农业电气化前景范文

导语：如何才能写好一篇农业电气化前景，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1  电力电子技术在农业电气化中的应用现状

“加快发展现代农业”是我国现代化进程中的重大历史任务，也是“十二五”规划的一项重要任务，而农业的电气化水平直接决定了现代农业的发展水平。农业电气化是指在农业上对电能的应用，包括了农业生产和农村居民生活领域，农业生产上主要是电能的利用和农业生产的机械化和自动化，而农村居民生活领域主要是电能的输送、分配和利用。到目前为止，几乎所有发达国家的都已实现了农业电气化，但我国的农业电气化水平还较低，各地区发展差距也较大。而决定我国农业电气化发展水平的，就是电力电子技术的应用水平。

电力电子技术是在电力领域使用的电子技术，是使用电力电子器件使弱点和强电接口。主要应用在对电能进行变换和控制的领域。20 世纪以来，随着电力电子技术的快速发展，其应用范围以扩展到工业、农业、交通、电力、通信、节能、家电、环保等多个领域。例如在在农业技术装备中的应用提高了农业装备的自动化程度，使农业技术装备实现了灵活可控。

2  电力电子技术在农业电网电能变换中的应用

在农村，用电大多采用从国家电网买电形式，这种形式费用高并且偏远地区会出现缺电等问题。我国农村有丰富的可再生资源，可以因地制宜采用分布式发电技术改善农村的用能条件。在水资源丰富的地区，可以采用水电发电；在风能资源充足的地区，可以推广使用小风电；在太阳光充足的地区，推广使用光伏发电；也可以推广风光互补发电，并结合沼气发电、生物质能发电等[3]。采用电力电子技术的电力变换技术，来实现农业的电气化。

2.1  AC/DC 变换

AC/DC 变换称为整流。由于风速的随机性，农业用微型风力发电机发出来的电能为不稳定的交流电源，需要首先把它们通过 AC/DC 变换整流成直流电，然后再通过逆变技术变成标准的交流电。图1 为三相桥式整流电路。这种电路简单，容易得到直流电压，但会产生严重的谐波污染，需接入滤波器等电力电子装置滤除谐波。

2.2  DC/DC 变换

DC/DC 变换称为直流变换。太阳能、水能、沼气能、燃料电池等提供的电能为直流电压，由于电压等级低，所以需采用直流变换中的升压电路升压至合适的电压等级（图 2 为升压变换电路），然后再进行逆变。另外，发电系统具有输出功率变化响应慢的特点，如光伏发电系统和小水电发电系统响应时间在秒级，而燃料电池响应时间则更长，甚至需要数分钟，所以在负荷突变时，功率的输入跟不上所需要的功率输出，会出现有功功率不足的现象；另外，光伏发电和风力发电由于阳光和风速的随机性而具有波动性大的特点，所以需要在系统中加入储能单元，在发电量多时储存电能，在发电量少时调用所储存的电能，储能单元可以选择蓄电池等，当使用蓄电池里的电能时，需要采用升压电路使蓄电池放电，升压电路将蓄电池电压升压至母线电压，以供给负荷使用；反之当母线电压过高时，需要采用降压电路降压对储能单元充电，所以储能单元通常采用双向 DC/DC 电路进行充放电。

2.3  DC/AC 变换

DC/AC 变换称为逆变。通过上文所述的整流或直流变换技术，都是把电源变换到合适电压等级的直流电，而农业装备中使用的电动机、农业生产所需要的照明电源等都需要的是标准的正弦交流电，所以需要采用如图 3 所示的逆变电路把直流电变换为标准的交流电，以供给负荷，或者将余电并网。

3 电力电子技术在农业技术装备中的应用

以电力电子技术为基础的装置有开关电源、软开关、有源功率因数校正、不间断电源、静止无功补偿装置、变频调速装置等，这些装置在农业装备技术中有着广泛的应用。随着电力电子技术的发展，使农业装备发展迅速。

3.1  农业灌溉中的变频水泵

传统的农业滴灌中所使用的水泵采用的电动机基本上是不可调速的电动机，水泵在工作时，电动机在一定转速下运行，这种电动机不能通过调速来调节滴灌量的多少，而只能通过调节多个阀门的开关以满足灌溉流量的需要，在需要小流量滴灌时，电动机的大部分能量都消耗在阀门上，浪费很大，因此需要根据需要来控制滴灌的流量。而采用电力电子变频器进行频率变换而进一步达到调速的目的，可以控制滴灌流量，大约能节约 30%的电能，同时可以实现滴灌过程的自动化，形成无人值守的现代农业灌溉系统。

