CN105941012B - 一种分布式光伏连栋槽式日光温室 - Google Patents

一种分布式光伏连栋槽式日光温室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及温室工程和光伏技术领域，公开了一种分布式光伏连栋槽式日光温室，其包括沿东西向依次设置的多个温室单元，相邻所述温室单元之间留有间隔，所述间隔中设有为相邻两个所述温室单元供热的蓄热调温单元，在所述蓄热调温单元的上方设有太阳能电池板；本发明还公开了一种利用所述分布式光伏连栋槽式日光温室进行能源管控的方法。本发明能够降低温室生产和光伏发电的相互干扰和不利竞争，平衡分配光能和空间，最终实现单位土地面积农业和光伏双重收益最大化。

Description

一种分布式光伏连栋槽式日光温室
技术领域
本发明涉及温室工程和光伏技术领域，特别是涉及一种分布式光伏连栋槽式日光温室及能源管控方法。
背景技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其中分布式光伏发电是指位于用户附近，运行方式以用户端自发自用为主，多余电量上网，且以在配电网系统平衡调节为特征的发电设施。光伏发电因清洁无污染、可再生、节能减排且开发潜力巨大，已逐渐成为当今世界最受关注的新兴产业之一。在经历欧盟等国的“双反”后，我国光伏产业开始加速回暖，截至2015 年底，我国光伏发电累计装机容量4318万kW，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中，光伏电站3712万kW，分布式606万 kW，年发电量392亿kWh。伴随着光伏产业的快速发展，其瓶颈问题也越发凸显。太阳能电池单位面积发电功率小、成本高、效益低，而要大规模光伏发电需占用大面积的土地。在我国中东部及沿海地区，工业化和城镇化程度高，是电力负荷中心，但同时也是农业较为发达的地区，大面积发展光伏产业将直接影响农业生产。在我国耕地资源紧缺，粮食生产缺口逐年增大的大背景下，严格控制耕地红线已经成为了国家基本国策。
光伏+农业是突破光伏产业发展瓶颈的有效举措，一经推出便受到了行业力捧，各地区光伏农业项目频频涌现。首先，光伏农业为光伏产业的发展提供了新的平台，使光伏得到更全方位的应用，在光伏产品出口国外市场受到制约的背景下，为行业、企业及投资者都提供了机会，同时也利用农地直接降低了发电成本；其次，有助于地方政府调整产业结构，提高土地利用率，增加就业，在促进经济发展的同时保护环境；对于农户来说，可以帮助其转型为产业型农户，实现农产品及光伏发电双重收益等。
目前，光伏温室是光伏农业呈现的主要模式之一。光伏温室技术是采用光伏组件部分替换传统的玻璃、PC板以及塑料薄膜等覆盖材料，或采取其他形式与温室结构一体化集成，将温室生产与光伏发电有机结合，提高土地利用率，并实现多重收益，在拓宽光伏应用领域的同时，也为温室产业发展注入了新的活力元素。光伏温室产业没有足够支撑便得到了快速发展，必然存在诸多问题。温室作物生产和光伏发电在空间和光照资源上存在竞争，两者之间光能分配的平衡点以及收益的协调一直是讨论的焦点，存在的争议也很大。光伏与农业结合的基本原则是不与农业争阳光，要害是不破坏土地属性、不损害农民利益。光伏农业只有立足农业生产，才能健康持续的发展。而目前光伏温室产业的主导者是光伏企业，更看重的是光伏发电的收益，农业生产的光照和空间被过度掠夺和侵占。更有甚者一些企业以光伏农业之名，套取补贴、占用农业用地，严重偏离了立足于农业的初衷。因此，如何实现温室生产和光伏发电在空间和光能利用方面的平衡分配，降低相互干扰和不利竞争，在保证作物高产的前提下，努力提升单位土地面积农业和光伏双重效益，进而建立光伏温室产业发展的新模式是光伏温室产业的发展方向。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何降低温室生产和光伏发电的相互干扰和不利竞争，平衡分配光能和空间，最终实现单位土地面积农业和光伏双重收益最大化。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种分布式光伏连栋槽式日光温室，其包括沿东西向依次设置的多个温室单元，相邻所述温室单元之间留有间隔，所述间隔中设有为相邻两个所述温室单元供热的蓄热调温单元，在所述蓄热调温单元的上方设有太阳能电池板。
