太阳能微灌供水系统试验研究

【摘要】：随着现代节水灌溉技术和太阳能光伏发电技术的不断发展,利用太阳能驱动光伏水泵进行提水在无电、严重缺电的干旱、半干旱地区灌溉方面具有广阔的应用前景,对利用太阳能、节约水资源有着十分重要的意义。 本文提出一种太阳能微灌供水系统,对系统中微灌需水量、太阳能光伏电池和水泵进行了设计计算和相关的试验验证,最后对优化后的太阳能供水系统提出了一种单片机控制方案,以达到充分利用太阳能和提高系统供水量的目的。本文主要内容概括如下： (1)简述了现代节水灌溉技术和太阳能光伏发电技术的发展状况,研究了独立型光伏系统的构成和类型,提出了一种由直流隔膜泵供水的光伏水泵系统,介绍了直流隔膜泵的工作原理和特性。 (2)分析了太阳能电池的构造、发电原理及其主要特性,在此基础上,根据系统要求对系统中太阳能电池的容量进行设计计算,并确定了太阳能电池板的最佳安装倾角。 (3)对所建立的系统进行了吸程试验、系统供水性能试验和微喷灌试验。试验结果表明系统运行状态良好,即便在光辐射强度较低的情况下系统也能实现供水,水泵晴天工作时间可达6小时以上。试验用低压雾化喷头工作状况稳定,雾化效果较好；地插式微喷头灌水较均匀,喷灌有效半径达1.8m。此外,采用两台型号规格不同的水泵交替运行的方法组成的系统比一台水泵单独工作供水的系统供水量要大,效率更高。 (4)为实现系统太阳能高效利用,利用单片机对优化后系统的运行状态进行实时监控。对系统中所需的单片机、光辐射传感器、温度传感器等元器件进行选型,并对系统的控制电路和控制流程进行设计。建立了太阳能微灌供水单片机控制系统,优化后的系统采用光辐射传感器和温度传感器对气象条件进行实时检测,并将检测到的结果进行显示,还可人为地对系统中水泵工作时间及光辐射预置值进行设定,系统自动化程度高。 【关键词】：太阳能 供水 微灌 光伏电池 单片机
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S214.9;S275.5
【目录】：

• 致谢4-7
• 摘要7-8
• 1 引言8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 文献综述9-14
• 1.2.1 现代节水灌溉技术及其发展状况9-11
• 1.2.2 太阳能光伏发电技术及其发展状况11-12
• 1.2.3 光伏水泵系统及其推广应用12-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 2 太阳能微灌供水系统原理及结构15-21
• 2.1 独立型光伏系统构成及分类15-16
• 2.2 太阳能微灌供水系统及需水量计算16-18
• 2.2.1 太阳能微灌供水系统原理及结构16-17
• 2.2.2 微灌需水量计算17-18
• 2.3 光伏水泵结构及特性18-21
• 2.3.1 光伏水泵基本结构及工作参数18-19
• 2.3.2 隔膜泵选用及其原理与特性19-21
• 3 太阳能电池特性及其容量计算21-31
• 3.1 太阳能电池构造及发电原理21
• 3.2 太阳能电池特性21-25
• 3.3 太阳能电池容量设计及最佳安装倾角的确定25-31
• 4 系统性能试验及分析31-40
• 4.1 吸程试验31-33
• 4.2 系统供水性能试验33-38
• 4.3 微喷灌试验38-40
• 5 控制系统设计40-57
• 5.1 控制系统建立与主要硬件40-44
• 5.1.1 AT89C52单片机的性能及引脚功能40-41
• 5.1.2 TSL230型光/频转换器工作原理及性能41-43
• 5.1.3 DS1822型温度传感器43-44
• 5.2 控制系统硬件电路设计44-53
• 5.2.1 主电源电路设计44-45
• 5.2.2 数据采集电路设计45-47
• 5.2.3 实时时钟电路设计47-48
• 5.2.4 驱动控制电路设计48-49
• 5.2.5 显示电路设计49-51
• 5.2.6 按键和报警电路设计51-53
• 5.3 控制系统软件部分53-57
• 5.3.1 主程序设计53-55
• 5.3.2 时间设定子程序55-56
• 5.3.3 光辐射设定子程序56-57
• 6 总结与建议57-58
• 6.1 总结57
• 6.2 建议57-58
• 参考文献58-61
• Abstract61-63
• 附录63

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