一种光伏大棚智能监控系统及其监控方法
【专利摘要】本发明提供了一种有效提高了光伏大棚的能源利用率的光伏大棚智能监控系统及其监控方法。本发明的光伏大棚智能监控系统，包括大棚本体，位于大棚本体外的配电室、环境检测系统和监控平台，位于大棚本体顶部的光伏组件、通风天窗；位于大棚本体内的土壤环境监测系统、空气环境监测系统、与监控平台相连的智能控制器和与智能控制器相连的补光系统、风机、补温设备、杀虫设备、喷雾灌溉系统及二氧化碳发生器；所述环境检测系统、所述土壤环境监测系统和所述空气环境监测系统分别与监控平台无线连接；所述光伏组件通过间隔排列的方式置于大棚顶部；所述配电室包括逆变器、蓄电池和控制器，所述配电室与电网相连；所述智能控制器与蓄电池、逆变器和电网相连。
【专利说明】
一种光伏大棚智能监控系统及其监控方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种太阳能监控系统及其监控方法，尤其是一种光伏大棚智能监控系统及其监控方法。
【背景技术】
[0002]光伏大棚作为光伏利用的新形式，还处于初级发展阶段。光伏大棚的太阳能应用要综合考虑光伏发电和农作物生长两个方面。除考虑光伏发电的效率外，农作物生长涉及因素众多，农作物生长过程中要考虑光照、温度、湿度、二氧化碳浓度、土壤PH值等。在控制过程中较为复杂。目前控制系统仅考虑利用能源实现光伏大棚内部的环境调控，通风、光照、保温等设施的应用还没有充分考虑到外部环境变化、光伏发电效率，能源浪费严重。其次，在调节内部环境因子时，只考虑大棚设施启动对直接作用环境因子的影响，没有考虑到大棚设施启动对大棚内其他环境因子影响。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种有效提高了光伏大棚的能源利用率的光伏大棚智能监控系统及其监控方法。
[0004]实现本发明目的之一的一种光伏大棚智能监控系统，包括大棚本体，位于大棚本体外的配电室、环境检测系统和监控平台，位于大棚本体顶部的光伏组件、通风天窗；位于大棚本体内的土壤环境监测系统、空气环境监测系统、与监控平台相连的智能控制器和与智能控制器相连的补光系统、风机、补温设备、杀虫设备、喷雾灌溉系统及二氧化碳发生器；所述环境检测系统、所述土壤环境监测系统和所述空气环境监测系统分别通过有线或者无线的方式与监控平台连接；
[0005]所述光伏组件通过间隔排列的方式置于大棚顶部；所述配电室包括逆变器、蓄电池和控制器，所述配电室与电网相连；所述智能控制器与蓄电池、逆变器和电网相连。
[0006]所述大棚本体顶部还设有卷帘机，所述卷帘机与智能控制器相连；所述卷帘机上设有遮荫帘。
[0007]所述补光系统为LED补光灯。农作物生长过程中光照强度高于光补偿点，不同农作物不同时期所需波段不同，将这些数据都在作物生长初期存入农作物数据库。不同颜色LED灯的排布方式可以针对特定农作物特定时期所需光照进行重新排布。
[0008]所述补温设备包括地源热栗和电加热设备。可分别对土壤和空气进行加热，两者可按照实际情况分别使用或者两者结合应用。
[0009]所述空气环境监测系统为对大棚本体内空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、大气压、光照量、风速、风量、露点进行监测的空气监测仪。
[0010]所述土壤环境监测系统为对土壤湿度、土壤温度、土壤肥力进行监测土壤环境监测仪。
[0011]所述监控平台包括数据存储模块，数据处理模块、控制平台和用户终端。所述监控平台监测数据包括光伏发电系统数据，室外环境检测系统，室内环境检测系统数据，土壤监测系统数据。光伏发电系统数据包括光伏组件、逆变器、蓄电池充放电数据。所述农作物数据库数据在作物种植前导入监控平台，用于作物生长环境参数设置和指导用户种植。所述天气预报数据由互联网下载，用于光伏发电预测和大棚环境预测。