其中，所述温室单元包括外围护墙体、搭设在所述外围护墙体上方的钢骨架和覆盖在所述钢骨架上的透光覆膜；所述钢骨架的上表面呈弧面状。
其中，所述外围护墙体位于水平地面以上，所述外围护墙体为保温蓄热墙体；位于所述分布式光伏连栋槽式日光温室北侧的外围护墙体上方设有挡风墙。
其中，所述外围护墙体位于水平地面以下，所述外围护墙体的上表面与水平地面持平，所述外围护墙体为地面下挖开后形成的土墙；位于所述分布式光伏连栋槽式日光温室四周的外围护墙体上方设有挡风墙。
其中，所述蓄热调温单元包括蓄热水体、盛装所述蓄热水体的箱体，以及安装在所述箱体中的电加热器和温控传感器，所述电加热器与所述太阳能电池板连接。
其中，所述蓄热调温单元为连接相邻温室单元之间的蓄热土墙。
其中，所述太阳能电池板通过光伏支架安装在所述蓄热调温单元的上方。
其中，所述温室单元还包括内保温层，所述内保温层设置在钢骨架和外围护墙体之间；所述温室单元的顶部设有通风机构。
其中，所述相邻温室单元之间通过设置连通过道相互连通。
本发明还提供一种对上述所述的分布式光伏连栋槽式日光温室进行能源管控的方法，对于冬季，白天蓄热调温单元吸收太阳辐射能，温度逐步升高，同时，太阳能电池板持续进行发电，光伏发电在满足温室生产操作的用电需求外，余电全部并入电网；夜间温室内气温降低，蓄热调温单元自行放热；
对于春、夏、秋季，光伏发电除用于温室操作的用电需求外，余电全部并入电网。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种分布式光伏连栋槽式日光温室及能源管控方法，其中分布式光伏连栋槽式日光温室包括沿东西向依次设置的多个温室单元，相邻所述温室单元之间留有间隔，所述间隔中设有为相邻两个所述温室单元供热的蓄热调温单元，在所述蓄热调温单元的上方设有太阳能电池板；太阳能电池板对槽式日光温室采光影响小，可降低作物生产和光伏发电之间的相互干扰和不利竞争，兼顾作物高效生产与光伏大量发电，最终实现双重收益，有利于光伏农业的健康可持续发展。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图中：1：温室单元；2：外围护墙体；3：钢骨架；4：透光覆膜； 5：内保温层；6：水平地面；7：沟桥；8：天沟；9：蓄热水体；10：固定支架；11：太阳能电池板；12：光伏支架；13：蓄热土墙；14：蓄热土墙上表面；15：挡风墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图1和图2所示，为本发明提供的一种分布式光伏连栋槽式日光温室，其包括沿东西向依次设置的多个温室单元1，相邻所述温室单元1之间留有间隔，所述间隔中设有为相邻两个所述温室单元1供热的蓄热调温单元，在所述蓄热调温单元的上方且位于相邻两个温室单元1的连接处设有太阳能电池板11，太阳能电池板11通过逆变器、控制器等配件连接到电网。本发明将用于园艺作物生产的槽式日光温室与光伏发电进行优化组合设计，太阳能电池板11对槽式日光温室采光影响较小，可降低作物生产和光伏发电之间的相互干扰和不利竞争，兼顾作物高效生产与光伏大量发电，最终实现双重收益，是一种真正立足于农业生产的光伏温室结构型式，有利于光伏农业的健康可持续发展；太阳能电池板11安装布置于槽式日光温室外部连接处，在不适合或无法进行农业生产种植的温室区域上部空间进行光伏发电，大幅提升了土地利用率。光伏发电为温室园艺作物生产提供部分或全部能源，结合不同栽培作物生产耗电需求，以及光伏发电实况，通过计算机精准控制温室用电和并网供电的调配，实现自给自足，余电并入电网，减少对外界能源的消耗，同时减少电力输送损失，有助于推动实现设施园区能量生态循环。
具体地，所述温室单元1包括外围护墙体2、搭设在所述外围护墙体2上方的钢骨架3和覆盖在所述钢骨架3上的透光覆膜4，为降低温室建造及运行成本，所述透光覆膜4优选塑料薄膜；所述钢骨架3的上表面优选设置呈弧面状。
