池来代替太阳能电池板所提供的电能，利用它的电能直接驱动水泵从模型湖河中提取水资源储存到模型水箱中，利用控制器控制水泵工作，实现设计中的水位自控功能；根据不同地区日出日落光照的变化规律，使控制器控制步进电机在一定时间内转动相应角度，获得最大光照，实现设计中的自主追日功能；在最后系统的应用方面我们加入了自动灌溉装置，采用土壤湿度传感器检测土壤层的含水量，当含水量过少时系统就会实行自动灌溉功能。

与此同时，由于一些因素的限制，现有系统还不能完全符合我们理想的模型。每当太阳落山，在太阳能电池板在完成一天的工作之后应该回到最初所设定的位置，为第二天的工作做好准备，实现夜晚自动回位功能。在实际的模型建设中，由于其难度系数我们未能完成这一点。

1.1.3过程管理

小组成员隔周召开例会，讨论检查课题研究进度并且评估课题研究目标和各项任务的研究情况。项目进行期间，组长带领小组成员面见项目主要指导教师，