CN104094798A - 具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统 - Google Patents

具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统，由棚架、太阳能光伏电池板、保温膜、传感器单元、控制单元、太阳能驱动空气余热回收单元、余热回收出入风口动态调节单元和太阳能辅助加热单元组成。通过余热回收单元将上下游大棚进行串联，通过温度传感器和湿度传感器的数据采样动态调整余热回收出入风口的进风成分，实现棚内自适应通风保温效果。多余光伏发电量进行并网发电。该系统可以应用于农业大棚的保温，能够满足装置经济、环保、节能的供应要求，实现对大棚的高效保温效果。

Description

具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统
技术领域
本发明涉及一种光伏发电系统，特指一种具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统。
背景技术
单纯的农业大棚，通过钢结构搭建成大棚骨架，构架直接与地面固定连接，保温膜敷在构架外面并通过棚架结构将保温膜撑住，通过卡扣将膜固定。与太阳能结合的农业大棚，是在常规农业大棚的基础上附加太阳能光伏组件，保温膜在太阳能组件和大棚的骨架之间。这种结构造成了温室内构架与地面直接相连，或通过上部相连构架暴露到空气中，形成了多处“冷桥”，将棚内的热量任意带走。因保温膜是易耗品，使用寿命短，上述这种结构也给更换保温膜带来诸多不便。再者，由于大棚需要不断进行通风换气，用来为农作物提供新鲜的空气，但是在有保暖需要的冬季，冷空气的进入将极大增加棚内保温需求的压力。通常的做法是：在能实行集中供暖的区域，采用暖气供暖，其他大部分偏远地区实行电加热方式供暖，更普遍的现象是，为节约成本而采用高污染的烧煤炉或垃圾的取暖方式。但是事实上，当输入冷空气的同时，等量的热空气被排出棚外，如果能有效利用该部分热能，将达到节能效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有余热回收功能的农业大棚光伏并网发电系统，该系统能够提高农业生产质量，提升农产品的品质，促进高效农业发展，经济利益可观。
本发明使用如下技术方案来实现：
所述具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统由棚架、太阳能光伏电池板、保温膜、传感器单元、控制单元、太阳能驱动空气余热回收单元、余热回收出入风口动态调节单元和太阳能辅助加热单元组成；
其中，所述太阳能光伏电池板安装于所述棚架上，在光照条件充足时发电，为所述太阳能驱动空气余热回收单元及所述传感器单元提供电源；
所述保温膜安装于棚架内；
所述传感器单元包括温度及湿度传感器，安装于大棚内，用于采样室内温度和湿度；
所述控制单元包括分析单元、电磁阀和通风调节器；其中，所述分析单元对所述传感器单元中的温度及湿度传感器的采样数据进行分析，根据分析结果驱动所述电磁阀调节所述通风调节器来控制进风量及进风成分；所述太阳能驱动空气余热回收单元由冷媒蒸发器、压缩机、冷凝器、上游通风分流器和下游通风分流器构成，其中所述上游通风分流器包括上游通风调节器、上游外界入风口、上游棚内入风口和上游外界出风口；所述下游通风分流器包括下游通风调节器、下游外界入风口、下游棚内入风口和下游棚内出风口；
所述太阳能驱动空气余热回收单元，用于当所述分析结果显示仅需要进行大棚余热回收时，由所述控制单元中的通风调节器驱动所述上游通风分流器，调节所述上游通风调节器，利用所述出入风口动态调节单元减少或关闭所述上游外界入风口，以减少外界空气进入，使空气完全从上游大棚通过所述上游棚内入风口进入所述冷媒蒸发器及压缩机内完成余热回收，冷空气从所述上游外界出风口排出，同时驱动所述下游通风分流器，调节所述下游通风调节器，利用所述出入风口动态调节单元减少或关闭所述下游棚内入风口，使新鲜冷空气从所述下游外界入风口进入所述冷凝器，完成冷空气的加热，并通过所述下游棚内出风口进入下游棚内，实现对下游大棚的加热；
所述太阳能辅助加热单元，用于当所述分析结果显示大棚内温度不够时，由所述控制单元中的通风调节器驱动所述上游通风分流器，调节所述上游通风调节器来增加所述上游外界入风口的进风量，同时驱动所述下游通风分流器，调节所述下游通风调节器来减少所述下游外界入风口的进风量，实现辅助加热。
