CN108990625B - 一种新型多功能石墨烯发电温室大棚 - Google Patents

一种新型多功能石墨烯发电温室大棚 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,包括蓄水型管道框架和蓄电池,蓄水型管道框架上顶面固定有电致调光平面,蓄水型管道框架上顶面对应电致调光平面上方固定有石墨烯光伏发电曲面棚顶;石墨烯光伏发电曲面棚顶包括曲面框架和固定在曲面框架内的石墨烯光伏发电组组件,石墨烯光伏发电组组件的光阳极和对电极分别对应上石墨烯涂层和下石墨烯涂层的网络节点具有激光打孔。本发明曲面构造不会产生背光现象,且无色透明,既能满足日常的采光需要,又能产生电力,且材料更轻更低廉。利用电力对大棚内部环境进行科学的调节,可以满足冬季供暖,夏季隔热阻碍强光的农作物生长需求。

Description

一种新型多功能石墨烯发电温室大棚
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域,尤其涉及一种新型多功能石墨烯发电温室大棚。
背景技术
随着我国农业的发展,温室大棚的被广泛的推广使用,近年来光伏发电系统凭借日益成熟的技术使之在温室大棚领域得到有效利用。
而现有的光伏发电温室大棚有着明显的弊端,其晶硅发电板是一种不透光发电板,外接在温室大棚上只能面朝单方向或者间隔式排列,会遮挡部分太阳光,不利于农作物进行有效的光合作用,且其重量大,安装也具有一定的困难,对于大棚的框架材料要求更高,造价高昂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术之不足,本发明提供一种曲面构造不会产生背光现象,且无色透明,既能满足日常的采光需要,又能产生电力,且材料更轻更低廉。利用电力对大棚内部环境进行科学的调节,可以满足冬季供暖,夏季隔热阻碍强光的农作物生长需求的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,包括蓄水型管道框架和蓄电池所述的蓄水型管道框架上顶面固定有电致调光平面,所述电致调光平面与蓄电池线路连接并由控制开关控制,所述的蓄水型管道框架上顶面对应电致调光平面上方固定有石墨烯光伏发电曲面棚顶,所述石墨烯光伏发电曲面棚顶与蓄电池线路连接;所述的石墨烯光伏发电曲面棚顶包括曲面框架和固定在曲面框架内的石墨烯光伏发电组组件,所述石墨烯光伏发电组件从上至下依次包括上弯钢玻璃层、上石墨烯涂层、氧化锌层、染料层、甲氧基丙腈层、下石墨烯涂层和下弯钢玻璃层;所述的下弯钢玻璃层与下石墨烯涂层构成对电极,上弯钢玻璃层、上石墨烯涂层、染料层和氧化锌层构成光阳极,所述光阳极和对电极分别对应上石墨烯涂层和下石墨烯涂层的网络节点具有激光打孔,所述的上弯钢玻璃层与下弯钢玻璃层为曲面结构,所述的石墨烯光伏发电组件上内置有导线并通过导线与蓄电池连接。
石墨烯光伏发电曲面棚顶为透明曲面结构,通过激光打孔可有效保证棚顶的透明性,能够同时满足采光和发电的需求,曲面框架内置导线连接蓄电池储存电力用于采用照明设备进行夜晚照明,冬日供暖设备及夏季电致调光平面的运行。棚顶采用曲面结构,避免了传统太阳能温室大棚在日照过程中的背光现象,保证了农作物的光合作用,且选取的材料重量轻,价格低廉,更加便于广泛的运用。同时集成了电致调光平面,在夏日温度过高时,打开其控制装置,电致调光平面由透明变为不透明,遮挡部分光线,调节室温,保证的农作物正常生长。
蓄水型管道框架四周固定有内部供暖设备,所述的内部供暖设备包括供暖灯箱和线路连接在供暖灯箱内的供暖灯,所述供暖灯箱与蓄电池线路连接。在冬季温度过低时,可打开供暖灯使其运作,防止农作物冻伤、冻坏。
蓄水型管道框架上顶面为斜向下的坡面,所述蓄水型管道框架上对应坡面水流流向处设有蓄水箱。蓄水型管道框架连接石墨烯光伏发电曲面棚顶的部分采用外凹前侧低式结构,使雨水从棚顶流入蓄水型管道框架前方的管道,最后储存在大棚的蓄水箱中,以供灌溉使用,还能有效防止棚顶积水,造成坍塌。