3.2  精准施肥机

精准施肥技术可以减少肥料的使用，降低对环境的污染，优化农业生产，以获得最高的产量和最大的经济效益。精准施肥机基于脉宽调制（PWM）技术，能够因地制宜，实现肥料播撒随农业机械的行驶速度自动调节，并且可以在施肥过程中根据实际需要改变施肥量，也可结合采样技术、导航技术等进行施肥，达到精准施肥的目的。

3.3  计算机节能开关电源

计算机现在已深入到生活的方方面面，在农业中计算机的利用也得到了迅速的发展。发达国家的农业科技人员，已利用计算机控制技术代替人力来管理农田，例如控制农田的滴灌、喷灌、施肥和人工智能化的田间管理，实现了农业的现代化。计算机并不是无时无刻地在工作，而是在需要时发出控制指令，如果长期处于运行状态会使得耗电量大大增加，由此推动了计算机全面采用了数字开关电源，在睡眠状态下的耗电量只有 30 瓦甚至更低。

3.4  高压变频农业清选机

高压变频农业清选机采用了电力电子技术中的高压交流变频调速技术，其调速方式以效率高，调速范围宽并且可以实现无级调速，应用范围广、易于操作，安全性能高等众多有点，超过任何一种调速方式，在农业清选机中广泛应用。农业清选机中应用了高压变频调速电机后，降低了运行成本，实现了自动调控，也使电动机转动造成的环境噪音大大的降低。

篇2

关键词：太阳能；跟踪；光敏二极管；单片机；步进电机

太阳能作为一种清洁的可再生的新型能源，受到了人们的广泛重视，目前利用太阳发电的方式主要有光伏发电、光热发电等，它们均为固定安装，无法根据太阳光的不断变化，来调整迎光面，做不到太阳光的实时垂直照射，这样就会使太阳能资源得不到充分利用，所以有必要研究如何最大程度地提高太阳能的利用率。

要提高太阳能的利用率，应从两个方面入手，一是提高太阳能的接收效率，二是提高太阳能装置的能量转换率。其中，太阳能的接收效率与太阳光的照射角度有关，已经有人研究了太阳光角度与太阳能的接收效率的关系，理论分析表明：太阳的非跟踪与跟踪，能量的接收率相差37.7%，精确的跟踪太阳可使太阳能接收装置的热效率大为提高，进而可以提高太阳能的利用率。

现阶段市场上使用的跟踪系统有单轴太阳能自动跟踪器、步进式太阳能自动跟踪、可自动跟踪的太阳灶、五像限法太阳自动跟踪仪、单轴液压式自动跟踪、极轴式跟踪。它们存在结构复杂、跟踪精度不高、不能全自动跟踪等不足。

1 设计方案

本设计可使太阳光永远垂直照射在接收面上，提高了太阳能的吸收率和转化率，设计结构简单，成本低廉，单片机控制稳定，能自动跟踪阳光，最大面积地吸收太阳光能，合理利用了资源。追日性能良好的太阳能电池板双轴自动追踪系统，使太阳能电池板在南北、东西两个方向追踪太阳，提高太阳能利用率。

本设计主要包过光电转换电路、AD转换电路、单片机控制电路、电机驱动电路的设计，首先主要介绍各个模块的硬件电路，以及机械设计部分原理简介。

硬件设计流程图如图1所示。

（1）光伏传感器检测光照强度以及太阳光入射角度；

（2）A/D转换器完成太阳光检测信号的采集，并输出及放大信号的模拟输入量；

（3）单片机STC89C51接收到信号后，做出指令；

（4）步进电机自动调节接方位至最佳状态；

（5）步进电机在水平和垂直方向运行调节，太阳能电池板主要将太阳能转换为电能并输送给用电器或电池。

1.1 基本系统

单片机的基本系统包括电源、晶振电路和复位电路。

电源是给单片机提供电源5V。

晶振电路由晶振和2个电容所组成，晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，所以采用11.0592M晶振。

1.2 光敏二极管比较电路

本设计对于当前太阳能电池板监测控制系统，研究其优劣点并且加以进行分析。在此基础上设计能自动旋转追踪的太阳能电池板。结合三种太阳能采集方法，实现手自一体化的多模式太阳能采集。在自动运行中该系统具有较高的实时性，运用四象限光敏二极管对太阳能强度进行检测，使用比较电路（见图2）进行分析，从而实现实时性的太阳能强度分析。

经过四象限光敏二极管的采集分析后，在单片机中进行比较，根据得出的结果对太阳能电池板的伺服电机进行控制，以实现太阳能电池板X、Y轴方向上的调整。

1.3 按键电路

按键电路主要功能：1起停按键，2、3 X轴控制，4、5 Y轴控制。按键电路因按键数量不多，所以采用独立式按键。

1.4 步进电机驱动电路

本课题用两个步进电机来分别控制太阳能电池板的X、Y轴运动，用ULN2803驱动芯片来控制电机的正反转。

1.5 光电检测原理

硬件设计中光电检测是本装置的主要部分，也是太阳能电池板寻光的主要控制元件，设计中为了使太阳能电池板始终对着太阳则需要四个光敏对阳光强弱进行检测，如图3所示，光敏均采用垂直于太阳能电池板板面安装。

