光伏新能源驅動雨水收集再利用及其在小農場中的應用研究

王曈

摘要：經濟的發展需要能源和水資源的支持，資源缺乏與應用效率偏低勢必會對我國的經濟發展造成一定程度制約。為了緩解我國能源和水資源短缺問題，人們研發了光伏新能源驅動雨水收集再利用系統（下文統一簡稱為光伏雨水回收利用系統），并將其應用在小農場中，從而減少小農場對于能源和水資源的消耗，提高經濟效益，改善生態環境。

關鍵詞：光伏;雨水收集;小農場;生態環境

能源能耗的不斷增多，能源缺口不斷加大，這對我國經濟安全，以及可持續發展都造成了較為嚴重的阻礙。在此背景下，人們加強了對光伏新能源的應用，將太陽能轉變為電能工人們應用，而隨著技術的不斷提高，光伏發電功率，成本達到了人們滿意的水平，這也使人們對廣泛應用新能源成為了可能。

1 光伏雨水回收利用系統設計

光伏雨水回收利用系統由以下幾個部分構成：

供電系統

針對光伏雨水回收利用系統中的供電系統采取分布式并網模式，其中的太陽能電池組件光伏陣列在具體連接上采用串聯方式，同時，為了實現對整個系統的保護，避免由于雷擊而導致系統遭受破壞，必須將避雷針安裝在指定位置處，而且還要安裝防浪涌保護器[1]。

雨水收集系統

為了使雨水收集系統作用能夠得到充分發揮，實現對雨水的高效收集，在具體布置上要采取平均方式進行，與此同時，相關工作人員要對施工現場具體情況，對安裝的雨水裝置孔徑、角度、遮陽等各個方面進行充分分析，進而保證安裝的合理性[2]。通過對收集裝置進行應用完成雨水收集工作，收集到的雨水利用導管快速流入到蓄水池中，經過沉淀處理后，使雨水水質能夠達到灌溉標準，用于灌溉，達到回收利用，減少水資源消耗量的目的。

（3）傳感與控制系統

該系統是確保光伏雨水回收利用系統在運行過程中穩定、安全的關鍵。對于種植的植物來說，不同類型的植物、不同生長時期對水的需求都會有所不同，總的來說，進行植物灌溉最佳時期就是植物在生長期間缺水時期。因此，在光伏雨水回收利用系統中利用不同傳感器，實現植物種植區域內的土壤溫濕度、PH值、空氣溫濕度等各項對植物生長會造成影響的各項參數進行動態監控，通過對監控獲取到數據的應用，實現對植物灌溉時的具體水量，以及時機進行確定，確保灌溉的合理性，保證植物健康生長。

2 光伏雨水回收利用系統的應用實例分析

結合某小區生小農場中的光伏雨水回收利用系統設計與施工進行身入分析。該小農場年平均日照時長約為1118h，主要集中在春季和夏季兩個季節，年降雨量約為1157mm，總的來說，該區域降雨相對較為豐富，應用光伏雨水回收利用系統可行，能夠取得不錯的經濟效益。

在光伏雨水回收利用系統具體應用時，為了最大程度降低小農場中樹木，以及周圍建設的各種高度不同建筑物對太陽能電池中各項組件而遮擋引起的熱斑效應，避免工程破壞小農場，利用金屬桿支撐太陽能組件，確保其在應用時穩定。

光伏雨水回收利用系統中的集雨裝置如果整體高度偏低，頂部口徑過大，在對其進行應用時，勢必都會對地面上種植的各項植植物生長造成較為嚴重影響，導致植物出現生長過慢等問題，但是，若整體設計高度過高，其在應用過程中受大風等因素影響，容易發生倒塌事故，因此為了提高裝置安全性，保證其在應用過程中不會出現事故，要加設防倒拉鎖等各種裝置，這也就提高了成本。本次系統中設計的集雨裝置采用碳鋼材料制作而成，在綜合考慮種植的植物和周圍建筑高度和密集程度基礎上，最終決定讓其與地面保持2.2m高度，內部采取中空結構，同時為了避免其在長期應用過程中出現銹蝕，導致其性能遭受破壞，無法滿足應用需求，在其表面涂抹了防銹漆，避免出現銹蝕問題[3]。

在裝置頂端利用不銹鋼網孔作為頂部濾網，實現對頂部的保護，避免落葉、塑料袋等各種物質進入到管道內部，導致管道發生堵塞問題。對于集雨罩在設計上可以采用倒錘形，通過對其進行應用，能夠提高雨水收集效率，而且可以讓陽光照射到地面植物上，避免大面積遮擋植物，影響植物光合作用。通過對光伏雨水回收利用系統進行應用，可以收集到大量雨水，利用導水管讓雨水流入到了蓄水池中，整個系統一共設計體積大小為1m3蓄水池兩個，分別記作蓄水池A和蓄水池B，其中蓄水池A連接集雨裝置，連接部位必要緊密，不得出現雨水泄露問題，以免發生滲漏，影響其應用，針對采集到的雨水經過沉淀過濾處理之后，采用直流泵將處理后的雨水受到蓄水池B中，利用直流泵將蓄水池B與灌溉系統連接到一起。為了確保蓄水池的作用能夠得到合理發揮，需要將水位傳感器安裝在蓄水池中，同時，要還要設計自來水旁路，依據蓄水池內水位的改變，通過自動方式，采用直流電磁閥實現自來水補水，或者采用直流泵，完成相排水作業。光伏雨水回收利用系統中采用的直流泵要依據供水的實際需求進行選擇，確保采用的直流泵能夠滿足應用需求[4]。

由于本次分析的小農場中種植的植物以花木類植物為主，因此，在具體灌溉時采取小水量方式進行，為了達到小水量灌溉需求，而且能夠保持長時間灌溉，不會出現斷灌溉情況，提高水資源利用率，滿足植物生長需求，在進行系統設計時，采取了滴灌和空中噴散方式。滴灌在地面布設上要圍繞整個農場進行，灌溉水通過滴灌以水滴方式進入到土壤，這能夠提高灌溉水的利用率，以最少的灌溉水量為代價，滿足植物生長需求。而空中分散覆蓋的直徑約為5.5m，通過這一方式進行應用，能夠實現對溫度和空氣濕度的合理調節，為植物生長營造一個良好生長環境。光伏雨水回收利用系統在小農場調試成功，投入應用，正常運行，其符合光伏系統并網技術，獲得到了電力部門認可，并入了電網中，發揮出了期望的作用。

3 結語：

光伏雨水回收利用系統的在小農場中應用，符合可持續發展理念，通過對其進行應用能夠將自然界中過的太陽能與降雨合理結合到一起，這減少了電能消耗，同時，也實現了對水資源的有效保護。

參考文獻

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[2]葉麗影，楊曉汾，張玉敏.低碳經濟視角下城市水景社區雨水收集與再利用系統設計研究[J].環境科學與管理，2020，45（03）：179-183.

[3]張一鳴，黃炳坤，匡麗君，胡世雄.綠色屋頂在小強度降水時雨水收集及測量儀器的設計[J].科學技術創新，2019（13）：194-195.

[4]張瑞，顧偉東，王鳳飛.施工過程中水回收與再利用技術的創新與應用[J].建筑施工，2018，40（12）：2186-2188.