利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统技术方案

本发明专利技术涉及光伏领域，公开了一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，包括至少一个蓄水塔，用于储存由光伏水泵抽取的地下水；光伏水泵，用于抽取地下水并储存在蓄水塔中；光伏模块，包括竖立在地面上的立柱、以可转动方式设置在立柱上端的支架、与支架固定连接且用于为光伏水泵和电网供电的太阳能板、分别设置在太阳能板两侧的第一水箱和第二水箱，以及沟槽型匀光玻璃板；所述第一水箱和第二水箱与蓄水塔连通；分布式重力滴灌模块，与第一水箱和第二水箱连通并以滴灌方式灌溉光伏模块下方的农作物；通过改变第一水箱、第二水箱内的水量比例来改变太阳能板的倾角，使太阳能板所在平面始终正对太阳光入射方向。

【技术实现步骤摘要】
利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统
本专利技术涉及光伏领域，具体涉及一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统。
技术介绍
(1)单轴光伏系统成本高，难以普及：单轴追踪光伏系统能够实时跟踪太阳，使太阳光直射太阳能板，从而增加太阳能板接收到的太阳辐射量，提高光伏发电系统的总体发电量。现有的单轴追踪光伏系统依赖回转减速器或电机驱动，结构相对复杂，初期建设投入成本高，稳定性差，后期维护成本高，且实现单轴追踪需要耗费电能。(2)农业用水浪费严重，水资源利用率低：中国农业用水量占2019年全年用水总量的61.2％，农业耗水量占全国耗水总量的74.6％，耗水率64.8％，农田灌溉水有效利用系数仅为0.559，水资源利用率低，且浪费严重；此数据详见水利部发布的《2019年中国水资源公报》，滴灌可以将水资源利用率提高到近95％，能够节约水资源。(3)农业劳动生产率低，需要科技创新赋能：中国农业劳动生产率发展迟缓且远低于高收入国家和发达国家，约为美国和日本的1％，需要高科技的赋能，以提高生产力。农业光伏是将农业与新能源结合的重要方式，但当前的主要方式造成了严重的农作物生长与光伏发电争光，使农作物减产严重，因此国家立刻出台文件禁止光伏用地侵占农业用地，保证基本耕地健康发展。本专利技术提供一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，同时解决了以上三个棘手问题，相比于其他常见的农业光伏系统，沟槽型匀光玻璃板的引入使农作物不减产，利用滴灌灌溉的同时实现了光伏的单轴追踪，进一步提高了10％～20％的发电量，将农业灌溉用水的利用率提升到95％，高效节水，此外单轴追踪和滴灌的实现无需消耗电网中的电力，结构简单，能源自持。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，能够在仅依靠太阳能的情况下实现系统的持续运转，包括，至少一个蓄水塔，用于储存由光伏水泵抽取的地下水；光伏水泵，用于抽取地下水并储存在蓄水塔中；光伏模块，包括竖立在地面上的立柱、以可转动方式设置在立柱上端的支架、与支架固定连接且用于为光伏水泵和电网供电的太阳能板、分别设置在太阳能板两侧的第一水箱和第二水箱，以及能够将入射的太阳光均匀分散到农作物表面的沟槽型匀光玻璃板；所述第一水箱和第二水箱与蓄水塔连通；分布式重力滴灌模块，设置在光伏模块下方，与第一水箱和第二水箱连通并以滴灌方式灌溉光伏模块下方的农作物；通过改变第一水箱、第二水箱内的水量比例来改变太阳能板的倾角，使太阳能板所在平面始终正对太阳光入射方向。进一步地，所述太阳能板与沟槽型匀光玻璃板共平面固定连接，且位于沟槽型匀光玻璃板两侧。进一步地，包括与蓄水塔连通且位于太阳能板、沟槽型匀光玻璃板表面的排水孔；所述排水孔内排出的水能够清除太阳能板、沟槽型匀光玻璃板表面的灰尘。进一步地，包括转轴、固设在转轴上的转轴阻尼缓冲器，以及固设在立柱上端且能够限制太阳能板最大倾角的滑动限位套环；所述支架与立柱的上端通过转轴连接。进一步地，所述立柱的内部中空；所述农业光伏系统包括设置在立柱内部的进水管和出水管；所述第一水箱、第二水箱通过进水管与蓄水塔连通，且通过出水管与分布式重力滴灌模块连通。进一步地，包括设置在转轴上的倾角传感器、设置在进水管上的进水电磁阀、设置在出水管上的出水电磁阀以及控制系统；所述控制系统与倾角传感器、光伏水泵、进水电磁阀、出水电磁阀进行信号连接。进一步地，包括与太阳能板电连接的光伏逆变器、设置在蓄水塔内的水位传感器、蓄水塔进水管以及设置在蓄水塔进水管上的蓄水电磁阀；所述蓄水塔与光伏水泵通过蓄水塔进水管连通；所述光伏逆变器、水位传感器、蓄水塔进水管均与控制系统进行信号连接。进一步地，所述第一水箱、第二水箱分别位于支架两侧，当综合农业光伏系统整体固设在农田上时，所述第一水箱位于支架的东侧，第二水箱位于支架的西侧。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：1.本专利技术所述的综合农业光伏系统通过蓄水塔储存水量，即以水势能的形式存储太阳能，通过预埋管道或铺设的供水管将存水供给光伏模块的水箱，实现农业灌溉、单轴追日、太阳能板自清洁，可在近乎百分之百光伏能源供应的前提下形成一个独立稳定运行的可以实现电能、生活用水、农牧业用水供给，农作物种植的绿色生态农业系统。