其中光电检测A对左远离光线进行检测，当光线远离电池板时A检测会给单片机信号，单片机驱动继电器控制电机M1正转使电池板跟随光线左转。光电检测B对右远离光线进行检测，当光线远离电池板时B检测到并实时传输给单片机信号，单片机驱动继电器控制电机M1反转使电池板跟随光线右转。光电检测C与D对太阳垂直角度的变化进行检测，并将检测到的光线变化信号传输给单片机，单片机进行进一步处理后控制继电器驱动电机M2的正反转，从而实现电池板垂直角度的调整。

考虑到太阳四季垂直角度变化的速率很小，可以在电池板垂直角度的调整电机M2加个减速箱，使其变化速率也非常小，不至于因变化太快使得光电检测误检，否则会导致电池板在垂直方向不停的摆动。

2 节能效果分析

在现代社会，人们利用太阳能很多时候都要考虑它的节能性、经济性，具有良好节能效果、价格低廉的产品才能更好地推广与应用。本项装置结构原理简单、成本低廉，具有很好的经济性，以下主要评估系统的节能效果。中小规模使用的太阳能追踪器器，规格大于实验室所用的装置，以太阳能板长L=5.9m，宽d=1.2m为例，评估这样实际应用的系统一年可以节约的标准煤耗。

跟踪装置应用于新疆地区，日工作时间为8h，发电效率受外界条件干扰较大，年平均追踪效率取35%，利用跟踪装置一年利用的太阳能热量为：201367/IWm

本项装置可在较好的精度下工作，通过实验数据采集与分析，验证该系统具有较好的集热效率。通过节能性分析说明，实际应用中的本套装置节能效果明显，每年可节约相当可观的标准煤，对于构建节能低碳型社会具有重大意义。

在当前的条件下发电效率高的太阳能电池必将在市面上有很大影响。太阳能自动追踪系统，能及时地跟踪太阳，尽可能地提高太阳能的利用率，在实时性、低功耗方面亦均有所提高，所以我们所设计的太阳能自动跟踪系统有较好的市场前景和经济效益。

参考文献

[1]王国龙.基于单片机的双轴太阳能跟踪系统的设计[M].电子设计工程，2013，15.

[2]苏平，李晓荃.单片机原理与接口技术[M].北京：北京电子工业出版社，2003.

[3]马长芳.新型集成电路及其应用实例[M].科学出版社，2002.

[4]吴金戌.8051单片机实践与应用[M].北京：清华大学出版社，2005.

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关键词：创新教育 新能源 人才培养

中图分类号：F240；G645

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2016）05-177-02

引言

近十几年来，我国新能源产业得到迅猛发展，在风力发电、太阳能光热发电、生物质能源利用、氢能开发等方面处于世界领先地位{1}。但与这种情况相悖的是，无论在新能源利用技术方面还是相关的装备制造业，新能源产业的人才明显滞后于产业发展，存在着严重的人才缺失现象。这种现实状况制约了我国新能源产业的可持续发展。因此，对于为社会培养高级技术人才的高等院校来说，培养新能源方面人才已成为迫切任务{2}。

大学生创业教育理念是强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应国家建设需要的高水平人才{4}。在大学生创新创业教育模式下培养新能源领域紧缺人才，能够极大地促进新能源产业的发展。

一、风力发电

笔者所在专业为农业电气化与自动化专业，主要培养电气工程类专业技术人才。目前，小型风力发电系统效率很高，已达到商品化程度，风力发电机、风力发电已初步形成产业。风力发电技术为本专业的一门专业选修课，风力发电原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，是一种特别好的发电方式。

近年来，笔者所在的佳木斯大学大力支持大学生创新创业训练计划项目的开展，学生在指导教师的指导下申请一些风力发电方面的项目。风力发电技术课程涉及到直流发电机、同步交流发电机、异步交流发电机、发电机组的控制、充电器及逆变器方面的知识，这些知识大多抽象，学生只会理论计算，对工程实际应用及运行情况不了解，使项目进行过程中遇到很多阻碍。为此，本专业带学生到学校附近的大唐依兰风电公司进行参观实习，使学生了解风力发电实际运行情况，在实践与创新理论的指导下完成课题。

