CN110337997A - 光伏电加热调控竹园土壤温度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹园土壤温度调控方法，该方法采用热水器功率放大器实现，该放大器包括增设于热水器上的若干梳状导流器，在每个梳状导流器中：包括若干水暖转换装置，各水暖转换装置一端通过导管连至同一管道，该管道与热水器的一个出水口连接，各水暖转换装置另一端通过回流泵输回热水器中，形成各自独立的导流循环回路，且在各回流泵前端还安装有温度传感器；所述的各水暖转换装置分别埋设于竹园土壤中用于调节所在区域土壤温度。本发明的装置采用梳状导流器使单一热水器实现了多点加热的功能，可精确调控竹园土壤温度，具有提早出笋，提高产量和改良风味的明显效果。
Description
技术领域
本发明属于能源高效利用技术领域，涉及一种竹园土壤温度调控方法，尤其是通过热水器功率放大器来实现土壤温度调控的方法，可利于竹笋生产。
背景技术
太阳光能是大自然赐给人类使之不尽用之不竭的清洁能源，速度快，光伏技术获取光能被直接利用仅几秒钟，与燃煤，燃油和燃气相比通过光能转化不需要用几千年，万年；转化率高，是各种燃烧能源热转换的三十余倍；光能完全替代不可再生的任何燃烧能源技术已经成熟，并已开始得到广泛应用。
任何有生命的物质代谢都与温度有关：
竹笋对土壤温度十分敏感，芽期分化需要的温度至少要9-10℃，保持时间1周；生长期温度10～15℃，要25天以上；高品质笋土壤温度15-18℃，保持7-10天，期间有2℃的温差对品质更为利；因此人为调控土壤温度可实现早出笋，多出笋，不但提高产量还能改善风味。目前改变竹园土壤温度采用有机物腐熟发酵法，如：大都采用稻草加羊粪或猪粪或鸡粪，再加入一定麸皮或玉米粉作为发热层，再加砻糠为保温层进行生物发酵产热，但这一方法带来许多弊端：1、有机物用量大，覆盖层35公分，每亩用量10吨以上，成本高；2、当年用完过后还要全部拉出来，不仅人工劳动强度大，还污染环境；3、竹笋在粪便有机物发酵环境下生长，各种异味严重影响竹笋应有风味。4、生物发酵因环境多雨低湿有时不发酵，或发酵不易控制而产热温度过高，两者都会给竹笋产量带来损失。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种竹园土壤温度调控方法，该方法基于热水器功率放大器调节竹园土壤温度，是在热水器基础上增设梳状导流水暖放大器，梳状导流使单一加热装置实现了多点加热的大面积应用，可有效调控土壤温度，有利于竹笋的种植。
本发明采用的技术方案如下：
一种竹园土壤温度调控方法，该方法采用热水器功率放大器实现，所述放大器包括增设于热水器上的若干梳状导流器，在每个梳状导流器中：包括若干水暖转换装置，各水暖转换装置一端通过导管连至同一管道，该管道与热水器的一个出水口连接，各水暖转换装置另一端通过回流泵输回热水器中，形成各自独立的导流循环回路，且在各回流泵前端还安装有温度传感器；所述的各水暖转换装置分别埋设于竹园土壤中用于调节所在区域土壤温度，如果是新建竹园，需将水暖转换装置横向布置于移栽竹苗穴内30-35厘米处，导管用金属管保护埋至地下20厘米，填土10-15厘米再栽种；如果是老竹园，则安装时先用探钎以30-35度角斜入竹蔸下方，然后取出探钎放入水暖转换装置，导管用金属管保护，所有埋于地下的金属管做防腐涂料处理，然后填埋严实。
上述技术方案中，进一步的，所述的水暖转换装置可以为板状、杆状、棒状、条状金属管。
进一步的，所述的热水器通常采用光伏电热水器。
更进一步的，所述的光伏电热水器同时配置有多只并联的电磁感应加热线圈，各加热线圈分布固着于热水器多个位点，并由MCU多级电磁感应加热线圈切换控制器控制实时动态启动其中任一加热线圈，同时通过光伏电与市电切换控制盒使其加热电源拥有光伏电或市电，在有限光照时段内可最大限度追踪太阳能发电动态功率点优先使用光伏电源。