该系统在增加土地利用率，显著增加农民收入，大幅降低农业灌溉用水的同时，大幅降低碳排放，帮助土地恢复生产力；并利用两个水箱的重力变化实现太阳能板的单轴追日和农作物的自动滴灌，节约水资源；沟槽型匀光玻璃板，使种植在光伏组件下方的农作物能接收到分布均匀、强度足够的散射光，不会因光伏组件的遮荫降低农作物产量和品质。2.通过排水孔实现光伏组件和玻璃板自清洁，使光伏组件持续高效运行，匀光玻璃板保持高透光率。附图说明图1为本专利技术综合农业光伏系统整体的结构示意图；图2为本专利技术的俯视图；图3为本专利技术平单轴光伏模块的结构示意图；图4为本专利技术平单轴光伏模块排水孔的位置示意图；图5为本专利技术斜单轴光伏模块的结构示意图；图6为本专利技术斜单轴光伏模块排水孔的位置示意图；图7为本专利技术综合农业光伏系统整体的结构框图；图8为本专利技术部分功能闭环控制的工作流程图；图9为本专利技术太阳能板倾角变化原理的示意图；图10为本专利技术扇形板及扇形板上圆孔的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种优选实施方式作详细的说明。如图1、2、3、5所示，综合农业光伏系统包括：蓄水塔10、光伏水泵30、分布式重力滴灌模块40、光伏逆变器、控制系统、光伏模块，其中该光伏模块包括常规的太阳能板22、沟槽型匀光玻璃板21、中空的立柱25、第一水箱272、第二水箱271、倾角传感器、滑动限位套环、转轴阻尼缓冲器261。根据该系统具体的使用地区不同，将光伏模块设计为平单轴光伏模块和斜单轴光伏模块；平单轴光伏模块适用于低纬度地区，一般为纬度40°以下地区；斜单轴光伏模块适用于中高纬度地区，一般为纬度40°以上地区；上述对低纬度、高纬度的定义仅为示例型描述，对本专利技术的保护范围不构成限制性条件。所述蓄水塔用于储存由光伏水泵抽取的地下水，每个综合农业光伏系统按需配备一个或两个以上的蓄水塔，蓄水塔的蓄水量至少满足一周的农牧业及生活用水需求。所述光伏水泵用于抽取地下水，储存在蓄水塔中。所述分布式重力滴灌模块设置在光伏模块下方，使用第一水箱和第二水箱中的存水给光伏模块下方种植的农作物补充生长所需用水，相比喷灌节水35％-75％，水的利用率高达95％。所述光伏逆变器连接着光伏模块，将光伏发电转换为交流电，提供给农户日常使用或并入电网余电销售。太阳能板也称光伏组件，其与沟槽型匀光玻璃板共平面设置。沟槽型玻璃板经过光学设计优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，能够在仅依靠太阳能的情况下实现系统的持续运转，其特征在于：包括，/n至少一个蓄水塔，用于储存由光伏水泵抽取的地下水；/n光伏水泵，用于抽取地下水并储存在蓄水塔中；/n光伏模块，包括竖立在地面上的立柱、以可转动方式设置在立柱上端的支架、与支架固定连接且用于为光伏水泵和电网供电的太阳能板、分别设置在太阳能板两侧的第一水箱和第二水箱，以及能够将入射的太阳光均匀分散到农作物表面的沟槽型匀光玻璃板；所述第一水箱和第二水箱与蓄水塔连通；/n分布式重力滴灌模块，设置在光伏模块下方，与第一水箱和第二水箱连通并以滴灌方式灌溉光伏模块下方的农作物；/n通过改变第一水箱、第二水箱内的水量比例来改变太阳能板的倾角，使太阳能板所在平面始终正对太阳光入射方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，能够在仅依靠太阳能的情况下实现系统的持续运转，其特征在于：包括，
至少一个蓄水塔，用于储存由光伏水泵抽取的地下水；
光伏水泵，用于抽取地下水并储存在蓄水塔中；
光伏模块，包括竖立在地面上的立柱、以可转动方式设置在立柱上端的支架、与支架固定连接且用于为光伏水泵和电网供电的太阳能板、分别设置在太阳能板两侧的第一水箱和第二水箱，以及能够将入射的太阳光均匀分散到农作物表面的沟槽型匀光玻璃板；所述第一水箱和第二水箱与蓄水塔连通；
分布式重力滴灌模块，设置在光伏模块下方，与第一水箱和第二水箱连通并以滴灌方式灌溉光伏模块下方的农作物；
通过改变第一水箱、第二水箱内的水量比例来改变太阳能板的倾角，使太阳能板所在平面始终正对太阳光入射方向。


2.根据权利要求1所述利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，其特征在于：所述太阳能板与沟槽型匀光玻璃板共平面固定连接，且位于沟槽型匀光玻璃板两侧。


3.根据权利要求1所述利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，其特征在于：包括与蓄水塔连通且位于太阳能板、沟槽型匀光玻璃板表面的排水孔；所述排水孔内排出的水能够清除太阳能板、沟槽型匀光玻璃板表面的灰尘。


4.根据权利要求1所述利用重力势能实现单轴追踪的综合农业光伏系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑佳楠，陈方才，张昕昱，刘文，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34