CN107873338A - 一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统（4），所述太阳能光伏发电系统（4）的下部为农作物生产基地（5），在所述农作物生产基地（5）的外围设置有凝结水发生器（6）。采用本发明的太阳能可控环境农业与集雨凝结水综合系统，能够节省占地空间，持续不断地生产淡水，尤其适用在高温高湿的海岛、戈壁和沙漠等地区。
Description
技术领域：
本发明涉及一种可发电可用于农业种植还可生产水的综合系统，尤其适用于岛礁、干旱季分明区域或者半干旱缺水地区等。
背景技术：
在高温高湿的地区，尤其是亚热带和热带等地区，比如海岛、沙漠等淡水资源匮乏地区，用水常常成为当地的一大难题，尤其是淡水。现有的海岛或者沙漠地区取得淡水的方式多为通过从其他地方运输而来，但是这种方式成本过高，并且若是运输设备发生故障，会导致一段时间内没有淡水供应，影响人们的生活。
岛礁远离大陆，可持续发展的关键因子是电力、淡水和驻守人员果蔬保障。发电的油料、驻守人员所需的新鲜果蔬和饮用水保障主要靠船运，容易遭遇台风等极端情况，导致供应中断，维持保障的成本很高。为降低成本，提高保障率，淡水大都利用雨水收集系统、海水淡化设备保障；电力主要靠燃油、风能、太阳能和波浪能联动的电力保障系统；支撑岛礁的可持续发展。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统，所述太阳能光伏发电系统的下部为农作物生产基地，在所述农作物生产基地的外围设置有凝结水发生器。采用这样的设置方式，能够将发电、农业生产与淡水生产结合起来，满足岛礁、干旱季分明区域或者半干旱缺水地区的可持续发展。
为了进一步实现资源的综合利用，所述凝结水发生器的凝结水生产面为设置在所述农作物生产基地外围的热传导率高的防护网。
为了进一步收集凝结水，在所述防护网的底部设置有用于收集凝结水的集水装置。
为了进一步提高淡水的产量，所述防护网由热传导率高的金属材料制成。
为了进一步提高淡水的产量，在所述防护网上还设置有冷凝管单元。并且这样的设置还能够提高防护网的强度。
为了进一步提高冷却效果，所述冷凝管单元的冷凝管横向排列或纵向排列。且这样的设置能够提高防护网抗强风特别是强台风冲击的能力。
为了进一步提高冷却效率，设置在所述防护网上的冷凝管单元为多个。且这样的设置能够对防护网支撑的作用，能够抗强风特别是强台风冲击。
为了进一步提高冷却效果，所述冷凝管单元的冷凝水由下至上流动。
为了进一步均衡防护网各区域的降温和产水效率一致，在所述冷凝管单元的入水口处设置有压力调节阀。
为了进一步增加所述防护网的功能，所述防护网的密度为10-50目。这样设置的防护网还具有防虫、防鸟和防风等功能。
为了进一步提高淡水的产量，在所述防护网内设置有制冷系统。这样的设置还能够消纳削峰填谷的电力，实现了电力资源的综合利用。
为了增加淡水产出量，在所述太阳能光伏发电系统的太阳能光伏发电板的边缘处设置雨水收集系统。
为了进一步提高淡水的产量，所述雨水收集系统包括竖直设置在所述太阳能光伏板边沿下部的集雨通道装置，以及设置在所述集雨通道装置下部的集雨装置。
为了进一步提高农作物的产量，在所述农作物生产基地的上部及所述太阳能光伏发电系统的下部设置有补光系统。
为了进一步提高农作物的产量，所述补光系统包括设置在农作物顶部的可控LED光谱节能补光灯具。
为了进一步提高农作物的产量，在所述农作物生产基地的上部及所述太阳能光伏发电系统的下部设置有雾灌系统。
为了进一步提高农作物的产量，在农作物的下部还设置有滴灌系统。
为了进一步实现无人化管理，在综合系统内还设置有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、光照度传感器、土壤墒情传感器和/或视频传感器，在综合系统外还设置有能够接受上述传感器信号并进行调整的控制系统。
采用本发明的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，能够利用光伏发电所占用地，建设可控环境农业设施，设置了凝结水装置，配套集雨装置，既满足当地居民或驻守人员新鲜果蔬供应，又持续保障电力和淡水需求。具体来说，具有以下有益效果：
1.节省占地；采用太阳能光伏发电系统和农作物生产基地相结合的方式，能够将同一块用地进行多重利用，节省了占地，实现了立体用地。
2.生产淡水；能够成本低、大规模且连续地制造出凝结水，是解决热带、亚热带地区岛礁地区洁净淡水供应的重要途径；另外还能够收集雨水作为淡水，提供农作灌溉用水。
3. 节省资源；能够综合利用夜间的削峰填谷电力，提高电力的利用率；采用LED灯具进行补光，提高光能利用率，较白炽灯、钠灯、荧光灯等节电40-70%；提高光能利用率和能源转化率、节能40%以上。
