基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚

1.本发明涉及一种太阳能利用和温室大棚结合技术领域，具体为一种基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚。


背景技术：

2.温室大棚又称太阳能温室，其实质是利用太阳能提高塑料大棚或玻璃房的室内温度，以满足植物生长对温度的要求。随着人们生活水平的不断提高，人们对绿色蔬菜和水果花卉的需求也日益增长。温室大棚以其为植物生长提供适宜的小气候环境，具有多样化、反季节化、反地域化、超时令生产和提高农村土地利用率等优点，已迅速发展成为新农村建设中的支柱型经济产业。
3.但是，白天太阳辐射较强，由于温室效应的影响温室大棚内温度较高，通常需通风换气，以降低室内空气温度，但是开窗通风操作不方便，通风换气效率低。而夜间，由于传统温室大棚结构简单，蓄热性能和保温性能一般较差，当室外空气温度降低时，为保证植物正常生长的温度条件，冬季多采用明火供暖和人工收放保温被，造成温度分布不均且存在一定的安全隐患，太阳能并没有得到有效利用，智能化和自动化程度不高。


技术实现要素：

4.针对现有技术功能上的不足，本专利的目的是提供一种基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚，以解决现有温室大棚通风换气效率低，晚间取暖温度分布不均，植物生长缓慢，智能化和自动化程度不高的问题。该发明充分利用太阳能，具有一定的节能潜力和经济效益。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚，该装置包括：保温墙体、薄膜太阳能电池模块、支架水管、埋地加热盘管装置、储热水箱、环境监测装置、补光装置、杀虫装置和自动卷帘装置。
6.所述保温墙体为北墙，墙体厚度较大具有良好的保温隔热和蓄热功能，墙体表面粗糙且涂敷黑色涂层以增加室温，墙体上开有门，所述门具有保温功能。
7.所述薄膜太阳能电池模块利用半导体材料的光伏特性捕捉光线并直接转化成电能，利用薄膜的分光技术将作物所需波段的太阳光穿透电池后被作物吸收，作物生长不需要的波段则被用于薄膜电池吸收发电，部分被转换成热能以提高棚内温度，弱光性好，在阴雨天也能发电。薄膜太阳能电池模块一端由转轴和凹槽连接，另一端有齿轮安装凹槽，由电机驱动实现薄膜太阳能电池模块翻转，达到通风换气的目的，所述电机由环境监测装置的信号传输到中央处理器自动控制电机启动和复位。
8.所述支架水管由水管横管、水管立管和集水管焊接组成大棚本体骨架，横管上涂敷黑色吸收涂层，提高太阳辐射吸收率，水管立管外侧有保温层，防止热量散失。所述水管横管两侧与薄膜太阳能电池模块相接的地方有凸起，凸起上粘有硅胶密封条，以保证薄膜太阳能电池模块不翻转时大棚气密性良好。所述集水管i进口端通过水泵连接到自来水或
者雨水收集池，集水管ii出口端装设有温控阀连接到储热水箱进水口。
9.所述埋地加热盘管装置为回型盘管，根据植物种类的不同可埋设不同深度，对于喜温蔬菜如：茄子和辣椒等，可埋设于地下60厘米左右，在回形埋地加热盘管的底部铺设有3厘米厚的绝热保温层，绝热保温层采用聚氯乙烯挤塑板，绝热保温层上面铺设有反射薄膜，盘管间距为30～40厘米。加热盘管进水口与储热水箱出水口相连，管道装有温控阀，土壤中设有温度传感器，由环境监测装置获取土壤温度和室内温度参数传输到中央处理器，当温度低于植物生长专家知识库中的设定值时打开温控阀通入热水，给大棚土壤加热。
10.所述储热水箱进水口与集水管ii出水口相连接，储热水箱出水口与埋地加热盘管装置进水口相连接，储热水箱进出水口均装设有温控阀，储热水箱中设有电加热丝，和薄膜太阳能电池模块电连接，以便在储热水箱温度不能达到要求时辅助加热。
11.所述环境监测装置能够实时监测大棚内的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度和大棚外的光合有效辐射等环境参数，温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度能传输到中央处理器，当以上环境参数偏离植物生长专家知识库中的设定值时中央处理器就控制薄膜太阳能电池模块翻转，以达到通风换气，降低大棚内温度和湿度，提高二氧化碳浓度和光照度的目的。光合有效辐射能传输到中央处理器来控制自动卷帘装置的升降。其中，温度和湿度测点根据大棚面积确定数量，沿大棚对角线均匀布置，测点离墙面和热源不小于0.5米，离地面高度0.8～1.6米。光照度测点根据大棚面积采用梅花式均匀布点法确定，测点离墙面0.5～1米，离地面高度0.8～0.9米。二氧化碳浓度测点根据大棚面积确定数量，测点沿大棚对角线或呈梅花式均匀分布，离地面高度0.8～1.5米。光合有效辐射传感器应该通过安装支架水平设在不被遮蔽的开阔处。
12.所述补光装置由发光二极管、led灯组成，所述杀虫装置由太阳能杀虫灯组成，所述发光二极管能够产生植物光合作用所需的红光和蓝紫光，所述led灯能满足大棚照明需求，所述太阳能杀虫灯能够通过紫外光利用昆虫趋光的特性将其引诱，并通过高压电网将其击杀。以上三个装置均与薄膜太阳能电池模块电连接并由中央处理器根据环境监测装置传输信息控制开关。
