CN106538294A - 一种带有光子井储能装置的温室大棚 - Google Patents

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Abstract

针对光伏发电太阳能利用率低、占地面积大，温室大棚堆土保温效果差，植物生长主要利用红蓝光，全光谱照射浪费太阳能等问题，提出一种带有光子井储能装置的温室大棚。主要由温室主体、光照反射系统和光照吸收系统组成。光照反射系统使植物生长需要的红蓝光进入温室，非红蓝光被反射聚焦，以平行光束形式进入光照吸收系统；光照吸收系统中，光子井位于温室主体的侧边，将太阳能电池板的反射光不断反射，从而充分吸收太阳能。光子井收集的太阳能转变为电能，为夜晚、阴雨、雾霾等低光照天气供电补光，并驱动温室内部鼓风机进行气流交换、灌溉、控温等。本发明兼顾光伏发电与温室大棚功能，太阳光在光子井中被多次反射吸收，利用率高，保温效果好。

Description

一种带有光子井储能装置的温室大棚
技术领域
本发明涉及温室大棚，尤其涉及一种光子井储能装置，属于光伏农业领域。
背景技术
近年来，化石能源的大量使用导致资源短缺、环境污染的问题日益严重。开发和使用新型能源已经成为全世界的共识，以光伏产业为代表的新型能源占能源比重呈上升趋势。光伏产业因其清洁、安全、可靠、应用技术成熟等特点备受瞩目，各国相继投入大量资金，出台相关政策予以支持。
与此同时，我国农业的发展已进入全新的历史时期，随着经济的发展，我国农业生产方式逐步由传统型向现代集约型方向过渡，并朝着技术型、节约型、综合型方向发展。近年来，以温室大棚为代表的设施农业快速发展，使人们几乎可以在一年四季中都能吃到新鲜的蔬菜和瓜果，给人们的生活带来极大的便利，社会经济效益显著提高。
在这一背景下，各种太阳能辅助温室大棚应运而生，凭借技术突破和多领域交叉，植物工厂成为当前及未来农业的重要发展方向。
但是，目前的太阳能辅助温室大棚存在着太阳能利用效率低等问题。主要表现以下四个方面：1.光照直射在太阳能电池板上，只有20％被吸收，而绝大部分被反射出去，使得太阳能利用率降低；2.太阳能光谱利用不科学，研究表明，植物生长所需光照频段主要在红蓝光光谱波段，同时太阳光光谱中红外线会加速土壤中水分的蒸发，而紫外线不利于植物的正常生长，给予植物所有波段的光照既是对太阳能的浪费，也会对植物的正常生长产生不良影响；3.传统植物大棚的保温设施落后，多采用在背光墙体外堆放土堆的形式实现，保温效果差，成本高，浪费了土地资源；4.大棚上铺设光伏板，不可避免的遮挡部分光照，使得光伏板下大棚内植物无法得到充分光照。
公告号为CN103997285A的专利《一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统》，提出了利用槽式聚光膜滤光技术进行分光，能够透过植物正常生长所需红蓝光，将其他光谱波段的太阳能反射聚焦并用于光伏发电，提高了太阳能的利用率，但是该专利采用太阳跟踪器，成本高、不利于推广，而且反射后的太阳能转换效率较低。如何开发一种既可以过滤红蓝光、充分吸收太阳能、保温效果良好而且成本低、节约土地资源的结构成为急需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种带有光子井储能装置的温室大棚，光子井收集的太阳能转变为电能，为夜晚、阴雨、雾霾等低光照天气供电补光，并驱动温室内部鼓风机进行气流交换、灌溉、控温等。本发明兼顾光伏发电与温室大棚功能，太阳光在光子井中被多次反射吸收，利用率高，保温效果好，充分利用自然光提供的日照和能量，实现智能控制。
为实现上述功能，本发明采用的技术方案如下：一种带有光子井储能装置的温室大棚，主要由折光镜、温室主体、光子井、植物、调向镜、平行太阳能电池板、抛物镜、外墙体和反光薄膜组成。温室主体由外墙体、抛物镜和反光薄膜组成，四面外墙体围成温室主体，外墙体最低的一面朝南，使温室主体沿东西方向放置，外墙体内覆盖反光薄膜，使温室主体内光充分照射到植物上；折光镜和调向镜构成光照反射系统，用于将太阳光中植物生长不需要的非红蓝光反射进入光照吸收系统，提高太阳能利用率；多组平行太阳能电池板构成光子井，位于温室主体的侧边，将来自光照反射系统的光不断反射利用，充分吸收太阳能，光子井收集太阳能转变为电能，可为温室夜晚、阴雨天、雾霾等低光照天气点亮温室内LED灯进行补光，驱动温室内部鼓风机进行气流交换、灌溉、控温等。