4.提高了农作物的产量；改善了农作物的生长条件，提高了作物的产量。
5.采用防护网生成淡水的淡水水质指标和口感均达标，能够作为饮用水。
6.防护网具有多功能性，作为凝结水发生器的防护网能够为种植物防虫防鸟害，保护了种植物。
7.还可降低防护网内的空气湿度，改善种植物生长条件，提高种植物抗病力促长能力。
8.所述冷凝管单元可以作为防护网的支架，能够使得防护网更加坚固，提高抵御强风冲击的能力。
9.节省能源与设备成本。
10.实现无人化操作，支撑傻瓜化农业生产管理。
附图说明：
图1为本发明实施例中太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统示意图；
图2为本发明实施例中凝结水发生器的示意图；
图3为本发明实施例中凝结水发生器的凝结管结构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例：我国热带亚热带岛礁（以下称岛礁）主要集中在南海，位于北半球低纬度地区。以南沙为例，终年高温高湿，四时皆夏，一年中气温变化很小，年平均气温27.9℃，最热的四、五月为29.0℃，最冷的一月为26.8℃；年均湿度79%，高温高湿空气的含水量很大，光照时间长，全年日照时数2900小时左右，旱、雨季分明，雨季7个月，旱季5个月，无雨时间长；雨量充沛，雨期集中于5-10月的台风季节，年降雨量1842mm，总量较大，风能资源丰富，有利于风能发电，但常年的强台风，易对农业产生严重破坏。
岛礁远离大陆，可持续发展的关键因子是电力、淡水和驻守人员果蔬保障。本实施例中提供的一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统及能够可持续的为岛礁的驻守人员提供电能、淡水和农作物。
本实施例中的一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，包括太阳能光伏发电系统4，所述太阳能光伏发电系统4的下部为农作物生产基地5，在所述农作物生产基地5的外围设置有产凝结水发生器6。
其中，所述凝结水发生器6的凝结水生产面为设置在所述农作物生产基地5外围的热传导率高的防护网1。所述防护网1可选择由热传导率高的金属材料制成、比如铜、铝、铁等金属及其合金材料。当然也可以采用其他非金属但是热传导率高的材料。
另外，在所述防护网1上还设置有冷凝管单元2，用于快速降低金属防护网1的温度，使得具有高湿度的热空气能够在金属防护网1表面凝结成水。另外，还可在所述防护网1内设置有制冷系统，在夜间金属防护网自然降温的基础上，根据温差启动制冷系统，合理利用削峰填谷电力，消纳夜间弃用的风能、波浪能等可再生电力，使金属防护网快速冷却，保持在0-10℃之间，提高凝结水生产率。
其中，所述冷凝管单元2的冷凝管21横向排列或纵向排列，所述冷凝管21可以为横向的并列排列、横向的波浪状排列、横向的折线形排列，也可以为纵向的并列排列、纵向的波浪形排列或纵向的折线形排列。但是考虑到制造成本和冷却效率，本实施例中采用横向并列排列的冷凝管21制成的冷凝管单元2。
并且本实施例采用了多个冷凝管单元2安装在所述防护网1上，该多个冷凝管单元2可以无序地安装在所述防护网上，也可以呈一定规律地安装在其上。在本实施例中，为了保证防护网1各个区域的生产冷凝水的效率均衡，将冷凝管单元2均布在所述防护网上；另外，为了加固所述防护网，提高所述防护网1抵抗台风的强度，可以将所述冷凝管单元2呈竖向地布置在所述防护网上，形成防护网1的支架，大大地提高防护网1的强度。
而且，所述冷凝管单元2的冷凝水可以由下至上流动，当然也可以由上至下流动。但是考虑到降温效率，本实施例中的冷凝管单元2的冷凝水为由下至上流动，并且在所述冷凝管单元2的入水口处设置有压力调节阀3，用于均衡防护网各区域的降温和产凝结水效率。在所述防护网1的底部设置有用于收集凝结水的集水装置7。其中所述集水装置可以为集水槽、集水池或者集水管道等设备。基于成本考虑优选采用集水池，所述集水池可以设置在防护网1底部的地面上，当然也可以在防护网1底部的地面上开槽，将所述集水池置于所述槽内。为了节省工作量，本实施例中的集水池直接放置在所述金属防护网1底部的地面上。
其中，所述防护网1的密度为10-50目。本实施例中的防护网1的密度可选择但不限于10目、15目、20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目等。当然也可以根据需求，比如说主要的害虫或者海鸟的体积大小等来选择防护网的目数，也可按照抗强风的要求来设置防护网的目数。
