CN103997285B - 一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，与现有技术相比解决了无法将大棚种植与太阳能回收高效综合利用的缺陷。本发明翻转杆A和翻转杆B的另一端分别活动安装在联动杆的两端，一维伺服系统安装在联动杆和底座之间，支撑框A上安装有槽型聚光膜A，支撑框B上安装有槽型聚光膜B，支撑框A上设有支架A，支架A上安装有光伏芯片A且槽型聚光膜A的反射焦点在光伏芯片A上，支撑框B上设有支架B，支架B上安装有光伏芯片B且槽型聚光膜B的反射焦点在光伏芯片B上，所述的槽型聚光膜A和槽型聚光膜B均为彩色滤光膜。本发明兼顾光伏发电与滤波双重功能，通过一维伺服系统保证槽型聚光膜每天可以按太阳轨迹进行东西方向自动跟踪。

Description

一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，具体来说是一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统。

背景技术

目前我国的设施农业栽培总面积已经达到了世界第一，温室大棚的出现使得人们几乎可以在一年四季中都能够吃到新鲜的蔬菜和瓜果，极大地方便了人们的饮食生活。近年来在各地农机等部门积极的积极推广下，我国设施农业取得了快速发展，社会经济效益显著。另一方面，光伏产业具有可再生、充足、安全、清洁等特点，各国相继投入大量资金，出台了各种政策进行支持，目前光伏太阳能产业正处于发展的快车道，表现在产量的不断提升，单位价格的不断下降。据统计，2011年全球太阳能电池的产能已经达到37.2GW，其中中国的产量已经超过世界总产量的一半。在这一背景下，各种太阳能辅助温室大棚应运而生，特别是随着LED照明的发展。随着LED光电转换效率的提升和价格的下降，LED和光伏发电进行了有机的结合，太阳能电池输出直流电，而LED需要直流驱动，光伏输出的直流电无需经过逆变，直接供给LED，不会产生逆变过程中的能量损失。

但是目前的太阳能辅助照明温室大棚存在着太阳能量的综合利用效率低等问题，主要表现在1、太阳能电池的取向是固定的，不同时间区段的受光面积变化非常大，固定的太阳能取向不能满足各个区段的受光方向，带来综合接受能量低的问题；2、太阳能的光谱利用不科学，大棚上的光伏板专用采光，所有波段都用来发电，光伏板下的大棚内则无法照到光照，导致在大棚上所能安装的光伏板的数量得到限制。如何开发出一种既可以兼顾大棚内植物生长、又可以达到太阳能回收利用的综合系统已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中无法将大棚种植与太阳能回收高效综合利用的缺陷，提供一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，包括底座、支撑框A和支撑框B，支撑框A和支撑框B分别活动安装在底座上，还包括翻转杆A、翻转杆B和联动杆，翻转杆A固定安装在支撑框A上，翻转杆B固定安装在支撑框B上，翻转杆A和翻转杆B的另一端分别活动安装在联动杆的两端，一维伺服系统安装在联动杆和底座之间，支撑框A上安装有槽型聚光膜A，支撑框B上安装有槽型聚光膜B，支撑框A上设有支架A，支架A上安装有光伏芯片A且槽型聚光膜A的反射焦点在光伏芯片A上，支撑框B上设有支架B，支架B上安装有光伏芯片B且槽型聚光膜B的反射焦点在光伏芯片B上，所述的槽型聚光膜A和槽型聚光膜B均为彩色滤光膜。

所述的一维伺服系统包括安装在底座上的支座，支座上安装有液压伺服系统组件，液压伺服系统组件包括液压电机和安装在液压电机上的液压套筒，液压套筒内安装有液压杆，液压杆与联动杆固定安装。

所述的一维伺服系统包括安装在底座上的转动电机，转动电机上安装有与其配合使用的转动轮，转动杆的一端安装在转动轮上且与转动轮构成转动配合，转动杆的另一端安装在联动杆上且与联动杆构成转动配合。

所述的光伏芯片A和光伏芯片B均为单晶硅背栅电极光伏芯片或宽谱太阳能电池。

所述的槽型聚光膜A和槽型聚光膜B均为红蓝光滤光膜。

有益效果

本发明的一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，与现有技术相比可以兼顾光伏发电与滤波双重功能，将光伏发电与光学滤波功能结合，具有太阳能发电效率高、透过光谱可调的优势。通过采用一维伺服系统，可以保证槽型聚光膜每天可以按太阳轨迹进行东西方向自动跟踪。由于采用槽型聚光技术，所需要的太阳能光伏芯片面积大大缩小，有效提升太阳能发电量。具有结构简单、成本低廉、达到综合利用太阳光能，节约土地资源，提高产量、效率的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明第一种实施方式的结构示意图

