CN102715046A

CN102715046A - 一种日光温室太阳能光伏发电利用装置及方法

Info

Publication number: CN102715046A
Application number: CN2012101875209A
Authority: CN
Inventors: 王新忠; 孔鹏飞; 闫润; 王为路; 孙迎龙
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: CN102715046B

Abstract

本发明公开一种日光温室太阳能光伏发电利用装置及方法，多个与温室后立墙垂直面相平行的太阳能光伏发电玻璃或薄膜通过定位夹具间隔排列固定连接固定框架，确定温室的前后跨度、温室后立墙垂直面的高度、温室的左右开间总宽度、后立墙的平均吸热系数、太阳能光伏发电玻璃或薄膜与温室后立墙垂直面的距离；再选取太阳能光伏发电玻璃或薄膜，确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜距离温室左右两侧墙的距离和距离温室地面的高度；最后根据公式确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜的安装个数和每两个之间的间距；将照射到日光温室后立墙垂直面的部分太阳能转化为电能，提高了温室单位面积内太阳光的利用率，保证了种植作物能够正常获取光照。

Description

一种日光温室太阳能光伏发电利用装置及方法

技术领域

本发明涉及温室太阳能利用技术领域，尤其是涉及一种日光温室太阳能光伏发电利用方法及装置。

背景技术

目前，在我国的北方地区，尤其是在北纬35°到45°之间的地区，日光温室是最主要的农业生产设施。日光温室作为我国北方常用的温室结构形式，其在温室内环境的调控和太阳能的利用方面存在优势但也有一定的缺陷。我国现有的日光温室结构形式相比于普通的单栋圆拱型温室一个很大的区别在于，日光温室有一个被设计专门用来储存热量的后立墙。但是在温室的日常生产过程中，尤其是在白天天气晴朗的条件下，由于温室后墙建设材料自身储热能力的限制，并不能无限制地吸收照射到其表面的太阳能，因而在白天照射到日光温室后立墙垂直面上的太阳能，有很大一部分被反射和散射到外部空间中，这部分被反射和散射的太阳能，在温室的生产过程中，既没有被温室储热装置吸收，也没有有效地直接参加温室内植物的光合作用，并未得到合理的利用。同时日光温室较高的后立墙的存在也阻挡了后侧建筑的光照，因而也降低了太阳能单位面积的利用率。反射和散射到日光温室外部空间的太阳能降低了温室太阳能综合利用，造成了太阳能资源的浪费。

中国专利CN201536524U介绍了一种多功能太阳能光伏温室，该多功能太阳能光伏温室在外观形状上与日光温室类似，在温室的屋顶设置可透光的光伏电池组件，虽然能够在一定程度上实现对太阳能的综合利用，但是光伏电池组件自身透光性能较差，将光伏电池组件安装在温室屋顶直接影响温室内部光照强度的分布，尤其是在阴天外界光照强度较低的情况下，温室内的光照条件无法满足作物的生长。虽然光伏电池组件生成的电能可以用来人工照明，但是能量经过多次转换反而降低了其利用效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有日光温室自身的结构特点，为提高日光温室综合效益而提供一种日光温室太阳能光伏发电利用装置和方法，在保证温室内作物生长过程中正常获取光照的情况下，同时进行太阳能发电，提高日光温室太阳能的综合利用率，进而有效降低温室生产成本。

本发明日光温室太阳能光伏发电利用装置采用的技术方案是：多个与温室后立墙垂直面相平行的太阳能光伏发电玻璃或薄膜通过定位夹具间隔排列固定连接固定框架，固定框架是由一个上水平支架、一个下水平支架和两个竖直支架组成的方形结构；水平支撑件水平设置，水平支撑件前端通过U型卡槽连接固定框架上端，水平支撑件后端通过金属垫板固定连接温室后立墙垂直面；竖向支撑件上端通过U型卡槽固定连接固定框架，竖向支撑件下端通过金属垫板垂直固定连接日光温室地面；多个太阳能光伏发电玻璃或薄膜与电线连接构成并联电路，电线与蓄电池连接，蓄电池再连接温室生产和管理设备。

本发明日光温室太阳能光伏发电利用装置的利用方法采用的技术方案是包括如下步骤：（1）确定日光温室前后跨度B，温室后立墙垂直面的高度H，温室左右开间总宽度L；确定后立墙的平均吸热系数α，根据跨度B确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜与温室后立墙垂直面的距离d；（2）选取高度h1、宽度l1和辐射透过率β的太阳能光伏发电玻璃或薄膜，确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜距离温室左右两侧墙的距离l和距离温室地面的高度h；（3）根据公式

Figure 2012101875209100002DEST_PATH_IMAGE002

，

Figure 2012101875209100002DEST_PATH_IMAGE004

，确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜的安装个数n和每两个太阳能光伏发电玻璃或薄膜之间的间距l2。