所述的石墨烯光伏发电组件透明度为40%-80%,可以通过农作物采光的需求调节透明度。
进一步的,多功能石墨烯温室大棚还包括与控制装置信号连接的温度传感器,所述控制装置接受并温度传感器信号控制电致调光平面导电。在温度过高时,温度控制器检测温度信号并将温度信号传递至控制装置,控制装置根据程序预设,可对电致调光平面进行导电,将透明平面变成非透明平面,温度过高时起到遮阳作用,而且通过反射作用,又可将部分阳光反射回棚顶给石墨烯光伏发电组组件发电,从而充分利用太阳光,提高电池的发电效率。
进一步的,多功能石墨烯温室大棚还包括与控制装置信号连接的湿度传感器。与控制装置连通的湿度传感器,可将大棚内的湿度信号传递至控制装置,并根据控制装置内设计的程序,控制蓄水型管道框架和蓄水箱向大棚内供水的启停,当温度过高引起室内干燥利用收集的雨水进行灌溉。
在上述方案中,将光能、电能、热能、水能进行耦合,并智能分配,尤其是将光、电、热能一体化同时综合利用。
在夏季或温和炎热地区,当太阳光照射到棚顶时,由于石墨烯电池是半透明结构,所以一部分太阳光通过电池发电提供电能,一部分太阳能则通过透明的电致调光平面进入农作物,给农作物采光。当农作物日光充足,为了避免更高的温度影响农作物的生长,温度上升到一定值时,温度传感器会报警,并通知电致调光平面导电由透明平面变成非透明平面,此时电致调光平面不仅给农作物起到遮阳作用,而且通过反射作用,又将部分阳光反射回棚顶给石墨烯光伏发电组组件发电,从而充分利用太阳光,提高电池的发电效率。当农作物温度过高引起室内过于干燥时,湿度传感器报警,并利用收集的雨水进行灌溉。
冬季或寒冷地区,除具备上述的一切功能外,还可以给棚内供暖,避免棚内农作物夜晚温度过低导致农作物冻伤冻死的情况。
本发明的有益效果是,本发明提供的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,曲面构造不会产生背光现象,且无色透明,既能满足日常的采光需要,又能产生电力,且材料更轻更低廉。利用电力对大棚内部环境进行科学的调节,可以满足冬季供暖,夏季隔热阻碍强光的农作物生长需求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的结构示意图。
图2是石墨烯光伏发电组件的结构示意图。
图3是内部供暖设备的结构示意图。
图中1、石墨烯光伏发电曲面棚顶 1-1、上弯钢玻璃层 1-2、上石墨烯涂层 1-3、氧化锌层 1-4、染料层 1-5、甲氧基丙腈层 1-6、下石墨烯涂层1-7、下弯钢玻璃层 2、电致调光平面 3、蓄水型管道框架 4、内部供暖设备 4-1、供暖灯箱 4-2、供暖灯 5、照明设备 6、温度传感器 7、湿度传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1至图3所示的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,是本发明最优实施例,包括蓄水型管道框架3和蓄电池。蓄水型管道框架3上可安装固定有照明设备5,照明设备5与蓄电池线路连接并由蓄电池供电。
蓄水型管道框架3上顶面固定有电致调光平面2,所述电致调光平面2与蓄电池线路连接并由控制装置控制。所述的蓄水型管道框架3上顶面对应电致调光平面2上方固定有石墨烯光伏发电曲面棚顶1,所述石墨烯光伏发电曲面棚顶1与蓄电池线路连接;所述的石墨烯光伏发电曲面棚顶1包括曲面框架和固定在曲面框架内的石墨烯光伏发电组组件。