[0012]所述监控平台可对光伏发电系统及智能控制器进行控制。
[0013]实现本发明目的之二的一种光伏大棚智能监控方法，包括如下步骤:
[0014](I)根据农业数据库设定大棚内的光照、温度、湿度和二氧化碳浓度参数和土壤肥力参数；
[0015](2)通过设置在大棚本体外部的环境智能检测系统和设置在大棚本体内的空气环境监测系统与土壤环境监测系统监测天气情况和大棚内的空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、大气压、光照量、风速、风量、露点，以及土壤湿度、土壤温度、土壤肥力，并将监测到的数据发送给监控平台；
[0016](3)通过互联网下载天气预报数据传输到监控平台；
[0017](4)环境监测出现异常时发出预警信息；
[0018](5)监控平台将监测到的数据与设定参数进行比对得出调节预警环境因子可操控的备用设施同时调取大棚其他环境因子数据；
[0019](6)监控平台分析备用设备对其他环境因子产生的影响，选择合适的设备；
[0020](7)监控系统调取光伏系统发电数据，确定相关设备供电方式；
[0021](8)监控平台指令智能控制器启动相应设备补偿参数；
[0022](9)监控平台进行棚内环境监测。
[0023]所述的一种光伏大棚智能监控方法，还包括步骤(10):当棚内环境检测系统检测到异常情况，或环境因子到达设定的临界值时发出预警信号，可通过远程通信通知用户，提醒用户进行操作。还包括步骤(11)进行光伏发电系统监测，确定光伏发电系统稳定性、安全性，并通过监测光伏发电量确定系统何时给蓄电池供电，何时并入电网。
[0024]另外包括步骤(12):当天气预报显示天气突变时，用户可通过用户终端登录监控平台，通过智能控制器操作设备。
[0025]本发明的一种光伏大棚智能监控系统及其监控方法的有益效果如下:
[0026]本发明的一种光伏大棚智能监控系统及其监控方法，通过智能控制平台可降低人工监控成本和误差，可对光伏大棚内的作物进行高效、科学的管理，降低成本，提高经济收益；不仅考虑利用能源实现光伏大棚内部的环境调控，通风、光照、保温等设施的应用，还充分考虑到外部环境变化、光伏发电效率，有效提高了光伏大棚的能源利用率。大大提升了增值空间并有利于实现农业立体生产，是集低碳、节能、环保于一体的高科技农业生态建设项目。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的一种光伏大棚智能监控系统的设施分布示意图。
[0028]图2为本发明监控平台结构示意图
[0029]图3为本发明的一种光伏大棚智能监控方法的示意图。
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，本发明的一种光伏大棚智能监控系统，包括大棚本体1，位于大棚本体I外的配电室2、环境检测系统4和监控平台16，位于大棚本体I顶部的光伏组件3、通风天窗8 ;位于大棚本体I内的土壤环境监测系统14、空气环境监测系统15、与监控平台16相连的智能控制器5和与智能控制器5相连的补光系统6、风机13、补温设备9、杀虫设备12、喷雾灌溉系统11及二氧化碳发生器10 ;所述环境检测系统4、土壤环境监测系统14和空气环境监测系统15分别与监控平台16无线连接；所述光伏组件3与配电室2和智能控制器5相连；所述配电室2包括逆变器、蓄电池和控制器，所述配电室2与电网相连；所述智能控制器5与蓄电池、逆变器和电网相连。
[0031]所述大棚本体I顶部还设有卷帘机7，所述卷帘机7与智能控制器5相连；所述卷帘机7上设有遮荫帘。