13.所述自动卷帘装置由卷帘机、卷帘轴、支撑杆、保温被等组成，所述支撑杆可伸缩和卷帘机焊接，在地面上通过固定铰支座连接，所述卷帘轴和卷帘机连接，所述保温被缠绕在卷帘轴上，卷起时放在大棚保温墙体上，所述自动卷帘装置能够根据当地光合有效辐射的高低由中央处理器根据环境监测装置传输信息控制收放保温被。
14.本专利具有以下优势：
15.(1)本专利中的薄膜太阳能电池模块由中央处理器根据环境监测装置传输环境参数信息控制，能够自动翻转，提高通风换气效率30％～50％。
16.(2)本专利中的支架水管既能用作大棚骨架，又能吸收一部分太阳能提高水温，最终通入埋地加热盘管装置中，对植物根部保温，实现节能和增产双收益。
17.(3)本专利中的薄膜太阳能电池模块能够利用分光技术将作物所需波段的太阳光穿透电池后被作物吸收，作物生长不需要的波段则被用于薄膜电池吸收发电，累计发电量比普通的晶硅电池高20％，部分被转换成热能以提高棚内温度，充分利用太阳能，由于薄膜太阳电池模块的存在，无需在夏季高温时加设遮阳网。
18.(4)本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚智能化和自动化程度高，
可节省30％的人力。
附图说明
19.图1是本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚结构示意图；
20.图2是本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚侧视图；
21.图3是本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚主视图；
22.图4是本专利埋地加热盘管装置平面图；
23.图5是本专利薄膜太阳能电池模块翻转示意图；
24.图6是本专利电机与薄膜太阳能电池模块连接局部放大图；
25.图7是本专利薄膜太阳能电池模块连接局部放大图；
26.图8是本专利控制系统总体结构图；
27.图9是本专利翻转薄膜太阳能电池模块控制流程图；
28.图10是本专利埋地加热盘管装置控制流程图。
29.图中：
30.1.保温被
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2.卷帘轴
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3.卷帘机
31.4.支撑杆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5.保温墙体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6.水管立管
32.7.集水管i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8.地面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9.固定铰支座
33.10.水泵i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11.集水管ii
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12.水管横管
34.13.薄膜太阳能电池模块
ꢀꢀꢀ
14.储热水箱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15.液晶显示屏
35.16.环境监测装置
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
17.中央处理器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18.补光装置
36.19.杀虫装置
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20.保温门
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21.电机
37.22.蝶阀
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
23.温控阀i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
24.埋地加热盘管装置
38.25.水泵ii
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
26.温控阀ii
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
27.齿轮
39.28.齿轮安装凹槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
29.转轴
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30.凹槽
具体实施方式
40.结合附图对本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚的结构加以说明并描绘具体的实施方式。