为了便于说明本发明的内容，通过以下两个具体实施例来具体说明，但并不构成对本发明的具体限制。
实施例1
针对降水量大、地下水位高的地区，优选将日光温室建造于水平地面6以上，以防止雨水倒灌和地下水涌出，如图1所示，所述外围护墙体2位于水平地面6以上，所述外围护墙体2为保温蓄热墙体，优选夹层复合砖墙；位于所述分布式光伏连栋槽式日光温室北侧的外围护墙体2上方设有挡风墙15，其高度不低于温室脊高，南侧墙体也可采用双层中空玻璃或阳光板建造。
其中，所述蓄热调温单元包括蓄热水体9、盛装所述蓄热水体9 的箱体或袋体，以及安装在所述箱体或袋体中的电加热器和温控传感器，所述电加热器与所述太阳能电池板11连接，用于在连阴天或极端低温天气为蓄热水体9应急补充热能，进而提升温室内温度；所述箱体或袋体由固定支架10支撑；具体地，温室单元1胯间由三根立柱支撑，两侧立柱与天沟托架连接，天沟托架支撑天沟8，中间立柱与沟桥支撑横杆连接，相邻的两根胯间立柱加横杆围护形成所述固定支架 10，沟桥支撑横杆连接所述天沟托架，形成沟桥7，所述沟桥7与拱形钢骨架3上表面铺设所述透光覆膜4。其具备传统日光温室的保温蓄热能力，运行能耗少、成本低。
所述蓄热水体9优选黑色PVC箱体或袋体，以提升其吸热能力并降低建造成本；蓄热水体9长度一般应大于温室单元1开间距离，数量由温室单元1南北方向长度决定。
其中，所述太阳能电池板11通过光伏支架12安装在所述蓄热调温单元的上方。所述光伏支架12布置于温室沟桥7上部，与温室钢骨架3 集成固定，优选固定于温室天沟8上，以便于沟桥7透明覆盖无障碍安装。根据所述连栋槽式日光温室规格尺寸，选取合理的太阳能电池板 11型号、安装倾角、排布方式及间距等，在不影响或较低程度影响温室采光的前提下，尽可能的增大太阳能电池板11铺设面积，提高光伏发电量。一般，每套所述光伏支架12上安装的太阳能电池板11东西方向宽度不小于2.6m，上沿不超过温室脊高；南北方向太阳能电池板11 间距以前排不影响后排采光为准。
其中，所述温室单元1还包括内保温层5，所述内保温层5设置在钢骨架3和外围护墙体2之间，而且要便于自动化卷铺；所述温室单元 1的顶部设有通风机构，所述通风机构优选顶部自然通风，以达到降温、除湿的目的。
其中，所述相邻温室单元1之间通过设置连通过道相互连通，有利于机械化管理，所述连通过道优选设置于南面和北面外围护墙体2 下，形成环路，以充分利用墙体遮阴的区域，扩大温室有效种植面积。
另外，针对实施例1的能源管控的方法为，对于冬季，白天蓄热水体9吸收太阳辐射能，水温逐步升高；同时，太阳能电池板11持续进行发电，光伏发电在满足温室基本生产操作的用电需求外，余电全部并网。夜间光伏温室内气温逐渐降低，铺开内保温层5，蓄热水体9在温室外围护墙体2和内保温层5围合的空间内自行放热，高效提升光伏温室抵御夜间低温的能力。如遇连阴天或极端低温天气，例如光伏温室内气温低于10℃且蓄热水体9水温不高于15℃，利用电网置换电能加热蓄热水体9，进而实现温室应急加温；
对于春、夏、秋季节，适时开启顶部通风进行环境调节，光伏发电除用于温室基本操作的用电需求外，余电全部并网。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2主要针对地下水位低于3 m，年降雨量在200mm以下的地区，如中国西北高原干旱区，温室地面优选下挖1.8～2m。在平整的土地上东西方向并排开挖多个温室槽，如图2所示，所述外围护墙体2位于水平地面6以下，所述外围护墙体2 的上表面与水平地面6持平，所述外围护墙体2为地面下挖开后形成的土墙，并选用砖墙砌护，防止滑坡；位于所述分布式光伏连栋槽式日光温室四周的所述外围护墙体2的上方设有挡风墙15，优选砖墙结构，其中北侧挡风墙15高度不低于温室脊高，其他三面挡风墙15高度为 0.5～1m。
其中，所述蓄热调温单元为连接相邻温室单元1之间的蓄热土墙 13，优选为梯形蓄热土墙，太阳能电池板11通过光伏支架12安装在蓄热土墙上表面14，梯形蓄热土墙两侧立面与地面夹角优选85°，温室跨度优选为8～12m，南北方向长在60～100m。在温室的南北两端挖开蓄热梯形土墙，连通单栋的槽式日光温室，形成环路通道，以便于生产管理和机械化操作。