[0032]所述补光系统6为LED补光灯。LED灯节能效果好，颜色多变。农作物生长过程中光照强度高于光补偿点，不同农作物不同时期所需波段不同，将这些数据都在作物生长初期存入农作物数据库。不同颜色LED灯的排布方式可以针对特定农作物特定时期所需光照进行重新排布。可人为改变生长周期，让植物提前成熟上市，提高经济效益。
[0033]所述补温设备9包括地源热栗和电加热设备。可分别对土壤和空气进行加热，两者可按照实际情况分别使用或者两者结合应用。
[0034]所述空气环境监测系统15为对大棚本体内空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、大气压、光照量、风速、风量、露点进行监测的空气监测仪。
[0035]所述土壤环境监测系统14为对土壤湿度、土壤温度、土壤肥力进行监测土壤环境监测仪。
[0036]如图2所示，所述监控平台16包括数据存储模块，数据处理模块、控制平台和用户终端。其中存储数据包含光伏发电数据、外部环境数据、大棚内部环境数据、作物数据库、天气预报数据。所述监控平台监测数据包括光伏发电系统数据，室外环境检测系统，室内环境检测系统数据，土壤监测系统数据。光伏发电系统数据包括光伏组件、逆变器、蓄电池充放电数据。所述农作物数据库数据在作物种植前导入监控平台，用于作物生长环境参数设置和指导用户种植。所述天气预报数据由互联网下载，用于光伏发电预测和大棚环境预测。监控平台分为光伏监控平台和大棚环境监控平台。控制平台分别对光伏系统、充电和供电方式控制、大棚环境调节进行控制。
[0037]本系统与从气象部门获得的天气预报相结合，一是对光伏发电系统进行发电预测，二是结合大棚内环境监测仪对大棚内环境进行调节，三可以确定光伏发电以何种方式给设施供电。
[0038]光伏大棚控制系统工作时，其数据处理模块主要包含以下几个方面内容:
[0039]1、改变单个环境因子可选择多个设施达到目的。如温度变化可通过补温系统、喷淋加湿装置、天窗、风机、遮阴帘达到目的。湿度变化可利用电加热、喷淋加湿、天窗、风机达到目的。二氧化碳变化可通过二氧化碳发生器、开天窗、循环风机达到目的。光照可通过补光系统主动补光来完成。
[0040]2、大棚内的单个设备驱动时，可能对多个环境因子产生影响，如通风可降温、增加二氧化碳含量及调节湿度；加热设备可用于大棚内保温和去湿；风机可用于降温及；喷雾可用于增加湿度和降温等。另外不同的大棚设施对环境因子的影响程度大小、快慢、适合时期使用都不同。因此将上述逻辑关系输入数据库中，经过综合对比之后，选择合适的设施对保持大棚内部适宜的环境具有重要作用。
[0041]3、其次，改变大棚内的一个环境因子将对其他环境因子产生影响。如温度上升，湿度将会下降，呼吸作用增加，二氧化碳浓度将增加。湿度增加；温度会降低，导致新陈代谢降低。光照强度加强，光合作用增强，二氧化碳浓度会下降，温度也会上升。
[0042]4、光伏大棚中环境因子的设定主要以下方面:
[0043]I)温度的设定:在作物种植之前，通过查阅数据库和根据用户经验设定农作物三基点温度，根据作物生育阶段及生长活动的昼夜变化设定环境温度。在三基点的温度范围内一般白天进行光合作用设定较高的温度。晚上只有呼吸作用，温度设定较低。温度超出范围时报警。
[0044]2)湿度的设定:在作物种植之前，通过通过查阅数据库和根据用户经验设定农作物空气湿度和土壤湿度范围。通过实时监测，将精度误差控制在5%之内。超出湿度范围时报警器将报警，并在用户终端显示原因。
[0045]3) 二氧化碳浓度的设定:在作物种植之前，通过通过查阅数据库和根据用户经验设定农作物二氧化碳浓度补偿点和二氧化碳饱和点。二氧化碳浓度低，农作物不能进行旺盛的光合作用，难以早熟高产。当二氧化碳浓度过高时，严重将导致作物死亡。因此要控制二氧化碳浓度高于补偿点不高于饱和点。当低于补偿点或高于饱和点时报警器报警.
