CN106538294B - 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:
Figure BDA0001140117560000041
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:
Figure BDA0001140117560000061
(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 (2)

1.一种带有光子井储能装置的温室大棚,其特征在于: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,多组平行太阳能电池板构成光子井,光子井位于温室主体的背阴面,将来自光照反射系统的光不断反射利用,光子井收集太阳能转变为电能;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,可将透过的平行光带扩散分布。
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:调向镜是反光镜,其镜面为抛物面,其截面为抛物线形状,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,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。
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