图3为本发明第二种实施方式的结构示意图

图4为本发明使用安装结构示意图

图5为本发明大面积使用示意图

图6为本发明槽型聚光膜与光伏芯片的技术原理图

其中，1-底座、2-翻转杆A、3-翻转杆B、4-支撑框A、5-支撑框B、6-支架A、7-支架B、8-槽型聚光膜A、9-槽型聚光膜B、10-光伏芯片A、11-光伏芯片B、12-联动杆、13-一维伺服系统、14-支座、15-液压电机、16-液压套筒、17-液压杆、18-转动电机、19-种植大棚、20-转动轮、21-转动杆。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，包括底座1、支撑框A4和支撑框B5，支撑框A4和支撑框B5用于安装槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9。支撑框A4和支撑框B5分别活动安装在底座1上，在底座1上可以进行翻转运动。还包括翻转杆A2、翻转杆B3和联动杆12，翻转杆A2用于控制支撑框A4的翻转运动，翻转杆B3用于控制支撑框B5的翻转运动。翻转杆A2一端固定安装在支撑框A4上，翻转杆B3一端固定安装在支撑框B5上，翻转杆A2和翻转杆B3的另一端分别活动安装在联动杆12的两端，这样通过联动杆12的运动，就可以同时带动翻转杆A2和翻转杆B3同步翻转运动。一维伺服系统13安装在联动杆12和底座1之间，通过一维伺服系统13的控制运动，实现支撑框A4和支撑框B5的翻转运动，槽型聚光膜每天可以按太阳轨迹进行东西方向自动跟踪，从而可以实现根据太阳的位置调整槽型薄膜的对准方向，使得太阳始终位于槽型聚光膜的对称面上。支撑框A4上安装有槽型聚光膜A8，支撑框B5上安装有槽型聚光膜B9，如图6所示，通过槽型聚光膜将太阳光聚焦于一条直线上，该槽型反射镜表面为抛物线型柱面薄膜，可以垂直于太阳轨道，方向大约为南北向，槽型聚光膜在支撑框上的安装采用现有技术中的多种方式均可。支撑框A4上设有支架A6，支架A6上安装有光伏芯片A10且槽型聚光膜A8的反射焦点在光伏芯片A10上，即光伏芯片A10安装在支架A6朝向槽型聚光膜A8的那一面。同样，支撑框B5上设有支架B7，支架B7安装有光伏芯片B11且槽型聚光膜B9的反射焦点在光伏芯片B11上，即光伏芯片B11安装在支架B7朝向槽型聚光膜B9的那一面。槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9均为彩色滤光膜，通过彩色滤光膜可以根据需要过滤所需要的光谱波段，即可以将适合植物生长的光谱波段透过，用于植物的光合作用；将对植物生长没有作用的光谱波段反射，反射至光伏芯片上，从而通过光伏芯片发电。通过采用光学滤波技术, 将太阳光分成两部分, 太阳能光谱中符合植物生长需求的光谱进行透过,其余部分被光学彩色滤波膜反射并聚焦于一条直线上，光伏芯片放置于焦线上，有效地将聚焦的太阳光转换为电能，太阳光转换为电能后的存储可以采用现有技术中的多种方式，如直接存储于蓄电池中，用于大棚的需要；也可以接入电网，进行并网发电。利用太阳能电池生成的电能还通过补光系统进行补光或者通过温度控制系统进行控温，温度控制系统所需电能可以优先利用太阳能电池产生的电流，无光照时才使用蓄电池电能工作。

一维伺服系统13用于追踪太阳位置并调整聚光膜的取向，使其始终对准太阳的位置，可以使用多种方式进行一维伺服系统13的运行。如对一维伺服系统13进行定时控制运动，通过一维伺服系统13的控制，使得槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9可以在相应的时间进行相应的位置调整，从而始终保持面对太阳。再如可以利用采光系统，实时判断当前光照方向，从而启动一维伺服系统13进行运动调整。

如图2所示，作为一维伺服系统13的第一种实施方式，一维伺服系统13包括安装在底座1上的支座14，支座14上安装有液压伺服系统组件，支座14用于支撑液压伺服系统组件。液压伺服系统组件通过液压控制的方式推动联动杆12，包括液压电机15和安装在液压电机15上的液压套筒16，液压套筒16内安装有液压杆17，液压电机15控制液压杆17在液压套筒16内的运动。液压杆17与联动杆12固定安装，当液压杆17在液压电机15的作用下进行运动时，液压杆17则在底座的支撑下，推动联动杆12左右运动，联动杆12则带动槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9进行翻转运动，从而配合太阳光的照射。

