CN102626043B - 应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业生态温室领域，特别涉及一种应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统。应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统，通过物联网智能控制系统与薄膜太阳能光伏系统、高温高效螺杆热泵系统有效融合，全面实现温室大棚的智能管理。本发明应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统，改进了农业生产技术、工艺和设备，降低了能耗、水耗、污染，达到了节能减排的效果，实现了经济效益与社会效益的最大化。

Description

应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统

技术领域

本发明涉及农业生态温室领域，特别涉及一种应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统。

背景技术

现有技术中，农业生态温室，在作物种植时，主要存在一些缺陷：

1、温室用于在不适宜植物生长的季节，提供生育期和增加产量，用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等，对种植作物生长环境的要求精确，对蔬菜质量检测需要保障。目前，大多数农户给温室加温、浇水、通风等，全凭感觉。感觉冷了就加温，感觉干了就浇水，感觉闷了就通风，缺乏精确，无科学依据。

2、目前农业温室种植，电力资源等其他一系列问题，存在较为广泛，丞待解决。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供在农业生态温室中引入薄膜太阳能光伏系统、物联网智能控制系统和高温高效螺杆热泵系统的新能源闭环式综合节能系统。

本发明采用的技术方案如下：

应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统，其特征在于，通过物联网智能控制系统与薄膜太阳能光伏系统、高温高效螺杆热泵系统有效融合，全面实现温室大棚的智能管理；

所述薄膜太阳能光伏系统产生的电力资源提供给生态温室内的照明灯、补光灯、卷帘机、灌溉设备、植保设备使用，提供物联网智能控制系统所需电能，以及辅助或部分提供高温高效螺杆热泵系统所需电能；

所述物联网智能控制系统，采用传感器和计算机构成无线网络，实现对薄膜太阳能光伏系统和高温高效螺杆热泵系统集中控制及管理功能；

所述高温高效螺杆热泵系统，提供给生态温室作物适宜的气流、温度及湿度。

优选地，所述薄膜太阳能光伏系统为碲化镉、非晶硅薄膜太阳能光伏系统。

与现有技术相比，本发明应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统具有如下优点：

1、改进了农业生产技术、工艺和设备，降低了能耗、水耗、污染，达到了节能减排的效果，实现了经济效益与社会效益的最大化。

2、提升农作物质量、产量，经济效益明显。

从农业温室大棚的温度、温度、照明、补光、遮阳、监控等诸多环节对农作物的生长环境、生长过程进行调节，提高了农作物复种指数，增加单位面积土地农作物的产量。同时农业温室与外界的隔离，可以减少温室外病虫害的侵害，有效地控制病虫害的传播，从而减少农作物的农药使用量，更有利于实现农作物无公害生产，提升农作物质量。温室大棚的生长环境的优化，缩短了温室农作物的生育期，可以让农作物提前上市，长年上市，在产量、质量提升的同时，增加农作物经济效益，一般亩增经济效益50％以上。

3、低碳环保，节能效益显著

碲化镉薄膜太阳能光伏系统是世界光伏行业技术前沿产品，它与农业温室大棚的结合不仅可节约大量的土地资源，还可以利用温室本身作为光伏发电建筑基础。产生的电力资源可直接提供给温室内的照明灯、补光灯、卷帘机、灌溉设备、植保设备等使用。也可供节能系统的另外二个系统电力使用。真正做到能源的自循环生产与使用，拓展的技术应用的深度、广度、灵活性。

水地源热泵系统是国际国内主流的应用降低建筑能耗的产品，我们经过设计改进和技术攻关，改成高温高效热泵系统，取得自主知识产权。在农业温室大棚应用节能效率30-70％。

4、创新管理模式、提高管理效益

物联网智能控制系统能够提供终端远程管理、运行监控、告警管理、协议适配、业务数据传输、行业应用接入等综合服务功能。能够与薄膜太阳能光伏系统、高温高效螺杆热泵系统有效融合，全面实现温室大棚的智能管理。

因此，通过信息化手段，应用物联网智能控制系统将为传统农业改造升级与世界发展同步起到巨大的推动作用，实现了数字农业向智慧农业的转变，降低了温室人工管理成本和生产过程成本，提高了温室大棚生产全过程的效率，应用单位管理效益明显。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的系统结构框图。