更进一步的，所述的MCU多级电磁感应加热线圈切换控制器包括MCU处理器、buck变换器调压电路、及与各电磁感应加热线圈相对应的开关继电器和温度传感器；所述的多只加热线圈形成多个共电容的并联谐振回路，并与一开关管串联，温度传感器检测其相应加热线圈热工区域介质的温度，并反馈至MCU处理器，MCU处理器控制开关继电器的切换；由MCU处理器控制与谐振回路串联开关管的占空比以控制加热线圈的电压及电流。
进一步的，所述的梳状导流器中一条导流循环回路中可含有多个水暖转换装置，这些水暖转换装置可通过软管采用串联或并联方式连接。
进一步的，在热水器上配置有分别从N、S、W、E四个方向出水的四组梳状导流器。
进一步的，每个导流循环回路可提供蓄水7.5～10升。
本发明的有益效果如下：
本发明将热水器功率放大器应用于竹园土壤温度调控，可实现一机多用，热效提高数十倍，并可带来以下有益效果：1、精确控制土壤温度不受环境因素影响，20-25天即可出笋，较常规出笋提前70天；2、可利用太阳能光伏加热，是清洁能源，调控土壤温度对环境无污染，竹笋破土而出不影响竹笋应有的风味；3、可以光伏电与市电并接，用不完还可作为发电，贮存于市电电网；4、可以极大减轻人工劳动强度，一次安装长期受益；5、精确设定温差刺激出笋，不但可提高竹笋品质，还能保护母竹不受营养过失伤害。
附图说明
图1是梳状导流器的结构示意图，a)主视图，b)俯视图；其中：1为输入水端a，2为回流水端b，3为回流泵c，4为回流泵电磁阀；
图2是几种不同形状水暖转换装置的结构示意图；
图3是本发明中光伏电热水器的原理示意图；
图4是本发明中光伏电热水器的控制电路图；
图5是本发明的具体实现实例；其中：1为热水器内胆，2为控制盒，3为回流泵电磁阀，4为保温层，5为输出阀，6回流泵前温度传感器，7梳状导流器；
图6是本发明方案应用于竹园土壤的布局图示；其中：1为水暖转换装置，2为热水器NSWE四分区，3为光伏电热水器，4为光伏发电支架，5为操作过路便道，6为羊肚菌栽培层面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种竹园土壤温度调控方法，该方法采用热水器功率放大器，该放大器包括增设于热水器上的若干梳状导流器，如图1、2所示，在每个梳状导流器中：包括若干水暖转换装置，各水暖转换装置一端通过导管连至同一管道，该管道与热水器的一个出水口连接，各水暖转换装置另一端通过回流泵输回热水器中，形成各自独立的导流循环回路，且在各回流泵前端还安装有温度传感器(1±0.1～0.3℃)；所述的各水暖转换装置分别埋设于不同区域土壤中用于调节所在区域土壤温度。所述的水暖转换装置为板状、杆状、或棒状的金属通流管道。利用该装置可以很好的达到水暖效果放大的作用，如果是300升电热水器可提供36个各自独立的供热导流回路，每个回路提供蓄水约7.5～10升，电功率达2000瓦，控温达5～28℃，每条导流循环回路中可含有多个水暖转换装置，这些水暖转换装置可通过软管采用串联或并联方式连接，可进一步增强工作区域整体的升温能力。
如图3-5所示，所述的热水器采用光伏电热水器，配置有多只并联的电磁感应加热线圈，各加热线圈分布固着于热水器多个位点，并由MCU多级电磁感应加热线圈切换控制器控制实时动态启动其中任一加热线圈，同时通过光伏电与市电切换控制盒使其加热电源拥有光伏电或市电，在有限光照时段内可最大限度追踪太阳能发电动态功率点优先使用光伏电源。
以如下实例说明本发明的具体实现过程：
光伏电热水器由热水器内胆、光伏发电系统、光伏电与市电切换控制盒、多级电磁感应加热线圈切换控制器(此处以三只电磁感应加热线圈为例进行具体说明，具体控制电路如图4所示)和电磁阀等组成；
光伏发电系统和光伏电与市电切换控制技术已近成熟并标准化，光伏直流PV+/-输入和交流市电L/N输入的系统,其中市电是通过整流桥bridge把交流变成直流,再通过继电器S1对光伏和市电供电进行切换控制；电阻R1和继电器S2构成了软启动控制电路,避免系统上电冲击。多级电磁感应加热线圈切换控制器则主要由MCU中央数据处理器、带有三对双触点的继电器S3-5、大功率数控开关电子管Q1及Q2、三个电磁感应加热线圈L3、L4、L5和配套的温度传感器等元器件组成；