针对实施例2的能源管控的方法为：对于冬季，白天梯形蓄热土墙吸收太阳辐射能，温度逐步升高；同时，分布式光伏系统持续进行发电，光伏发电在满足温室基本生产操作的用电需求外，余电全部并网。夜间光伏温室内气温逐渐降低，铺开内保温层5，梯形蓄热土墙在温室外围护墙体2和内保温层5围合的空间内自行放热，高效提升光伏温室抵御夜间低温的能力；
对于春、夏、秋季节，适时开启顶部通风进行环境调节，光伏发电除用于温室基本操作的用电需求外，余电全部并网。
由以上实施例可以看出，本发明的太阳能电池板11对槽式日光温室采光影响较小，可降低作物生产和光伏发电之间的相互干扰和不利竞争，兼顾作物高效生产与光伏大量发电，最终实现双重收益，是一种真正立足于农业生产的光伏温室结构型式，有利于光伏农业的健康可持续发展。
本发明将槽式日光温室集群大型化，有利于温室机械化、规模化生产，同时可降低建造成本；由于采用被动式的蓄热水体9或梯形蓄热土墙蓄热调温，本发明的光伏温室具备传统日光温室的保温蓄热能力，运行能耗少、成本低。
本发明的光伏温室生产功能丰富，可进行叶菜类或根菜类蔬菜的越冬生产，春提前的果菜类蔬菜生产，以及秋延后的果菜或叶菜生产；还可以用于葡萄、桃、李等果树的栽培以及食用菌的周年生产。
本发明的太阳能电池板11安装布置于槽式日光温室外部连接处，在不适合或无法进行农业生产种植的温室区域上部空间进行光伏发电，大幅提升了土地利用率，光伏发电为温室园艺作物生产提供部分或全部能源，结合不同栽培作物生产耗电需求，以及光伏发电实况，通过计算机精准控制温室用电和并网供电的调配，实现自给自足，余电上网，减少对外界能源的消耗，同时减少电力输送损失，有助于推动实现设施园区能量生态循环。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，包括沿东西向依次设置的多个温室单元，相邻所述温室单元之间留有间隔，所述间隔中设有为相邻两个所述温室单元供热的蓄热调温单元，在所述蓄热调温单元的上方设有太阳能电池板，所述蓄热调温单元为连接相邻温室单元之间的蓄热土墙或者所述蓄热调温单元包括蓄热水体、盛装所述蓄热水体的箱体，以及安装在所述箱体中的电加热器和温控传感器，所述电加热器与所述太阳能电池板连接；
对于冬季，白天蓄热调温单元吸收太阳辐射能，温度逐步升高，同时，太阳能电池板持续进行发电，光伏发电在满足温室生产操作的用电需求外，余电全部并入电网；夜间温室内气温降低，蓄热调温单元自行放热；
对于春、夏、秋季，光伏发电除用于温室操作的用电需求外，余电全部并入电网。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，所述温室单元包括外围护墙体、搭设在所述外围护墙体上方的钢骨架和覆盖在所述钢骨架上的透光覆膜；所述钢骨架的上表面呈弧面状。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，所述外围护墙体位于水平地面以上，所述外围护墙体为保温蓄热墙体；位于所述分布式光伏连栋槽式日光温室北侧的外围护墙体上方设有挡风墙。
4.根据权利要求2所述的分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，所述外围护墙体位于水平地面以下，所述外围护墙体的上表面与水平地面持平，所述外围护墙体为地面下挖开后形成的土墙；位于所述分布式光伏连栋槽式日光温室四周的外围护墙体上方设有挡风墙。
5.根据权利要求1所述的分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，所述太阳能电池板通过光伏支架安装在所述蓄热调温单元的上方。
6.根据权利要求3或4所述的分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，所述温室单元还包括内保温层，所述内保温层设置在钢骨架和外围护墙体之间；所述温室单元的顶部设有通风机构。
7.根据权利要求3或4所述的分布式光伏连栋槽式日光温室，其特征在于，所述相邻温室单元之间通过设置连通过道相互连通。
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