电致调光平面2,为玻璃沉积多层材料构成,各层按顺序可分为透明导电层,电致变色层,离子导电层和透明导电层。透明导电层引出电极连接大棚内部开关,电致变色层提供和储存变色所需的离子,而离子导体层则用作传导变色过程中的离子,防止自放电引起自行变色。当夏季温度过高时,可打开控制装置,该平面将由无色透明转变为不透明,遮挡部分光线,降低室内温度,同时该平面与石墨烯光伏发电曲面棚顶1之间有相对较大的空间,保证了空气的流通,从而可以降低棚顶的温度,保证电池的发电效率。
石墨烯光伏发电组件从上至下依次包括上弯钢玻璃层1-1、上石墨烯涂层1-2、氧化锌层1-3、染料层1-4、甲氧基丙腈层1-5、下石墨烯涂层1-6和下弯钢玻璃层1-7;所述的下弯钢玻璃层1-7与下石墨烯涂层1-6构成对电极,上弯钢玻璃层1-1、上石墨烯涂层1-2、染料层1-4和氧化锌层1-3构成光阳极,所述对电极和光阳极分别对应上石墨烯涂层1-2和下石墨烯涂层1-6的网络节点具有激光打孔,所述的上弯钢玻璃层1-1与下弯钢玻璃层1-7为曲面结构,所述的石墨烯光伏发电组件上内置有导线并通过导线与蓄电池连接。
在制作过程中,采用上弯钢玻璃层1-1和下弯钢玻璃层1-7做为光伏元件的导电基板,分别附着多层石墨烯材料,形成一种相对致密的微观网络结构。其中下弯钢玻璃层1-7附着下石墨烯涂层1-6后继续附着氧化锌及染料分子,为保证透明,采用数学归纳法,定位了上弯钢玻璃层1-1和下弯钢玻璃层1-7上石墨烯涂层1-2的网络节点,跳跃式的进行激光打孔,有效保证了顶棚的透明性。最后将两块导电基板粘合,注入甲氧基丙腈电解质即甲氧基丙腈层1-5,完成石墨烯光伏发电组件的组装。
在实际设计中,蓄水型管道框架3可采用铝合金型材制作,而后将石墨烯光伏发电组件和电致调光平面2嵌入固定到蓄水型管道框架3中。在蓄水型管道框架3中内置导线,通过导线连接蓄电池、光伏发电组件及各项用电器。石墨烯光伏发电组件与蓄水型管道框架3的结合方式与普通太阳能电池板与棚顶结合方式一致。石墨烯光伏发电组件优选为透明度在40%-80%之间,具体数值可以通过农作物采光的需求进行调节,实现在发电的同时进行农作物采光。
石墨烯光伏发电曲面棚顶1为透明曲面结构,通过激光打孔可有效保证棚顶的透明性,能够同时满足采光和发电的需求,曲面框架内置导线连接蓄电池储存电力用于采用照明设备5进行夜晚照明,冬日供暖设备及夏季电致调光平面2的运行。棚顶采用曲面结构,避免了传统太阳能温室大棚在日照过程中的背光现象,保证了农作物的光合作用,且选取的材料重量轻,价格低廉,更加便于广泛的运用。同时集成了电致调光平面2,在夏日温度过高时温度传感器6报警,打开其控制装置,电致调光平面2由透明变为不透明,遮挡部分光线,调节室温,保证的农作物正常生长。
蓄水型管道框架3四周固定有内部供暖设备4,所述的内部供暖设备4包括供暖灯箱4-1和线路连接在供暖灯箱4-1内的供暖灯4-2,所述供暖灯箱4-1与蓄电池线路连接。在冬季温度过低时,可打开供暖灯4-2使其运作,防止农作物冻伤、冻坏。
蓄水型管道框架3上顶面为斜向下的坡面,所述蓄水型管道框架3上对应坡面水流流向处设有蓄水箱。在实际设计中,蓄水型管道框架3连接石墨烯光伏发电曲面棚顶1的部分采用外凹前侧低式结构,使雨水从棚顶流入蓄水型管道框架3前方的管道,最后储存在大棚的蓄水箱中,由湿度传感器7控制启停以供灌溉使用,还能有效防止棚顶积水,造成坍塌。
进一步的,多功能石墨烯温室大棚还包括与控制装置信号连接的温度传感器,所述控制装置接受并温度传感器信号控制电致调光平面导电。在温度过高时,温度控制器检测温度信号并将温度信号传递至控制装置,控制装置根据程序预设,可对电致调光平面进行导电,将透明平面变成非透明平面,温度过高时起到遮阳作用,而且通过反射作用,又可将部分阳光反射回棚顶给石墨烯光伏发电组组件发电,从而充分利用太阳光,提高电池的发电效率。
进一步的,多功能石墨烯温室大棚还包括与控制装置信号连接的湿度传感器。与控制装置连通的湿度传感器,可将大棚内的湿度信号传递至控制装置,并根据控制装置内设计的程序,控制蓄水型管道框架和蓄水箱向大棚内供水的启停,当温度过高引起室内干燥利用收集的雨水进行灌溉。