二、太阳能光热发电

1.太阳能光伏发电。太阳能是石油和煤炭等常规能源最理想的替代能源，太阳能光伏发电是各种新能源中应用前景最广阔的一种{4}。鼓励学生申请光伏装置设计方面的课题，通过装置搭建过程中掌握太阳能光伏发电系统工作的原理，在实际操作过程中发现问题，然后通过交流学习解决问题，掌握逆变技术、最大功率点跟踪技术的原理和方法。此外，还通过太阳能光伏板完成太阳能充电器、太阳能灭虫等设计，使学生的创新能力、实践能力得到了极大的提高。

2.太阳能热电发电。太阳能热利用技术按终端使用温度范围大致分为低温、中温、高温：低温范围在100℃以下，主要用于生活用水、采暖、干燥、蒸馏、农用温室等；中温100～300℃之间，用于工业用热、制冷空调、烹调等；高温则为300℃以上，用于热发电、材料高温处理和有毒物料的去毒处理等。太阳能利用技术也是农村新能源利用的核心，在社会主义新农村的新能源建设中起到至关重要的作用。

太阳能热电发电有两种形式，一种是利用太阳热能产生高温蒸汽推动汽轮机发电，另一种是将太阳热能耦合到热电材料，利用热电材料的赛贝克效应进行发电。其中，第二种太阳能发电形式被称为太阳能温差发电，这种发电方式更适合大学生创新创业项目。作为本项目的前期铺垫，目前已经指导学生完成2015年大学生创新创业项目，智能半导体温差发电装置设计（201510222017），目前发表学术论文2篇，申请专利1项（ZL201520418516.8）。项目实施过程中，学生从对温差发电一知半解，最后通过学习、研讨、反复实验解决各种问题，提高理论与科学技能的同时，创新能力及团队合作能力都得到了极大的锻炼，此外，项目申请与答辩过程中都需要项目组成员自已完成PPT制作与解说，使学生得到了专业锻炼，为今后工作中遇到同样问题打下良好基础。下个项目的目标是完成太阳能温差发电装置的设计，使学生在项目实施过程中掌握更多太阳能利用的理论与技术。

三、水力发电

水力发电虽然不是新能源发电，但也是节能环保的可再生能源发电。水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能{5}。在水力发电中，主要培养学生控制方面的技能，目前已经完成“基于PLC的水电站闸门监控系统设计与实现”。学生采用上位机与下位机协同工作的控制方式，RS485通讯方式进行数据的传输，以PLC为系统的控制核心，完成对水电站闸门的全程监控。实现功能主要包括：通过人机交互界面―触摸屏，实现对闸门的启动上升、停止、下降的控制；实现对闸门开放度信息的采集、显示及处理功能；在紧急情况下紧急落门和紧急抱闸刹车的功能；报警信息的显示以及通过触摸屏可以监视系统运行状态；控制闸门上升或下降到指定开度。项目实施过程中，学生的组态软件编程能力、PLC控制能力、上位机与下位机的通讯能力都得到了很大的提高。

总结

1.新能源发电领域的人才除了需要具备多学科理论知识，涉及机械、电机学、电力电子技术、自动控制理论等学科，主要还要求具备一定的实践技能。在大学生创新创业模式下，结合项目研发，使学生具备了更多新能源发电方面的理论知识与实践技能，符合新能源产业对人才多方位的、多层次的要求。新能源产业不仅需要技术领域的人才，还有相关的工程管理、项目规划、金融、财务等方面的人才。这些能力在大学生创新创业项目实施过程中都能得到极大的提高。

2.在认识到新能源产业人才的缺失如此严重的同时，也促进本专业的课程调整。考虑培养多层次的学生，既培养有从事科研、开发的领域的人才，也培养产业的技能人才，增强专业的活力。同时，新能源产业日新月异，新产品、新技能层出不穷，也要求专业教师们时刻更新自己的知识结构，跟上变化的步伐，打造更加专业的教师队伍。

3.目前高校都面临巨大的就业压力问题，社会上还缺少创新创业型人才，通过大学生创新创业项目培养出的学生，在专业技能、创新思维、创业能力、管理能力、商务能力等多方面得到锻炼和提高。即使学生不进入到新能源产业工作，也可选其他领域的工作，这在一定程度上增加了本专业的就业渠道，缓解就业压力大的社会问题。

注释：

{1}李春曦，王佳，叶学民等.我国新能源发展现状及前景[J].电力科学与工程，2012（28）4：1-8.

{2}王伟东，艾建军，杨坤.新能源产业人才培养问题与对策[J].中国电力教育，2011（12）：5-6.

{3}邓淇中，周志强.大学生创新创业教育体系的问题与对策[J].创新与创业教育，2014，5（1）：33-35.

{4}谌权章.我国新能源产业及其发展对策初探[J].重庆交通大学学报（社科版）.2011，11（3）： 20-23.

{5}张春友，赵华洋.新能源教学改革的几点思考[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2014，29（4）：405-406.

（作者单位：佳木斯大学机械工程学院 黑龙江佳木斯 154007）