多级电磁感应线圈切换控制器控制回路软件设计：Q2/C9/S3/L3、Q2/C9/S4/L4、Q2/C9/S5/L5分别为三个共电容的并联谐振回路，其中开关继电器为三个双触点(A1/B1；A2/B2和A3/B3)，继电器三联开关S3、S4、S5(触点为A和B接入到高频变换器输出端)用于并联连接三只电磁感应加热线圈，分别是L3、L4、L5，三只电磁感应线圈彼此独立并且功率相同，用于每次只通过继电器切换来启动一个回路工作，实现加热位点可变换，区域温度可调控的加热目的；
工作原理及步骤：在系统上电后，切换控制器获得稳定供电，先通过电阻R1进行预充电，待电容C7上的电压稳定后通过MCU进行驱动切换接通S2，完成软启动控制，C7的电压即母线直流电压稳定后，此刻电子开关管Q1和Q2门级驱动信号处于关闭待机状态，待获得中央数据处理器(MCU)结合外部温度传感器给出指令切换到指定线圈后再依次开启Q1和Q2的门级给线圈供电加热；C7/Q1/L1/D1/C8构成了buck变换器调压电路先输出稳定的10Vdc电压再开启Q2，实现后级并联谐振回路的启动谐振工作，如Q2/C9/S3/L3，buck变换器再依据光照即光伏组件的输出功率进行最大功率点追踪控制，并实时调节Q1的占空比对变换器的输出电压进行并实时调节；同时中央数据处理器(MCU)通过运算实时调节Q2的占空比即对线圈二端的电压和电流进行控制，实现光伏电能向电磁能的实时同步转换，光伏功率强线圈功率强，光伏功率弱线圈功率就弱；在加热控制过程中，依据光伏组件获得的输出功率和水温情况，由中央数据处理器(MCU)给出控制继电器上相应触点“开”与“关”的指令，依次切换加热线圈完成局布加热带动整体加热。
在初始启动系统，根据中央数据处理器(MCU)的指令，只先驱动S3Relay来闭合S3,依次启动buck控制器和谐振回路，优先对线圈L3供电，并通过温度传感器Ltemp1对L3所在的受热体上的温度进行精确测量，待此处受热体温度达到要求，便关闭Q1和Q2的门级驱动信号后断开S3，即停止buck控制器和L3所在的谐振回路工作；再根据中央数据处理器(MCU)的指令，再只通过S4Relay来闭合S4,依次启动buck控制器和谐振回路，对线圈L4供电，并通过温度传感器Ltemp2对L4所在受热体上的温度进行精确测量，待L4所在的受热体温度达到要求，便停止加热；依次再切换到L5,对L5所在的受热体进行加热，待加热位置的温度传感器Ltemp3到设定值则停止加热；如果在加热L4或L5的时候，L3所在的受热体温度下降到设置值，则立即停止工作并按照启动时序切换回L3线圈进行加热，即始终优先对L3进行加热，以此始终保证L3所在受热体的温度满足设定值。
光伏电热水器(图5)配置有NSWE四个方向出水的四组梳状导流功率放大器，每组放大器可以设置n个导流回路；每个导流回路都是用导管一端连接光伏电热水器的出水口，另一端连接水暖转换装置d的入水口a，经由水暖转换装置的回水端b连接传感器及回流泵c输回光伏电热水器，形成导流循环构成回路，回路的特点是各自独立，水温和持温时间均可调控。在梳状导流器上可以有n个这样的回路，因此电加热器一机多用为加热输出提供功率放大效果。
水暖转换装置d是连接于热水器的水暖传热装置，可以是板状、杆状或是棒状等多种形状；有入水口a和出水口b；可以用软管进行串联或是并联连接，水暖转换装置的容积大小可根据需要进行设计。
应用实例：
“光伏电加热调控竹园土壤温度方法”
长期以来，竹笋覆盖技术已经在我国浙江、福建、安徽、江西等地广泛应用，生物发酵产热起动后在保温层作用下土壤比环境温度高10-15℃左右；但至今温度尚不能精确控制，温度随气候温度升高而升高，随气候温度降低而降低；表明覆盖技术还不能实现在有限的生长期内获得最佳产量，以及通过温度调控改善品质与风味；采用本发明的方法调控其土壤温度，可以有效提早出笋，增加产量，增加经济效益；如图6所示，具体方法如下：
利用前述的光伏电热水器，体积为360升，含有三条电磁感应加热线圈，光伏电功率2千瓦；控制加热竹园面积1亩，分为NSWE四个区域，每个区域对应设置一个梳状导流放大器；