总的来说，本实施例中的防护网1不仅能够用于生产凝结水，为岛礁驻守人员提供纯净的、可以用于饮用的淡水，该防护网1还能够为农作物生产基地提供有效的防虫害、防鸟害等功能。另外，岛礁上常遇台风，该防护网1还能够减少台风对农作物的冲击力，避免农作物被台风侵害。另外，由于海风中常常夹杂着海水，所以本实施例中的金属防护网1优选耐腐蚀、抗台风冲击的316L不锈钢网，冷凝管单元2也优先采用耐腐蚀的金属管制成。若是所生产的凝结水直接用于饮用的话，所述防护网可以采用304食用级不锈钢网。
另外，为了更多地收集淡水，在所述太阳能光伏发电系统4的太阳能光伏发电板的边缘处设置雨水收集系统8。所述雨水收集系统8包括竖直设置在所述太阳能光伏板41边沿下部的集雨管道装置81，以及设置在所述集雨通道装置81下部的集雨装置82。其中所述集雨装置可以为集雨槽、集雨池或者集雨管道等装置。遭遇降雨时，通过太阳能光伏发电板41的引流至集雨通道装置81内，并通过集雨通道装置81流入集雨装置82中保存，可用于农业灌溉，也可提纯后用于饮用。
另外，由于太阳能光伏发电板41遮挡了农作物生产基地5的农作物，有可能会导致农作物光照不足，所以在所述农作物生产基地5的上部及所述太阳能光伏发电系统4的下部设置有补光系统9。所述补光系统9包括设置在农作物顶部的可控LED光谱节能补光灯具，提高光合效能，弥补光伏设施导致农业光照不足的问题，满足果蔬生产基本需光要求，而且本实施例采用的可调节光谱的可控LED光谱节能补光灯具，能够根据作物所需光源的差异，自动调节LED光源补光，如长果实主要是红蓝光源，长茎叶增加绿光光源等，最大限度提高补光作物的光合效率。
而且，本实施例中还对农作物生产基5地采用了雾灌与滴灌结合的灌溉系统。其中，所述雾灌系统10设置在在所述农作物生产基地5的上部及所述太阳能光伏发电系统4的下部，所述滴灌系统11设置在农作物的下部。其中，所述雾灌系统10除了能够对农作物进行灌溉之外，还具有温度控制的功能，由于本实施例的综合系统采用的是通透式结构，室内和室外温度一致，在温度大于35℃的时候并不适合室内农作物生长，可开启雾灌系统10，并利用设置在所述雾灌系统10上的排风扇吹走弥雾产生得细小水雾，并带走室内热量，降低环境温度，提供满足农作物生长需求的环境。所述雾灌系统10具有喷药和叶面补充叶面肥的功能。所述滴灌系统11具有灌溉和肥水一体施肥的功能，其可以安装于地面或作物生长架上，灌水器置于栽植钵中。
最后，由于岛礁当驻守人员有限，在综合系统内还设置有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、光照度传感器、土壤墒情传感器和视频传感器，在综合系统外还设置有能够接受上述传感器信号并进行调整的控制系统。所述温度传感器能够感知综合系统内的温度，并由控制系统判定该温度对于农作物是否过高，若是过高的话，启动雾灌降温系统，对系统进行弥雾降温处理；依照此，湿度传感器、风速传感器、光照度传感器、土壤墒情传感器均能感应到系统的湿度、风速、光照度、土壤状况等，并通过控制系统做出相应的控制，使得综合系统一直处于一个最适合的状态。这样就 能够实现综合系统的无人化管理、傻瓜式管理，解放了驻守人员，提高了系统的自动化性能。
综上，采用本实施例的综合系统时，白天，太阳升起后，位于顶部的太阳能电池板41开始发电，电力并入岛礁供电系统。
室内的农作物，受太阳能光伏发电板41的遮挡，光照不足，光照度传感器可立即感知，在到达设置时间和阈值后，根据不同作物所需光源的差异，自动调节可控LED灯具光源补光，最大限度提高补光作物的光合效率；与荧光灯、钠灯、和金属卤化物灯等灯具相比，可控LED光谱节能补光灯具，可以更多的提供农作物光合作用所需的光谱成分，提高光能利用率和能源转化率，节能40%以上。
岛礁地处高温高湿环境，常年平均湿度80%左右，设施内湿度更高，夜间温度下降后，大气湿度会显著上升，常常达到100%；有利于凝结露水生产洁净淡水。
夜间，金属传导率高，金属表层辐射热散失快，金属防护网1表面温度会更低，可在其表面形成局部凝结水生成条件，将空气含水凝结成水珠，生产凝结水，同时降低设施内空气湿度，恶化致病菌生长环境，减少作物病害和防控用药。鉴于南海地区昼夜温差较小，为提高凝结水生产能力，在夜间，金属防护网1自然降温的基础上，根据温差启动制冷系统，合理利用削峰填谷电力，消纳夜间弃用的风能、波浪能等可再生电力，使金属防护网冷凝器快速冷却，保持在0-10℃之间，提高凝结水生产率。
由于采用通透式结构，四周及顶部均有防护网1，没有形成玻璃、PC阳光板、塑料薄膜等密闭环境，室内与室外温度基本一致，显著减少降温作业频率，节省成本；当室内温度超过35℃大多植物停止生长的极限温度，温度传感器会立即捕捉，自动启动弥雾通风降温系统，利用细小水滴带走室内热量，降低温度，满足作物生长。
遭遇强台风，防护网1会阻滞风速，使其缓慢通过，削减冲击力，保护光伏电站及其设施农业的安全；海鸟、害虫会被设施周边覆盖的金属防护网阻挡，不会对室内作物造成危害，生产中不用杀虫剂，保障所产农产品的质量安全。遭遇降雨，通过太阳能电池板41引流至集雨通道装置81的雨水收集槽、收集斗，并通过集雨管网，收集到集雨装置82中保存。土壤干旱缺水，可通过土壤墒情传感器感知，自动开启滴灌或喷灌，实现肥水一体灌溉或清水灌溉。