41.如图1～4所示，为本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚结构示意图、侧视图、主视图和埋地加热盘管装置平面图，该装置采用的技术方案是提供一种基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚，该装置包括：保温墙体5、薄膜太阳能电池模块13、支架水管、埋地加热盘管装置24、储热水箱14、环境监测装置16、中央处理器17、补光装置18、杀虫装置19、自动卷帘装置等构件。
42.如图5～7所示，薄膜太阳能电池模块13与大棚支架水管的框架连接，薄膜太阳能电池模块13的一端有转轴29和凹槽30连接，另一端有齿轮安装凹槽28，由电机21驱动齿轮27，可带动薄膜太阳能电池模块13自动翻转。所述电机21由环境监测装置16监测温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度信息传输到中央处理器17控制电机21启动和复位，环境参数传输到中央处理器17后中央处理器17会判断其是否满足植物生长专家知识库的设定值，若不满足则启动电机21翻转薄膜太阳能电池模块13进行通风换气，直到环境参数满足植物生长专
家知识库的设定值时，电机21复位，薄膜太阳能电池模块13翻转关闭。
43.所述支架水管由水管横管12、水管立管6和集水管i7、集水管ii11焊接组成大棚本体骨架，水管横管12上涂敷黑色吸收涂层，提高太阳辐射吸收率，两侧水管立管6外部设有保温层，防止热量散失。水管横管12两侧与薄膜太阳能电池模块13相接的地方有凸起，凸起上粘有硅胶密封条，以使薄膜太阳能电池模块13不翻转时大棚气密性良好。集水管i7进水口连接水泵i10并接到自来水或雨水收集池，集水管ii11出水口装设有温控阀连接到储热水箱14进水口。
44.所述埋地加热盘管装置24为回形盘管，根据植物种类不同埋设不同深度，对于喜温蔬菜如：茄子和辣椒等，可埋设于地下60厘米左右，在埋地加热盘管装置24的底部铺设3厘米厚的绝热保温层，绝热保温层采用聚氯乙烯挤塑板，绝热保温层上面铺设有反射薄膜，埋地加热盘管装置24盘管间距为30～40厘米。埋地加热盘管24进水口与储热水箱14出水口相连，管道装有温控阀ii26，土壤中设有温度传感器，当大棚内温度和土壤温度低于植物生长专家知识库中的设定值时打开温控阀ii26通入热水，给大棚土壤加热，直到大棚内温度和土壤温度达到植物生长专家知识库中的设定值时，关闭埋地加热盘管装置24并排走盘管中的水。
45.所述环境监测装置16由温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器和光合有效辐射传感器组成，并且具有液晶显示屏15可实时显示环境参数，其中光合有效辐射传感器设在大棚外面，用来控制自动卷帘装置收放。
46.所述补光装置18由发光二极管、led灯组成，所述杀虫装置19为太阳能杀虫灯。所述发光二极管能够产生植物光合作用所需的红光和蓝紫光，所述led灯能满足大棚照明需求，补光装置18由中央处理器17根据光照度传感器信息控制开关。所述太阳能杀虫灯能够通过紫外光利用昆虫趋光的特性将其引诱，并通过高压电网将其击杀。以上三个装置均与薄膜太阳能电池模块13电连接。
47.所述自动卷帘装置的保温被1缠绕在卷帘轴2上，卷起时放在大棚保温墙体5上，所述自动卷帘装置由中央处理器17根据光合有效辐射传感器信息控制收放保温被1。当光合有效辐射达到设定值时，自动卷帘装置启动，收起保温被1，否则，保温被1放下，大棚处于保温状态。
48.如图8所示，为本专利基于智能控制的增产型太阳能光伏温室大棚控制系统总体结构图，环境监测装置16监测大棚内温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、土壤温度以及大棚外的光合有效辐射然后传输到中央处理器17，中央处理器17根据植物生长专家知识库中的设定值自动控制翻转薄膜太阳能电池模块13、启动埋地加热盘管装置24和收放自动卷帘装置。
49.本专利具体功能是这样实现的：如图9所示，环境监测装置16监测到大棚内温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度参数，然后传输到中央处理器17，中央处理器17根据预先导入的植物生长专家知识库判断环境参数是否超过设定值，若超过则通过中央处理器17控制薄膜太阳能电池模块13翻转，进行通风换气，直至大棚内环境参数满足设定值时，电机21复位，薄膜太阳能电池模块13重新闭合。如图10所示，环境监测装置16监测到大棚内温度和土壤温度参数，然后传输到中央处理器17，中央处理器17根据预先导入的植物生长专家知识库判断温度参数是否低于设定值，若低于设定值则通过中央处理器17控制温控阀ii26打
开，向埋地加热盘管装置24通入热水，给土壤加热，直至温度参数超过设定值时，关闭埋地加热盘管装置，排走盘管中的水。
50.尽管上面结合图对本专利进行了描述，但是本专利并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的，而并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利的启示下，在不脱离本专利宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本专利的保护范围之内。