在上述方案中,将光能、电能、热能、水能进行耦合,并智能分配,尤其是将光、电、热能一体化同时综合利用。
在夏季或温和炎热地区,当太阳光照射到棚顶时,由于石墨烯电池是半透明结构,所以一部分太阳光通过电池发电提供电能,一部分太阳能则通过透明的电致调光平面进入农作物,给农作物采光。当农作物日光充足,为了避免更高的温度影响农作物的生长,温度上升到一定值时,温度传感器会报警,并通知电致调光平面导电由透明平面变成非透明平面,此时电致调光平面不仅给农作物起到遮阳作用,而且通过反射作用,又将部分阳光反射回棚顶给石墨烯光伏发电组组件发电,从而充分利用太阳光,提高电池的发电效率。当农作物温度过高引起室内过于干燥时,湿度传感器报警,并利用收集的雨水进行灌溉。
冬季或寒冷地区,除具备上述的一切功能外,还可以给棚内供暖,避免棚内农作物夜晚温度过低导致农作物冻伤冻死的情况。
如此设计的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,曲面构造不会产生背光现象,且无色透明,既能满足日常的采光需要,又能产生电力,且材料更轻更低廉。利用电力对大棚内部环境进行科学的调节,可以满足冬季供暖,夏季隔热阻碍强光的农作物生长需求。通过光伏发电技术满足夏冬两季的植物生长条件和夜晚照明需求,使得夜晚作业更具安全性,同时设置蓄水结构(蓄水箱),有效利用雨水资源,将建筑节能与农业生产有效连接起来,且造价相对传统的晶硅电池更加低廉,且材料更轻,更加便于安装,十分有益于大范围的使用。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,其特征在于:包括蓄水型管道框架和蓄电池,所述的蓄水型管道框架上顶面固定有电致调光平面,所述电致调光平面与蓄电池线路连接并由控制装置控制,所述的蓄水型管道框架上顶面对应电致调光平面上方固定有石墨烯光伏发电曲面棚顶,所述石墨烯光伏发电曲面棚顶与蓄电池线路连接;所述的石墨烯光伏发电曲面棚顶包括曲面框架和固定在曲面框架内的石墨烯光伏发电组件,所述石墨烯光伏发电组件为半透明结构,且从上至下依次包括上弯钢玻璃层、上石墨烯涂层、氧化锌层、染料层、甲氧基丙腈层、下石墨烯涂层和下弯钢玻璃层;所述的下弯钢玻璃层与下石墨烯涂层构成对电极,上弯钢玻璃层、上石墨烯涂层、染料层和氧化锌层构成光阳极,所述光阳极和对电极分别对应上石墨烯涂层和下石墨烯涂层的网络节点具有激光打孔,所述的上弯钢玻璃层与下弯钢玻璃层为曲面结构,所述的石墨烯光伏发电组件上内置有导线并通过导线与蓄电池连接。
2.如权利要求1所述的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,其特征在于:所述的蓄水型管道框架四周固定有内部供暖设备,所述的内部供暖设备包括供暖灯箱和线路连接在供暖灯箱内的供暖灯,所述供暖灯箱与蓄电池线路连接。
3.如权利要求1所述的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,其特征在于:所述的蓄水型管道框架上顶面为斜向下的坡面,所述蓄水型管道框架上对应坡面水流流向处设有蓄水箱。
4.如权利要求1所述的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,其特征在于:所述的石墨烯光伏发电组件透明度为40%-80%。
5.如权利要求1所述的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,其特征在于:还包括与控制装置信号连接的温度传感器,所述控制装置接受温度传感器信号控制电致调光平面导电。
6.如权利要求1所述的一种新型多功能石墨烯发电温室大棚,其特征在于:还包括与控制装置信号连接的湿度传感器。
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