[0046]如图3所示，本发明的一种光伏大棚智能监控方法，包括如下步骤:
[0047](I)根据农业数据库设定大棚内的光照、温度、湿度和二氧化碳浓度参数和土壤肥力参数；
[0048](2)通过设置在大棚本体外部的环境智能检测系统和设置在大棚本体内的空气环境监测系统与土壤环境监测系统监测天气情况和大棚内的空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、大气压、光照量、风速、风量、露点，以及土壤湿度、土壤温度、土壤肥力，并将监测到的数据发送给监控平台；
[0049](3)通过互联网下载天气预报数据传输到监控平台；
[0050](4)环境监测出现异常时发出预警信息；
[0051](5)监控平台将监测到的数据与设定参数进行比对得出调节预警环境因子可操控的备用设施同时调取大棚其他环境因子数据；
[0052](6)监控平台分析备用设备对其他环境因子产生的影响，选择合适的设备；
[0053](7)监控系统调取光伏系统发电数据，确定相关设备供电方式；
[0054](8)监控平台指令智能控制器启动相应设备补偿参数；
[0055](9)监控平台进行棚内环境监测。
[0056]所述的一种光伏大棚智能监控方法，还包括步骤(10):当棚内环境检测系统检测到异常情况，或环境因子到达设定的临界值时发出预警信号，可通过远程通信通知用户，提醒用户进行操作。步骤(11)进行光伏发电系统监测，确定光伏发电系统稳定性、安全性，并通过监测光伏发电量确定系统何时给蓄电池供电，何时并入电网。另外包括步骤(12):当天气预报显示天气突变时，用户可通过用户终端登录监控平台，通过智能控制器操作设备。如下雨时关闭天窗及开启储雨池等。
[0057]用户可在数据分析平台按照预警原因与其他环境因素相关性的密切程度进行选择，然后结合外部环境监测仪数据，数据分析平台给出分析结果和选择方案，用户按照需求选择相关的大棚的设备，并通过监控平台光伏发电量选择供电方式，发送指令到智能控制器，智能控制器驱动相关设备。
[0058]上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:包括大棚本体，位于大棚本体外的配电室、环境检测系统和监控平台，位于大棚本体顶部的光伏组件、通风天窗；位于大棚本体内的土壤环境监测系统、空气环境监测系统、与监控平台相连的智能控制器和与智能控制器相连的补光系统、风机、补温设备、杀虫设备、喷雾灌溉系统及二氧化碳发生器；所述环境检测系统、所述土壤环境监测系统和所述空气环境监测系统分别通过有线或无线的方式与监控平台无线连接；所述光伏组件通过间隔排列的方式置于大棚顶部；所述配电室包括逆变器、蓄电池和控制器，所述配电室与电网相连；所述智能控制器与蓄电池、逆变器和电网相连。2.根据权利要求1所述的一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:所述大棚本体顶部还设有卷帘机，所述卷帘机与智能控制器相连；所述卷帘机上设有遮荫帘。3.根据权利要求1所述的一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:所述补光系统为LED补光灯。4.根据权利要求1所述的一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:所述补温设备包括地源热栗和电加热设备。5.根据权利要求1所述的一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:所述空气环境监测系统为对大棚本体内空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、大气压、光照量、风速、风量、露点进行监测的空气监测仪。6.根据权利要求1所述的一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:所述土壤环境监测系统为对土壤湿度、土壤温度、土壤肥力进行监测土壤环境监测仪。7.根据权利要求1?6任一所述的一种光伏大棚智能监控系统，其特征在于:所述监控平台包括数据存储模块，数据处理模块、控制平台和用户终端。8.一种光伏大棚智能监控方法，包括如下步骤: (1)根据农业数据库设定大棚内的光照、温度、湿度和二氧化碳浓度参数和土壤肥力参数； (2)通过设置在大棚本体外部的环境智能检测系统和设置在大棚本体内的空气环境监测系统与土壤环境监测系统监测天气情况和大棚内的空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、大气压、光照量、风速、风量、露点，以及土壤湿度、土壤温度、土壤肥力，并将监测到的数据发送给监控平台； (3)通过互联网下载天气预报数据传输到监控平台； (4)环境监测出现异常时发出预警信息； (5)监控平台将监测到的数据与设定参数进行比对得出调节预警环境因子可操控的备用设施同时调取大棚其他环境因子数据； (6)监控平台分析备用设备对其他环境因子产生的影响，选择合适的设备； (7)监控系统调取光伏系统发电数据，确定相关设备供电方式； (8)监控平台指令智能控制器启动相应设备补偿参数； (9)监控平台进行棚内环境监测。9.根据权利要求8所述的一种光伏大棚智能监控方法，其特征在于:还包括步骤(10):当棚内环境检测系统检测到异常情况，或环境因子到达设定的临界值时发出预警信号，可通过远程通信通知用户，提醒用户进行操作；步骤(11):进行光伏发电系统监测，确定光伏发电系统稳定性、安全性，并通过监测光伏发电量确定系统何时给蓄电池供电，何时并入电网；另外包括步骤(12):当天气预报显示天气突变时，用户可通过用户终端登录监控平台，通过智能控制器操作设备，如下雨时关闭天窗及开启储雨池。
【文档编号】G05B19/418GK105892411SQ201410740782
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月30日
【发明人】魏俊
【申请人】黄石木信息科技有限公司, 黄石一木信息科技有限公司