如图3所示，作为一维伺服系统13的第二种实施方式，一维伺服系统13包括安装在底座1上的转动电机18，转动电机18上安装有与其配合使用的转动轮20，转动电机18带动转动轮20转动。转动杆21的一端安装在转动轮20上且与转动轮20构成转动配合，转动杆21在转动轮20上可以转动，转动杆21的另一端安装在联动杆12上且与联动杆12构成转动配合，转动杆21的另一端在联动杆12上也可以转动。转动电机18带动转动轮20转动，转动杆21随着转动轮20作左右运动，由于转动轮20两端均为转动连接，则在转动杆21的带动下，联动杆12进行左右运动，从而实现槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9的翻转运动。

为了更好的提高太阳能光的转化率，更好的兼顾光伏发电与滤波功能，光伏芯片A10和光伏芯片B11可以均为单晶硅背栅电极光伏芯片或宽谱太阳能电池。宽谱太阳能电池则可以为锑化镉或铜铟镓硒。

槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9的透过谱可以根据不同植物的生长需求进行个性化设计，比如对于西红柿可以让黄绿光完全反射，红蓝按9:1的强度透过；也可以根据特色需要进行设计，比如口感，微量含量，维生素等，因此可以将槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9均设计为红蓝光滤光膜。对于现有的光谱分离型太阳能光伏发电系统而言，由于采用光谱分离技术，需要大面积印刷输出电流的电极图形，无法做到兼顾光伏发电与滤波功能。无论采用哪种薄膜光伏技术，让蓝光和红光透过都无法将光谱分离透彻，且光伏（P/N结）结构复杂、成本过高。而采用红蓝光滤光膜去除蓝光和红光后，根据光谱积分计算，得出所损失的发电效率均未出现大范围的下降。

在实际使用时，如图4和图5所示，在种植大棚19上可以安装多个本系统。太阳光照进槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9，由于槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9为彩色滤光膜，将红蓝光或其他光透过给植物进行光合作用，将其他光反射到光伏芯片A10和光伏芯片B11上，进行光能吸收。一维伺服系统13配合太阳光的运动，对联动杆12进行运动控制，从而控制槽型聚光膜A8和槽型聚光膜B9可以吸引更多的太阳能光。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，包括底座（1）、支撑框A（4）和支撑框B（5），支撑框A（4）和支撑框B（5）分别活动安装在底座（1）上，其特征在于：还包括翻转杆A（2）、翻转杆B（3）和联动杆（12），翻转杆A（2）固定安装在支撑框A（4）上，翻转杆B（3）固定安装在支撑框B（5）上，翻转杆A（2）和翻转杆B（3）的另一端分别活动安装在联动杆（12）的两端，一维伺服系统（13）安装在联动杆（12）和底座（1）之间，支撑框A（4）上安装有槽型聚光膜A（8），支撑框B（5）上安装有槽型聚光膜B（9），支撑框A（4）上设有支架A（6），支架A（6）上安装有光伏芯片A（10）且槽型聚光膜A（8）的反射焦点在光伏芯片A（10）上，支撑框B（5）上设有支架B（7），支架B（7）上安装有光伏芯片B（11）且槽型聚光膜B（9）的反射焦点在光伏芯片B（11）上，所述的槽型聚光膜A（8）和槽型聚光膜B（9）均为彩色滤光膜；

所述的一维伺服系统（13）包括安装在底座（1）上的支座（14），支座（14）上安装有液压伺服系统组件，液压伺服系统组件包括液压电机（15）和安装在液压电机（15）上的液压套筒（16），液压套筒（16）内安装有液压杆（17），液压杆（17）与联动杆（12）固定安装。

2.根据权利要求1所述的一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，其特征在于：所述的一维伺服系统（13）包括安装在底座（1）上的转动电机（18），转动电机（18）上安装有与其配合使用的转动轮（20），转动杆（21）的一端安装在转动轮（20）上且与转动轮（20）构成转动配合，转动杆（21）的另一端安装在联动杆（12）上且与联动杆（12）构成转动配合。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，其特征在于：所述的光伏芯片A（10）和光伏芯片B（11）均为单晶硅背栅电极光伏芯片或宽谱太阳能电池。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，其特征在于：所述的槽型聚光膜A（8）和槽型聚光膜B（9）均为红蓝光滤光膜。