所述棚架的结构，通过一体化设计，在棚架顶端阳面安装太阳能光伏组件，阴面安装普通平板玻璃，以Z字形结构水平安装在棚架上端，所述太阳能光伏组件和平板玻璃组成的Z字平顶为所述棚架的最上层，在平顶的下端两侧安装塑卡件将保温膜顶端固定，保温膜两侧通过安装在构架上的塑料卡件连接固定。
所述太阳能驱动空气余热回收单元，将大棚单体进行首尾串联，使上游大棚的湿热空气被抽至所述余热回收单元，所述湿热空气经所述冷媒蒸发器冷冻除湿，冷凝过程中释放的热量被冷媒蒸发器中的冷媒吸收，通过所述压缩机压缩冷媒在所述冷凝器中释放热量，对进入下游大棚的新鲜冷空气进行加热，达到余热循环利用的目的。
所述余热回收出入风口动态调节单元能够对余热回收的出入风口动态调整，根据需要自动化的增加上游外界入风口的通风量，而同时减少下游外界入风口的通风量，通过太阳能或者在晚上使用谷电驱动热泵系统实现与空气的热交换，为大棚加热。
所述保温膜能够根据需要换成网。
本发明的有益效果在于：
利用太阳能这种洁净、可再生的清洁能源，能够满足农业大棚装置经济、环保、节能的供能要求。
并网发电和谷电的结合利用方式可解决不同季节热负荷不平衡的问题。采用内置的方式固定保温膜，既可增加保温膜的使用寿命，又消除了棚内“冷桥”效应，并可通过太阳能与玻璃顶层与膜之间所形成的空气隔层有效阻断棚内顶端热空气与外部的热交换，从而提高了大棚的保温性能。通过热泵系统进行大棚空气余热回收，实现了节能的效果。通过余热回收系统连接上下游大棚，缩短了热传输的距离，提高了效率。在冬季，通过动态调整通风口的通风分配比例实现自适应辅助加热需要，达到合理利用能源的效果。
附图说明
图1是本发明的具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统的结构图。
其中：1.上游大棚、2.下游大棚、3.冷媒蒸发器及压缩机、4.冷凝器、5.上游通风调节器、6.下游通风调节器、7.上游外界入风口、8下游外界入风口、9.上游棚内入风口、10.下游棚内入风口、11.太阳能光伏组件、12.温度及湿度传感器、13.大棚支架、14.内置保温膜、15.上游外界出风口、16.下游棚内出风口。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明。
如图1，本发明的光伏农业大棚系统，具体结构为：
太阳能光伏组件11为余热回收单元及传感器单元提供电源，其具体为光伏电池板。太阳能光伏组件11在光照条件充足时发电，将多余电能进行并网发电。
内置保温膜14安装于大棚支架13内。
通过棚架一体化设计，在棚架顶端阳面安装太阳能光伏组件11，阴面安装普通平板玻璃，以Z字形结构水平安装在棚架上端。太阳能光伏组件11和平板玻璃组成的Z字平顶为所述棚架的最上层，在平顶的下端两侧安装塑卡件将保温膜14顶端固定，保温膜14两侧通过安装在构架上的塑料卡件连接固定，既方便膜的安装和更换，也减小了膜的直接损伤，提高了使用寿命，消除了棚内“冷桥”，提高了大棚的保温性能。
夏季大棚保温膜根据需要可以方便地换成网，可防虫侵入农作物。
顶层的玻璃可手动移开，让雨水直接进入大棚土壤将更有利于大棚内土壤的生态恢复。
上游通风调节器5、上游外界入风口7和上游棚内入风口9构成上游通风分流器。
下游通风调节器6、下游外界入风口8和下游棚内入风口10构成下游通风分流器。
冷媒蒸发器及压缩机3、冷凝器4以及上游通风分流器及下游通风分流器一起构成余热回收单元。通过余热回收单元，将大棚单体进行首尾串联，上游大棚1的热空气抽至余热回收单元，湿热空气经冷媒蒸发器冷冻除湿，冷凝过程中释放的热量被冷媒蒸发器中的冷媒吸收，通过压缩机压缩冷媒在冷凝器中释放热量，对进入下游大棚2的新鲜冷空气进行加热，达到余热循环利用的目的。
在大棚内设置温度及湿度传感器12。通过对室内温度的采样，自适应调节余热回收单元的进风量，首先满足棚内恒温的要求。由于余热回收单元在对暖湿空气进行潜能和显能回收后，排入大气的是干冷空气，因此整个大棚内的湿度将保持基本不变，但仍然需要通过湿度传感器的数据采样，调节新风送入大棚时的加湿量，以达到最佳的棚内湿度要求。
控制单元包括分析单元、电磁阀和通风调节器。其中，分析单元对传感器单元中的温度及湿度传感器的采样数据进行分析，根据分析结果驱动电磁阀调节通风调节器来控制进风量及进风成分。当传感器的采样数据显示仅需要进行大棚余热回收时，控制单元驱动上游通风调节器5减少或关闭上游外界入风口7，以减少外界空气进入，使空气完全从上游大棚1通过上游棚内入风口9进入冷媒蒸发器及压缩机3内完成余热回收，冷空气从上游外界出风口15排出。同时控制单元驱动电磁阀调节下游通风调节器6，减少或关闭下游棚内入风口10的通风量，使新鲜冷空气从下游外界入风口8进入冷凝器4，完成冷空气的加热，并通过下游棚内出风口16进入下游棚内，实现对下游大棚2的加热。