本发明的有益效果是：

1、本发明装置利用光伏转换技术将照射到日光温室后立墙垂直面的部分太阳能转化为电能，太阳能光伏发电元件在发电的过程中对照射到日光温室种植区域的光照不存在影响，提高了温室单位面积内太阳光的利用率，保证了种植作物能够正常获取光照，用于日光温室照明补光等生产和管理环节。

2、利用本发明装置生成的电能，可以为日光温室内的生产设施提供能源支持，减少能耗和温室运营生产成本，提高经济效益。

3、本发明装置安装简单，除太阳能光伏发电元件和蓄电池外，各主要构件均为铝合金型材或者镀锌钢材，取材简便易加工；同时各个构件之间采用螺栓连接，方便安装、拆卸和维护。

4、本发明装置在利用时，可根据日光温室的自身建设规格选取不同尺寸的配件自由组合，自由安装，布设方便，具有很强的灵活性和适应性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1是本发明装置结构主视图；

图2是图1中固定框架1结构放大示意图；

图3是图1的左视局部剖视图；

图4是本发明装置各构件几何关系示意图，其中，图4a是图1所示各构件几何关系示意图，图4b是图4a的左侧视图；

图中：1-固定框架，2-太阳能光伏发电玻璃或薄膜，3-竖向支撑件，4-U型卡槽，5-金属垫板，6-定位夹具，7-电线，8-蓄电池，9-温室生产和管理设备，10-后立墙垂直面，11-日光温室地面，12-水平支撑件，13-上水平支架，14-下水平支架，15-竖直支架，16-螺栓。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明装置安装在日光温室内部，安装位置靠近日光温室后立墙垂直面10。有多个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2间隔排列固定放置在固定框架1上，多个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2与温室后立墙垂直面10相平行。太阳能光伏发电玻璃是指在非晶硅、单晶体硅或者多晶硅太阳能电池的上下表面均覆盖有玻璃的光伏发电玻璃，这主要是为了使太阳能电池与外界空气隔离避免太阳能电池在温室内潮湿的环境中被腐蚀；太阳能光伏发电薄膜也是指在太阳能电池的上下表面覆盖有塑料薄膜的光伏发电薄膜。

在每个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2与固定框架1接触的上下端对应位置处，均安装有一个定位夹具6，多个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2通过定位夹具6固定连接固定框架1。竖向支撑件3上端通过U型卡槽4固定连接固定框架1，竖向支撑3件下端通过金属垫板5 垂直固定连接日光温室地面11；竖向支撑件3上端焊接有U型卡槽4，下端焊接有金属垫板5。金属垫板5通过螺栓与日光温室地面11固定。固定框架1的下端安装固定在U型卡槽4内。太阳能光伏发电玻璃或薄膜2与电线7连接，构成并联电路。电线7与蓄电池8连接，蓄电池8再连接温室生产和管理设备9，太阳能光伏发电玻璃或薄膜2在白天转化生成的电能通过电线7，传送到蓄电池8内存储，蓄电池8利用存储的电能为温室生产和管理设备9工作提供能源。

如图2所示，固定框架1由一个上水平支架13、一个下水平支架14和两个竖直支架15组成的方形结构。其中，上水平支架13和下水平支架14为截面尺寸相同的表面镀锌的角钢，或者截面尺寸相同截面形状为“L”形的铝合金；竖直支架15为截面形状为中空矩形的铝合金。两个竖直支架15端部分别通过螺栓16及相配的螺母与上水平支架13和下水平支架14端部固定。

如图3所示，该装置在水平方向上依靠水平支撑件12实现整个装置工作位置的确定。水平支撑件12水平设置，水平支撑件12的前、后两端分别焊接有U型卡槽4和金属垫板5。水平支撑件12前端通过U型卡槽连接固定框架1上端，水平支撑件12后端通过金属垫板5固定连接日光温室后立墙垂直面10。金属垫板5通过与螺栓16配合，将水平支撑件12固定在日光温室后立墙垂直面10上。上水平支架13安装在水平支撑件12一端的U型卡槽4内。

如图4所示，日光温室的前后跨度为B，日光温室后立墙垂直面10的高度为H，日光温室左右开间宽度为L。安装在日光温室内的太阳能光伏发电利用装置与日光温室左右两侧墙之间的距离均为l，太阳能光伏发电玻璃或薄膜2距离日光温室地面11的高度为h，太阳能光伏发电玻璃或薄膜2与日光温室后立墙垂直面10之间的距离为d。太阳能光伏发电利用装置上安装的每个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2高度为h1，宽度为l1，每两个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2之间的间距相同均为l2。太阳能光伏发电利用装置上安装的太阳能光伏发电玻璃或薄膜2的个数为n，间距数量为n-1。