具体实施方式

请参阅图1，应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统，通过物联网智能控制系统与薄膜太阳能光伏系统、高温高效螺杆热泵系统有效融合，全面实现温室大棚的智能管理。

薄膜太阳能光伏系统，优选为碲化镉、非晶硅太阳能光伏系统，其产生的电力资源提供给生态温室内的照明灯、补光灯、卷帘机、灌溉设备、植保设备使用，提供物联网智能控制系统所需电能，以及辅助提供高温高效螺杆热泵系统所需电能。

薄膜太阳能光伏系统由碲化镉光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器和交流用电负载(如照明、补光灯、灌溉装置)组成。碲化镉光伏组件将太阳光能转化成电能，储存到蓄电池中。当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求。控制器对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出。

薄膜太阳能光伏系统，其优点表现在：

1、发电性能好，弱光及高温情况下都表现很好。

2、没有转动部件，不产生噪音。

3、没有空气污染、不排放废水。

4、没有燃烧过程，不需要燃料。

5、维修保养简单，维护费用低。

6、运行可靠性、稳定性好。

7、作为关键部件的太阳电池使用寿命长，可达到25年以上。

薄膜太阳能光伏系统，夏天阳光辐射较强的时，太阳能电池板可以吸收辐射于温室上的阳光，将光能、热能转换为电能，起到很好的降温控制作用；冬天时，太阳能电池板采用双玻结构，对室内的温度有着很好的保持作用，利用电池背板对光线二次反射左右因此在气温较低的冬天，很好的保温效果。

采用薄膜太阳能光伏系统，可大幅度降低额外能源的输入，提高建筑物本身的节能效果。通过太阳能电池板补充温室对能源的消耗，按安装电池板面积4000平方米计算，一年可提供电能30万度左右。

同时，薄膜太阳能光伏系统的光伏材料还具有内遮阳和外遮阳作用：

外遮阳：降温，避免阳光直射灼伤植物，有效降温3-7摄氏度。防紫外线、冰雹对温室顶部造成损坏。根据种植物的种植需要，选择不同的电池板排放密度和电池板的光投影角度。

内遮阳：由于电池板内表层对光线有着很好的反射作用，通过反射将到达温室内的光线进行二次利用。可以起到高效节能，保温性能好，从而降低冬季的运行成本，有效节能40％。可以减少土壤水分蒸发，能有效阻止室内雾气形成滴露。

以自动灌溉装置作为示例，自动灌溉的实现是将太阳能电池板与直流水泵结合起来，在外有光照的情况下，太阳能电池发电驱动直流水泵工作对农作物灌溉灌溉的力度随外太阳光照的强度成正比。太阳光照越强，灌溉力度越大，可实现无人看守，自动灌溉作用。

以自动补光系统作为示例，利用太阳能发电，温室内设计配有节能灯补光系统(由于植物对光的选择不同、不同波长的光对植物的生长影响不同)，可以根据植物实际需求光照进行配光。例如采用蓝光部分增加30％，红、蓝光能量更加平衡，促进植物的生长。

物联网智能控制系统，采用传感器和计算机构成无线网络，实现对薄膜太阳能光伏系统和高温高效螺杆热泵系统集中控制及管理功能，例如获取及控制农业生态温室的作物生长最佳条件，并提供指导。

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

从应用来看：一是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别。二是传输网络，即通过现有互联网、广电网通信网或未来的NGN网，实现数据传输与计算。三是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有手机、PC等终端进行。

物联网智能控制系统内容与功能表现在：

1、实现行业终端的适配接入，对采集到的数据实现报警、转发、存数据库等操作。

2、提供开放的系统和数据结构，为各物联网应用的扩展提供数据。

3、提供详尽的历史记录，及灵活的报表定制工具，易于生成任意格式的报表。

4、提供易于扩展的、分布式平台框架及冗余运行模式，支持大规模、大数据量的应用。

5、提供强大的用户及权限管理，保证系统运行的安全性。

6、实现对现有部分行业终端的接入调试、数据处理及监控管理

物联网智能控制系统特点主要表现在：

1、反应迅速、实时互动。

2、系统可扩展性强，安全性高。

3、硬件节点体积小，系统功耗低。

4、部署简便，点对点或大面积覆盖均可快速实现。

5、替代传统工业总线，网络结构稳定、性能完善。

将物联网智能控制系统应用于农业生态温室时，通过设于生态温室的传感器，测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度、光照强度、二氧化碳浓度等来获得作物生长的最佳条件，通过模型分析，同时提供有效信息指导生态温室种植。