当温度及湿度传感器12检测到棚内温度不够时，控制单元通过驱动电磁阀来调节上游通风调节器5来增加上游外界入风口7的进风量，同时通过调节下游通风调节器6来减少下游外界入风口8的进风量，实现辅助加热的效果。
由于保温膜及土地的散热作用，在冬季，单纯通过空气的余热回收单元往往难以维持棚内达到温度的恒定，此时需要对棚内进行辅助加热。此时，需动态调整余热回收单元的出入风口动态调节单元，仍然使用余热回收系统，并自动化的增加上游外界入风口的通风量，而同时减少下游外界入风口的通风量，通过太阳能或者在晚上使用谷电驱动热泵系统实现与空气的热交换，达到对大棚的加热的目的，通风口的切换由电机驱动。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统，其特征在于：
所述系统由棚架、太阳能光伏电池板、保温膜、传感器单元、控制单元、太阳能驱动空气余热回收单元、余热回收出入风口动态调节单元和太阳能辅助加热单元组成；
其中，所述太阳能光伏电池板安装于所述棚架上，在光照条件充足时发电，为所述太阳能驱动空气余热回收单元及所述传感器单元提供电源；
所述保温膜安装于棚架内；
所述传感器单元包括温度及湿度传感器，安装于大棚内，用于采样室内温度和湿度；
所述控制单元包括分析单元、电磁阀和通风调节器；其中，所述分析单元对所述传感器单元中的温度及湿度传感器的采样数据进行分析，根据分析结果驱动所述电磁阀调节所述通风调节器来控制进风量及进风成分；
所述太阳能驱动空气余热回收单元由冷媒蒸发器、压缩机、冷凝器、上游通风分流器和下游通风分流器构成，其中所述上游通风分流器包括上游通风调节器、上游外界入风口、上游棚内入风口和上游外界出风口；所述下游通风分流器包括下游通风调节器、下游外界入风口、下游棚内入风口和下游棚内出风口；
所述太阳能驱动空气余热回收单元，用于当所述分析结果显示仅需要进行大棚余热回收时，由所述控制单元中的通风调节器驱动所述上游通风分流器，调节所述上游通风调节器，利用所述出入风口动态调节单元减少或关闭所述上游外界入风口，以减少外界空气进入，使空气完全从上游大棚通过所述上游棚内入风口进入所述冷媒蒸发器及压缩机内完成余热回收，冷空气从所述上游外界出风口排出，同时驱动所述下游通风分流器，调节所述下游通风调节器，利用所述出入风口动态调节单元减少或关闭所述下游棚内入风口，使新鲜冷空气从所述下游外界入风口进入所述冷凝器，完成冷空气的加热，并通过所述下游棚内出风口进入下游棚内，实现对下游大棚的加热；
所述太阳能辅助加热单元，用于当所述分析结果显示大棚内温度不够时，由所述控制单元中的通风调节器驱动所述上游通风分流器，调节所述上游通风调节器来增加所述上游外界入风口的进风量，同时驱动所述下游通风分流器，调节所述下游通风调节器来减少所述下游外界入风口的进风量，实现辅助加热。
2.根据权利要求1所述的具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统，其特征在于：所述棚架的结构，通过一体化设计，在棚架顶端阳面安装太阳能光伏组件，阴面安装普通平板玻璃，以Z字形结构水平安装在棚架上端，所述太阳能光伏组件和平板玻璃组成的Z字平顶为所述棚架的最上层，在平顶的下端两侧安装塑卡件将保温膜顶端固定，保温膜两侧通过安装在构架上的塑料卡件连接固定。
3.根据权利要求1所述的具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统，其特征在于：所述太阳能驱动空气余热回收单元，将大棚单体进行首尾串联，使上游大棚的湿热空气被抽至所述余热回收单元，所述湿热空气经所述冷媒蒸发器冷冻除湿，冷凝过程中释放的热量被冷媒蒸发器中的冷媒吸收，通过所述压缩机压缩冷媒在所述冷凝器中释放热量，对进入下游大棚的新鲜冷空气进行加热，达到余热循环利用的目的。
4.根据权利要求1所述的具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统，其特征在于：所述余热回收出入风口动态调节单元能够对余热回收的出入风口动态调整，根据需要自动化的增加上游外界入风口的通风量，而同时减少下游外界入风口的通风量，通过太阳能或者在晚上使用谷电驱动热泵系统实现与空气的热交换，为大棚加热。
5.根据权利要求1所述的具有余热回收功能的自适应恒温保湿光伏农业棚架一体系统，其进一步包括：所述保温膜能够根据需要换成网。
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