一种经济的太阳能灌溉技术

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  在世界上的一些贫困地区,仅有的赚钱方法之一就是,在干旱的季节里在一小块土地上种植一些蔬菜,然后在当地市场上出售。为了支持这种小规模的农业活动,从而解决全球的贫困问题,一些非政府组织和工程师正在开发一种经济的太阳能灌溉技术,以扩大耕种的范围,减少相应的劳动负担,并提供一种可以替代石油燃料泵的泵。

  对于埃塞俄比亚中部地区的农民而言,种植作物的主要的困难之一就是灌溉水源的获取。在国际性的非政府组织IDE(www.ideorg.org)来到这里之前,他们所采取的灌溉方法基本上就是一口井、一条绳子和一个水桶(http://goo.gl/NbI1u)。IDE致力于帮助贫困地区开发和推广适当的工艺技术。

一种经济的太阳能灌溉技术

  为了解决上述问题,IDE多年来一直在推广手动系统,例如脚踏式抽水泵(http://goo.gl/5fSEL)或手动绳索和洗涤泵((http://goo.gl/dqobM)。后者是一种深井泵,售价大概100英镑,使用这种泵,农民可以为800平米的耕地生产出足够的水,每年可以增加500英镑的收入。

  然而,泵送这么多水所需的体力是巨大的。灌溉上述耕地所需的水量预计大约在5升/天∙平方米,相当于4000升的水。为了更精确的了解所需的人力,泵的转轴上安装了一个计速器,用来记录两周时间里的运动量。这段时间里,平均的泵送时间为3.5小时/天,其中不包括水洒到作物上的时间。这项工作让人精疲力尽,而且其中大部分是小孩子完成的。

  为了应对下述挑战:

  1. 提供足够的灌溉用水,

  2. 合理的成本,

  3. 从各种不同的深度抽水

  4. 避免大量的人力

  IDE开始研究用太阳能来驱动的自动化泵送系统。这么做的原因非常明显:在需水量最大的这段时间,太阳能非常充足;太阳能是可再生能源,因此对于成本高昂的石油泵是一种很有吸引力的替代能源。

  太阳能PV泵是一种非常成熟的技术,在世界范围内被广泛应用。其中应用最普遍的系统是非政府组织安装的用于社区饮用水输送的潜水螺杆泵。

  但是,这种系统的成本高达几千英镑,对于单个家庭用户甚或几户共用一套系统的农民来说,都过于昂贵了。对于可以贷款的客户,设定的条件通常是1-2年还清。也就是说,比目前的成本低得多的太阳能泵还是有市场的。

  在这一阶段,值得定义一下一台合适的灌溉泵的基础参数:

  • 可承受的价格: 200-400英镑

  • 合适的水流速度:15-20升/分钟

  • 泵送扬程:0-15米

  • 安装和操作简单

  • 可以手动设置备用参数

  • 应用灵活多样——钻孔、开口井或地表的水流(PV泵还可以为手机或轻型电池充电)

  • 强劲、耐用,水中可以含有淤泥或沙子

  • 易于维修

  Sunflower泵(www.sunflowerpump.org)是目前正在开发的一种低成本、高流量、简单耐用的太阳能泵。这种泵是一种太阳能热泵系统,采用一个两米直径的抛物线盘产生的蒸汽来驱动单缸蒸汽发动机,该发动机与往复式活塞容积泵直接相连(工作原理请见:http://goo.gl/6I39C)。

  2010年在埃塞俄比亚进行的现场测试中,Sunflower泵从7.5米深的井中以6000升/天的平均速率将水泵送出来。

  尽管这仅相当于大约0.5%的总体效率,结果还是足够鼓舞人心的。自那时起,可能拥有两倍效率的改进版的泵已经诞生了,并将于2013年进行现场测试。Sunflower泵的目标成本是200英镑。这也是农民的采购价格,因此供应链上产生的利润很小。

  与此同时,PV泵的研究和测试也在继续。瑞士波尔的应用科学大学(University of Applied Science)的一个合作组织正在开发一种新型太阳能驱动器,该驱动器将被考虑用于PV泵系统之中。该机组包括一台无刷直流电机,电机与一个控制盒相连;其工作机制是优化太阳能板的电力信号,使泵可以在光线较弱的状态下运行。

  这种太阳能驱动器——有两种型号可选:80 W和120 W——目前是通过一个通信包直接与旋转式叶片泵(见上图)、改进后的Sunflower泵以及踩踏泵相连的。

  在我们为目标市场研发最好的泵的过程中,我们欢迎任何有用的帮助或建议。这个市场规模是非常可观的,因为在印度有500万的小型的柴油泵(Practica Foundation预测)。我们还专门寻找其他旋转式的泵类产品,以便与瑞士的太阳能驱动器连接,或者直接与小型的太阳能板(55-120 W)相连。

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