一种带有光子井储能装置的温室大棚，温室主体由抛物镜、外墙体和反光薄膜组成。四面外墙体围成温室主体，外墙体最低的一面朝南，使温室主体沿东西方向放置。抛物镜处于外墙体顶部，其形状满足抛物线公式，抛物镜内表面贴一层光子晶体膜，光子晶体膜为红蓝光滤光膜，并镀有氟碳涂层，能够透过植物生长所需红蓝光，平行太阳光中植物生长不需要的非红蓝光被反射聚焦。抛物镜为透明材料，其内侧为散光板型，可将上述透过的平行光带扩散分布。外墙体内侧均贴有反光薄膜，使温室主体内光充分照射到植物上。
光照反射系统内，折光镜为普通反光镜，位于温室主体的正上方，其正面倾斜朝下，用于将温室主体顶部的光子晶体膜反射的太阳光反射到调向镜上；调向镜也是反光镜，但其镜面为抛物面，其截面为抛物线形状，满足公式：
其中(c为任一正数)，其中(a，b)为聚光点，将通过聚光点的太阳光反射为平行光，其方向与抛物线对称轴平行，调向镜可沿着太阳能电池板的聚光点旋转，此聚光点即为抛物线焦点。调向镜将发散的太阳光反射成为一组平行光，反射进入光照吸收系统。
多组平行太阳能电池板构成光子井，位于温室主体的侧边，将来自光照反射系统的光不断反射利用，充分吸收太阳能，光子井收集太阳能转变为电能，可为温室夜晚、阴雨天、雾霾等低光照天气点亮温室内LED灯进行补光，驱动温室内部鼓风机进行气流交换、灌溉、控温等。同时，光子井位于温室主体的背阴面，替代传统堆土保温方式对温室主体起到保温作用。
由以上技术方案可知，本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)光子晶体膜为红蓝光滤光膜，植物生长所需红蓝光透过并用于植物生长，将其他波段的光照反射聚焦，实现光照的回收利用，充分提高太阳能利用率；
(2)光子井能够尽可能多的收集太阳光，高效储存太阳能；
(3)所储存的能量可用于低光照天气补光，能有效缩短作物生长周期、提高收益；
(4)所储存的能量可用于温室大棚内换气、灌溉、控温，实现温室良性循环；
(5)双层外墙体结构构成相对封闭的较厚墙体，具有良好的保温效果，因此无需在背光处堆土保温从而节约土地资源。
附图说明
图1是本发明一种带有光子井储能装置的温室大棚的结构图；
图2是温室主体的结构示意图；
图3是调向镜镜面轨迹示意图；
图4是光子井储能装置的结构示意图。
1-太阳光，2-折光镜，3-温室主体，4-光子井，5-植物，6-调向镜，7-平行太阳能电池板，8-抛物镜，9-外墙体，10-反光薄膜。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种带有光子井储能装置的温室大棚，主要由折光镜2、温室主体3、光子井4、植物5、调向镜6、平行太阳能电池板7、抛物镜8、外墙体9和反光薄膜10组成。温室主体3由外墙体9、抛物镜8和反光薄膜10组成，四面外墙体9围成温室主体3，外墙体9最低的一面朝南，使温室主体3沿东西方向放置，外墙体9内覆盖反光薄膜10，使温室主体3内光充分照射到植物5上；折光镜2和调向镜6构成光照反射系统，用于将太阳光1中植物5生长不需要的非红蓝光反射进入光照吸收系统，提高太阳能利用率；多组平行太阳能电池板7构成光子井4，位于温室主体3的侧边，将来自光照反射系统的光不断反射利用，充分吸收太阳能，光子井4收集太阳能转变为电能，可为温室夜晚、阴雨天、雾霾等低光照天气点亮温室内LED灯进行补光，驱动温室内部鼓风机进行气流交换、灌溉、控温等。
一种带有光子井4储能装置的温室大棚，温室主体3由抛物镜8、外墙体9和反光薄膜10组成。如图2所示，四面外墙体9围成温室主体3，外墙体9最低的一面朝南，使温室主体3沿东西方向放置，抛物镜8处于外墙体9顶部，其形状满足抛物线公式，抛物镜8内表面贴一层光子晶体膜，光子晶体膜为红蓝光滤光膜，并镀有氟碳涂层，能够透过植物5生长所需红蓝光，平行太阳光1中植物5生长不需要的非红蓝光被反射聚焦。抛物镜8为透明材料，其内侧为散光板型，可将上述透过的平行光带扩散分布。外墙体9内侧均贴有反光薄膜10，使温室主体3内光充分照射到植物5上。
光照反射系统内，折光镜2为普通反光镜，位于温室主体3的正上方，其正面倾斜朝下，用于将温室主体3顶部的光子晶体膜反射的太阳光1反射到调向镜6上；如图3所示，调向镜6也是反光镜，但其镜面为抛物面，其截面为抛物线形状，满足公式：
(c为任一正数)，其中(a，b)为聚光点，将通过聚光点的太阳光1反射为平行光，其方向与抛物线对称轴平行，调向镜6可沿着太阳能电池板的聚光点旋转，此聚光点即为抛物线焦点。调向镜6将发散的太阳光1反射成为一组平行光，反射进入光照吸收系统。
如图4所示，多组平行太阳能电池板7构成光子井4，位于温室主体3的侧边，将来自光照反射系统的光不断反射利用，充分吸收太阳能，光子井4收集太阳能转变为电能，可为温室夜晚、阴雨天、雾霾等低光照天气点亮温室内LED灯进行补光，驱动温室内部鼓风机进行气流交换、灌溉、控温等。同时，光子井4位于温室主体3的背阴面，替代传统堆土保温方式对温室主体3起到保温作用。