高温高效螺杆热泵系统，提供给生态温室作物适宜的气流、温度及湿度。

高温螺杆热泵机组采用高温环保工质，突破一般热泵的温度瓶颈，可以从15-60℃的低品位水中回收热量，制取60-95℃的高温热水，是具有“高温、高效、环保、节能”特点的高新技术产品，可广泛应用于低温地热水、地热尾水的热回收、以及其它工业、农业废水、废热的热回收利用。

高温螺杆热泵机组主要用于替代燃油、燃气锅炉、管道蒸汽。双螺杆式中/高温热泵在有废热源的条件下，具有4.0以上的COP值。根据多种方案的积累，当替代燃油、燃气、燃煤锅炉时，对应燃油/电可节支65％左右，对应燃气可节支45％左右。

与传统加热方式的比较，传统加热方式为肋片管辐射散热，需要热水温度高，加热效率低；改进后的加热方式为对流换热，需要热水温度低，加热效率高。经测算，改进后的系统综合节能度至少30％。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.应用于农业生态温室的新能源闭环式综合节能系统，其特征在于，通过物联网智能控制系统与薄膜太阳能光伏系统、高温高效螺杆热泵系统有效融合，全面实现温室大棚的智能管理；

所述薄膜太阳能光伏系统产生的电力资源提供给生态温室内的照明灯、补光灯、卷帘机、灌溉设备、植保设备使用，提供物联网智能控制系统所需电能，以及辅助或部分提供高温高效螺杆热泵系统所需电能；

所述薄膜太阳能光伏系统为碲化镉、非晶硅薄膜太阳能光伏系统，由碲化镉光伏组件、控制器、蓄电池、逆变器和交流用电负载组成；碲化镉光伏组件将太阳光能转化成电能，储存到蓄电池中；当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求；控制器对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出；

夏天阳光辐射较强的时，太阳能电池板可以吸收辐射于温室上的阳光，将光能、热能转换为电能，起到降温控制作用；冬天时，太阳能电池板采用双玻结构，对室内的温度有着保持作用；

所述薄膜太阳能光伏系统的光伏材料还具有内遮阳和外遮阳作用；

外遮阳：降温，避免阳光直射灼伤植物，有效降温3-7摄氏度；防紫外线、冰雹对温室顶部造成损坏；根据种植物的种植需要，选择不同的电池板排放密度和电池板的光投影角度；

内遮阳：由于电池板内表层对光线有着反射作用，通过反射将到达温室内的光线进行二次利用；减少土壤水分蒸发，能有效阻止室内雾气形成滴露；

将太阳能电池板与直流水泵结合起来，在外有光照的情况下，太阳能电池发电驱动直流水泵工作对农作物灌溉灌溉的力度随外太阳光照的强度成正比；太阳光照越强，灌溉力度越大，可实现无人看守，自动灌溉作用；

利用太阳能发电，温室内设计配有节能灯补光系统，可以根据植物实际需求光照进行配光；

所述物联网智能控制系统，采用传感器和计算机构成无线网络，实现对薄膜太阳能光伏系统和高温高效螺杆热泵系统集中控制及管理功能，获取及控制农业生态温室的作物生长最佳条件，并提供指导；

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理；

以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别；

即通过现有互联网、广电网通信网或未来的NGN网，实现数据传输与计算；

输入输出控制终端，可基于现有手机、PC等终端进行；

将物联网智能控制系统应用于农业生态温室时，通过设于生态温室的传感器，测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度、光照强度、二氧化碳浓度来获得作物生长的最佳条件，通过模型分析，同时提供有效信息指导生态温室种植；

所述高温高效螺杆热泵系统，提供给生态温室作物适宜的气流、温度及湿度；

高温螺杆热泵机组从15-60℃的低品位水中回收热量，制取60-95℃的高温热水，应用于低温地热水、地热尾水的热回收、以及其它工业、农业废水、废热的热回收利用；

双螺杆式中/高温热泵在有废热源的条件下，具有4.0以上的COP值。