摘要
光伏（PV）能源在灌溉中的应用正在迅速增加，这得益于一系列可用的技术支持。然而，目前还缺乏一种从农学角度出发的方法来克服光伏系统固有的局限性。实际上，现有的灌溉设计方法并未充分考虑光伏发电的动态特性。虽然灌溉工程将土壤视为植物可利用的水分储存库，但土壤也可以作为能量储存库，以土壤湿度的形式储存太阳能，供作物后续使用。基于这一概念，本研究提出了一种基于非对称灌溉区域的离网光伏灌溉系统设计框架。该框架结合了水文、农学和能源方面的因素，使太阳能发电与作物的需水量同步，从而消除了对中间能量储存的需求。该方法应用于葡萄牙南部的两个案例研究：一个种植橄榄树的树篱果园和一个种植杏仁树的果园，这两个果园都采用了滴灌系统。研究结果表明，非对称区域设计为将光伏能源整合到灌溉系统中提供了一种技术上可行且复杂度较低的解决方案。传统灌溉系统所需的最低泵送功率分别为橄榄果园1.42千瓦和杏仁果园1.32千瓦。主管道的直径分别为橄榄果园97.8毫米和杏仁果园75毫米，滴头流量分别为橄榄果园2.3升/小时和杏仁果园3升/小时。尽管为了与光伏系统兼容，需要进行一些液压调整，包括提高设计流量（226–255%）、增加泵功率需求（87.5–241%）以及增大管道直径（橄榄果园最多增加120%，杏仁果园最多增加75%），但这些调整使得灌溉系统能够在基于太阳能的能源供应不稳定性下正常运行。虽然这种液压上的超配会导致初始投资成本增加，但通过降低运营成本和实现完全脱离电网的能源自主性，可以在一定程度上缓解这一问题。