Claims (4)

1.本发明一种带有光子井储能装置的温室大棚，由温室主体、光照反射系统和光照吸收系统组成，光照反射系统使植物生长需要的红蓝光进入温室，非红蓝光被反射聚焦，以平行光束形式进入光照吸收系统；光照吸收系统中，光子井位于温室主体的侧边，将太阳能电池板的反射光不断反射，从而充分吸收太阳能。
2.根据权利要求1所述的一种带有光子井储能装置的温室大棚，其特征在于：抛物镜处于外墙体顶部，其形状满足抛物线公式，抛物镜内表面贴一层光子晶体膜，光子晶体膜为红蓝光滤光膜，并镀有氟碳涂层，能够透过植物生长所需红蓝光，平行太阳光中植物生长不需要的非红蓝光被反射聚焦，抛物镜为透明材料，其内侧为散光板型，可将上述透过的平行光带扩散分布。
3.根据权利要求1所述的一种带有光子井储能装置的温室大棚，其特征在于：调向镜是反光镜，但其镜面为抛物面，其截面为抛物线形状，满足抛物线公式，将通过聚光点的太阳光反射为平行光，其方向与抛物线对称轴平行，调向镜可沿着太阳能电池板的聚光点旋转，此聚光点即为抛物线焦点，调向镜将发散的太阳光反射成为一组平行光，反射进入光照吸收系统。
4.根据权利要求1所述的一种带有光子井储能装置的温室大棚，其特征在于：多组平行太阳能电池板构成光子井，位于温室主体的侧边，将来自光照反射系统的光不断反射利用，充分吸收太阳能，光子井收集太阳能转变为电能。
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