将竹园土壤按光伏电加热器的四只梳状导流放大器方向划分NSWE四个区域，每个区域分为9组并编号；每只梳状导流放大器上的回路为9个，并与加热编号相对应；各回路中水暖转换装置d为金属棒状，外径11厘米，内径10厘米，单只长度130厘米，蓄水量约为10升。
安装时：
如果是新建竹园，需将水暖转换装置横向布置于移栽竹苗穴内30-35厘米处，导管用金属管保护埋至地下20厘米，填土10-15厘米再栽种；如果是老竹园，则安装时先用探钎以30-35度角斜入竹蔸下方，然后取出探钎放入水暖转换装置，导管用金属管保护，所有埋于地下的金属管做防腐涂料处理，然后填埋严实。水暖转换装置入水口一端连接光伏电热水器的出水端，出水口另一端连接有温度传感器及回流泵c输回到光伏电加热器构成独立回路。设置回流泵c的温度，待水暖转换装置d内注满水后即可进行单组的回流加热；尤其是在施液体肥料后同时加热，效果最好。
Claims (8)
1.一种竹园土壤温度调控方法，其特征在于，该方法采用热水器功率放大器实现，所述放大器包括增设于热水器上的若干梳状导流器，在每个梳状导流器中：包括若干水暖转换装置，各水暖转换装置一端通过导管连至同一管道，该管道与热水器的一个出水口连接，各水暖转换装置另一端通过回流泵输回热水器中，形成各自独立的导流循环回路，且在各回流泵前端还安装有温度传感器；所述的各水暖转换装置分别埋设于竹园土壤中用于调节所在区域土壤温度，如果是新建竹园，需将水暖转换装置横向布置于移栽竹苗穴内30-35厘米处，导管用金属管保护埋至地下20厘米，填土10-15厘米再栽种；如果是老竹园，则安装时先用探钎以30-35度角斜入竹蔸下方，然后取出探钎放入水暖转换装置，导管用金属管保护，所有埋于地下的金属管做防腐涂料处理，然后填埋严实。
2.根据权利要求1所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，所述的水暖转换装置为板状、杆状、或棒状的金属通流管道。
3.根据权利要求1所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，所述的热水器采用光伏电热水器。
4.根据权利要求3所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，所述的光伏电热水器同时配置有多只并联的电磁感应加热线圈，各加热线圈分布固着于热水器多个位点，并由MCU多级电磁感应加热线圈切换控制器控制实时动态启动其中任一加热线圈，同时通过光伏电与市电切换控制盒使其加热电源拥有光伏电或市电。
5.根据权利要求4所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，所述的MCU多级电磁感应加热线圈切换控制器包括MCU处理器、buck变换器调压电路、及与各电磁感应加热线圈相对应的开关继电器和温度传感器；所述的多只加热线圈形成多个共电容的并联谐振回路，并与一开关管串联，温度传感器检测其相应加热线圈热工区域介质的温度，并反馈至MCU处理器，MCU处理器控制开关继电器的切换；由MCU处理器控制与谐振回路串联开关管的占空比以控制加热线圈的电压及电流。
6.根据权利要求1所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，所述的梳状导流器中一条导流循环回路中可含有多个水暖转换装置，这些水暖转换装置可通过软管采用串联或并联方式连接。
7.根据权利要求1所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，在热水器上配置有分别从N、S、W、E四个方向出水的四组梳状导流器。
8.根据权利要求1所述的竹园土壤温度调控方法，其特征在于，每个导流循环回路可提供蓄水7.5～10升。
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