假设照射到日光温室后立墙的太阳辐射能的日平均值为Q，安装太阳能光伏发电利用装置之前，日光温室后立墙垂直面10在白天吸热过程中吸收能量的日平均值为Q ₁，其中：

α——平均吸热系数，由温室所处地理纬度和后立墙材质决定，根据经验其取值范围为0.3~0.5。

安装太阳能光伏发电利用装置之后，照射到后立墙的太阳辐射能为Q ₂，其中：

Figure 2012101875209100002DEST_PATH_IMAGE010

Figure 2012101875209100002DEST_PATH_IMAGE012

Figure 2012101875209100002DEST_PATH_IMAGE014

A1——日光温室后立墙垂直面的面积；

A2——太阳能光伏发电玻璃或薄膜间距的总面积；

A3——太阳能光伏发电玻璃或薄膜的总面积；

β——太阳能光伏发电玻璃或薄膜的辐射能透过率，由材料自身属性决定。

为保证太阳能光伏发电利用装置的发电效率最高，同时又使日光温室后立墙垂直面10获得足够的太阳辐射能，则应该使各构件的几何尺寸关系满足以下关系式：

Q ₂≥Q ₁，即：

（1）

同时，太阳能光伏发电利用装置长度方向几何尺寸应满足如下关系式：

（2）

温室后立墙垂直面10在白天吸热并通过升温来存储能量，在晚间缓慢降温释放能量，该装置整体热传导率大于温室内空气，为保证后立墙垂直面10在夜间能缓慢放热，因而该装置安装太阳能光伏发电玻璃或薄膜2时沿跨度方向与后立墙垂直面10存在一定的间距d，其中：

Figure 2012101875209100002DEST_PATH_IMAGE016

当利用本发明装置时，其步骤如下，

第一步：确定需要安装该装置的日光温室的基本几何尺寸信息，即日光温室的跨度B，温室后立墙垂直面10的高度H，温室的开间总宽度L。根据温室后立墙的材质和地理纬度信息，根据经验确定后立墙的平均吸热系数α。根据温室跨度B确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜2安装平面与温室后立墙垂直面10的距离d。

第二步：预选取太阳能光伏发电玻璃或薄膜2，确定相关尺寸参数信息，即高度h1、宽度l1和辐射透过率β。预确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜2安装位置距离温室左右两侧墙的距离l和距离温室地面的高度h。

第三步：为保证温室后立墙获得足够太阳辐射能，同时使太阳能光伏发电玻璃或薄膜发电效率最高，将确定的相关参数的具体数值带入式（1）、式（2），，计算确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜的安装个数n和之间的间距l2，应使太阳能光伏发电玻璃或薄膜安装个数n最多，同时太阳能光伏发电玻璃或薄膜之间的间距l2最小，本发明间隔距离取为0.2 m～0.3m。当温室跨度B小于等于6.5m时选择间距为0.2m。

第四步：根据确定的各构件的几何尺寸，安装竖向支撑和水平支撑，将固定框架安装在竖向支撑和水平支撑上。固定框架1安装固定完毕后，将太阳能光伏发电玻璃或薄膜安装在固定框架1上，并利用定位夹具6固定。利用电线将各个太阳能光伏发电玻璃或薄膜2连接构成并联电路，并联电路与蓄电池连8接，蓄电池8与温室内的生产和管理设备9连接，为其工作提供能量。

Claims

1.一种日光温室太阳能光伏发电利用装置，具有多个太阳能光伏发电玻璃或薄膜，其特征是：多个与温室后立墙垂直面相平行的太阳能光伏发电玻璃或薄膜通过定位夹具间隔排列固定连接固定框架，固定框架是由一个上水平支架、一个下水平支架和两个竖直支架组成的方形结构；水平支撑件水平设置，水平支撑件前端通过U型卡槽连接固定框架上端，水平支撑件后端通过金属垫板固定连接温室后立墙垂直面；竖向支撑件上端通过U型卡槽固定连接固定框架，竖向支撑件下端通过金属垫板垂直固定连接日光温室地面；多个太阳能光伏发电玻璃或薄膜与电线连接构成并联电路，电线与蓄电池连接，蓄电池再连接温室生产和管理设备。

2.一种如权利要求1所述日光温室太阳能光伏发电利用装置的利用方法，其特征是包括如下步骤：

（1）确定日光温室的前后跨度B，温室后立墙垂直面的高度H，温室的开间总宽度L；确定后立墙的平均吸热系数α，根据跨度B确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜与温室后立墙垂直面的距离d；

（2）选取高度h1、宽度l1和辐射透过率β的太阳能光伏发电玻璃或薄膜，确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜距离温室左右两侧墙的距离l和距离温室地面的高度h；

（3）根据公式，

Figure 2012101875209100001DEST_PATH_IMAGE004

，确定太阳能光伏发电玻璃或薄膜的安装个数n和每两个太阳能光伏发电玻璃或薄膜之间的间距l2。