太阳能节水灌溉技术的研究及应用现状

杨晓龙　贾生海

摘要：指出了随着可再生新能源的开发利用受到全世界的广泛关注，以太阳能为能源的节水灌溉技术也备受关注。主要从研究现状、发展过程中存在的问题以及发展趋势方面阐述了太阳能灌溉技术的研究及应用现状，以期提供参考。

关键词：太阳能；节水灌溉；光伏系统

中图分类号：TK519

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）20017102

1引言

太阳能节水灌溉技术是在20世纪初国际上发展起来的一门新型的跨学科综合技术，其核心是以太阳能作为系统能源，取代了传统的以燃油、电等作为节水灌溉系统所需的能源，通过辅以现代计算机技术优化设计可以全面提高节水灌溉效率，进而降低劳动生产力，实现灌溉精准化、精量化与自动化的同步进行。该系统具有低碳、环保、节能及方便管理等优点，目前太阳能灌溉在现代农业灌溉方面的研究中得到了较大发展，并且已有许多系统投入工程实践应用，笔者主要从研究现状、发展过程中存在的问题以及发展趋势方面阐述了太阳能灌溉技术的研究及应用现状，以期为太阳能灌溉技术的发展提供参考。

2国内研究现状

我国一直非常重视可再生能源的开发和利用，2000年以来，国家层面的水电、风电及太阳能保持齐头并进的发展趋势。随着油价的上涨以及光伏电池价格的下降，太阳能利用变得越来越经济，以太阳能为能源的光伏系统得到了很大发展。苏建徽[1]研究了直流无刷电机驱动之光伏水泵系统中最大功率跟踪过程的控制方式及交流变频电机驱动之光伏水泵系统的拓朴结构，提出了光伏水泵系统的群控概念及其相应的拓朴结构研究结果。丛进等[2]设计了一种具备一定智能保护功能的光伏水泵控制系统，并提出了一种改进的无位置传感器无刷直流电机控制方法。陈庆东等[3]设计了一种可实时自动检测温度与湿度且配有无线收发模块的太阳能自动微灌演示系统。李明刚等[4]設计了一种由供电和供水两部分组成的太阳能温室滴灌系统，该系统工作效率高、成本低，且其水泵体积小、重量轻、使用寿命长。王东伟[5]利用了最大功率点跟踪方法使光伏电池工作于最大输出功率点上，获得高效功率输出。并根据农业用灌溉泵的特点设计出符合性能要求的自吸泵，并计算出了相关参数。

近年来随着太阳能电池材料和光伏技术的发展，具有巨大社会和经济效益的光伏水泵系统得到了广泛的应用。由于其具有安装方便、可不携带电池、不受电源和地点的限制以及移动性强等优点，已经被广泛的应用于人畜饮水和移动灌溉等各个领域之中。刘家宏等[6]从水资源的角度研究了太阳能光伏水泵技术能否大规模推广用于草场灌溉和生态修复以及资源和环保领域，提出青海省太阳能提水灌溉修复草场的5点要求：即区域降水量阈值一般在300～600 mm之间，地下水埋深不宜超过30 m，供水距离不宜超过500 m，微喷灌系统用水的悬浮物要小于200 mg/L，总含盐量一般要低于2 g/L，灌溉草场区域坡度角不超过坡度9%。吴卫熊[7]以广西田东县思林镇真良村太阳能提水灌溉试验区为基础，通过利用集成的太阳能光伏与蓄水系统及灌溉系统，使得太阳能光伏提水灌溉在灌溉火龙果时可以提高单产40.5%，亩均增产超过1000元，取得了良好的效果。李光辉等[8]采用一台25 m3/h、17 m、2.2 kW的太阳能节水灌溉专用高效潜水泵与一台20 m3/h、80 m、5.5 kW的专用高效地面泵串联运行的方式，在太阳能节水灌溉专用逆变控制器的作用下，实现了能量跟踪控制和智能故障保护功能，并成功的应用于阿坝州红原县瓦切乡的沙化生态修复中，有效的解决了作物用水难题。

3存在的问题

（1）整套太阳能灌溉系统一次性投入费用比较高，在农村偏远地区的农牧民难以承受。

（2）太阳能光伏系统与其它灌溉系统之间的匹配性较差，主要是受环境温度及设计方面的影响。

（3） 太阳能光伏系统的技术方面不够完善，主要是由于目前国内在这方面的研究成果很少，现有光伏水泵基本都是按常规设计方法设计，导致运行时不仅效率低而且可靠性也差。

4发展趋势

我国农村地区土地分散且边远地区集中建设配套电网的投资和难度较大，而在许多农业生产区，通常情况下日照时间长，太阳能资源比较丰富。这些地区往往也是水资源紧缺和生态严重退化的地区，以太阳能为能源的节水灌溉技术在此类地区具有很大的发展潜力，以下为主要发展趋势。

（1） 向小规模化和小型化的节水灌溉装备方向发展，更加适应于局部偏远地区的节水灌溉。

（2）向太阳能与其它能源的结合使用方向发展，如太阳能与风能之间的互补利用，晴天可利用太阳能发电，夜间和阴雨天无阳光时可利用风能发电，从而实现了全天候发电的功能。

（3）开发适合农村地区的以生物质为能源的灌溉系统。

（4）结合先进的计算机网络技术，开发更加完善的自动控制系统，使节水灌溉技术向智能信息化方向发展。

5结语

太阳能节水灌溉技术是一项具有广阔应用前景和巨大社会及经济价值的现代农业技术，在我国西部偏远的缺乏电力供应的地区，开发太阳能提水和节水灌溉技术不但可以充分利用分布广泛的绿色能源，发展灌溉农牧业，还可以保护人类赖以生存的生态环境。

参考文献：

[1]

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[2]丛进，莫岳平，张丽丽，等. 基于DSP小型光伏水泵控制系统研究[J]. 电力电子技术，2010，44（10）：17～19.

[3]陈庆东，王俊平，马国利. 太阳能自动微灌演示系统设计[J]. 物理实验，2013，33（5）：33～35.

[4]李明刚，王万章，朱二丽，等. 太阳能温室滴灌系统设计[J]. 节水灌溉，2010（3）：47～49.endprint

[5]王东伟. 自动跟踪式太阳能光伏水泵设计及性能预测[D].兰州：兰州理工大学，2012.

[6]刘家宏，徐鹤，王浩，等. 太阳能光伏水泵提水灌溉修复草场的水资源要求[J]. 干旱区资源与环境，2013，27（6）：20～25.

[7]吴卫熊. 太阳能光伏提水技术在广西大石山区灌溉工程的应用[J]. 广西水利水电，2017（1）：71～73.

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Research and Application Status of Solar Energy Saving Irrigation Technology

Yang Xiaolong， Jia Shenghai

（School of Water Conservancy and Hydropower Engineering， Gansu Agricultural University， Gansu， Lanzhou， 730070， China）

Abstract： With the development and utilization of renewable new energy attracted worldwide attention， solar energy based water-saving irrigation technology has attracted much attention. This paper expounded the research and application status of solar irrigation technology mainly from the current research situation， the existing problems in the development process and the development trend.

Key words： solar energy； water saving irrigation； photovoltaic systemendprint