当然，本实施例的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统并不是仅仅只使用在岛礁地区，其也适用在任何高温高湿且缺乏水资源的地区，比如沙漠地区、戈壁地区等。
Claims (18)
1.一种太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统（4），所述太阳能光伏发电系统（4）的下部为农作物生产基地（5），在所述农作物生产基地（5）的外围设置有凝结水发生器（6）。
2.如权利要求1所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述凝结水发生器（6）的凝结水生产面为设置在所述农作物生产基地外围的热传导率高的防护网（1）。
3.如权利要求2所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述防护网（1）的底部设置有用于收集凝结水的集水装置（7）。
4.如权利要求2或3所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述防护网（1）由热传导率高的金属材料制成。
5.如权利要求4所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述防护网（1）上还设置有冷凝管单元（2）。
6.如权利要求5所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述冷凝管单元（2）的冷凝管（21）横向排布或纵向排布。
7.如权利要求5或6所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：设置在所述防护网（1）上的冷凝管单元（2）为多个。
8.如权利要求5、6或7所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述冷凝管单元（2）的冷凝水由下至上流动。
9.如权利要求8所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述冷凝管单元（2）的入水口处设置有压力调节阀（3）。
10.如权利要求2-9中任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述防护网（1）的密度为10-50目。
11.如权利要求中1-10任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述凝结水发生器（6）内设置有制冷系统。
12.如上述权利要求中任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述太阳能光伏发电系统（4）的太阳能光伏发电板（41）的边缘处设置雨水收集系统（8）。
13.如权利要求12所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述雨水收集系统（8）包括竖直设置在所述太阳能光伏发电板边沿下部的集雨通道装置（81），以及设置在所述集雨通道装置（81）下部的集雨装置（82）。
14.如上述权利要求中任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述农作物生产基地（5）的上部及所述太阳能光伏发电系统（4）的下部设置有补光系统（9）。
15.如权利要求14所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：所述补光系统（9）包括设置在农作物顶部的可控LED光谱节能补光灯具。
16.如上述权利要求中任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在所述农作物生产基地（5）的上部及所述太阳能光伏发电系统（4）的下部设置有雾灌系统（10）。
17.如上述权利要求中任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在农作物的下部还设置有滴灌系统（11）。
18.如上述权利要求任一项所述的太阳能光伏可控环境农业与集雨凝结水综合系统，其特征在于：在综合系统内还设置有温度传感器、湿度传感器、风速传感器、光照度传感器、土壤墒情传感器和/或视频传感器，在综合系统外还设置有能够接受上述传感器信号并进行调整的控制系统。
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