CN113812277B - 一种基于水力发电共建的农业照明设备、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于水力发电共建的农业照明设备、系统及方法，农业照明设备包括发电单元和发光单元，发电单元至少能够通过水力发电模块将水体的机械能转换为电能以提供至养殖场所，发光单元至少能够通过光源组件将电能转换为光能以提供至养殖场所内用于动植物生长的养殖区域，光源组件能够基于移动组件的驱动而至少以扫描的方式对养殖区域进行动态照明，其中，移动组件的动力来源于流经水力发电模块的水体所含机械能的直接利用和/或经多次转换后的间接利用。

Description

一种基于水力发电共建的农业照明设备、系统及方法
技术领域
本发明涉及新型农业生产技术领域，具体为农业养殖照明技术领域，尤其涉及一种基于水力发电共建的农业照明设备、系统及方法。
背景技术
目前对于农业照明通常可分为传统的养殖方式和现代化的养殖方式，相比于传统农业的开敞式养殖方式，现代化的的室内养殖技术能够减少受到外界气候的影响，提高土地和空间资源利用率，提高生产自动化程度和产量并可以有效地避免重金属等污染。动植物的生长很大程度上收到光照的影响，传统的养殖方式很大程度上受限于天气的影响，从而不能保证动植物的生长过程中能够接收到适宜的光照，进一步地影响了动植物的生长；现代化的养殖方式可利用人造光代替太阳光为动植物提供光照，并可通过自动化的智能控制实现对动植物生长环境的调节，从而保证动植物的高效生长，大大提高了产量和质量。
虽然人造光能够通过自动化的智能控制来实现动植物的高效生长，但相比于免费的太阳光，通过人造光进行照明能耗大幅提高，从而使得成本也随之激增。为节约成本现有技术利用了多种可再生能源并将其转换为电能以减少对市电资源的需求，从而以节能环保的方式降低养殖成本。例如：
CN 106877485 A公开了一种零电耗水产养殖新型太阳能存储应用系统，包括主太阳能发电系统、飞轮储能系统、水力循环系统，所述太阳能系统包括相互连接的透光型太阳能板组件和电力转换装置，所述飞轮储能系统包括相互连接的飞轮机组和飞轮能量转换装置，所述水力循环系统包括依次连接的活性水源、水泵、蓄水塔、水产养殖池，所述透光型太阳能板组件架设在水产养殖池上，电力转换装置和水泵分别与飞轮能量转换装置电连接。该发明的透光型太阳能板组件设在水产养殖池上方，充分利用了水产养殖池巨大面积存在的太阳能资源，且采用飞轮储能系统将电能转换为机械能存储环保无污染，飞轮储能系统提供水泵所需电能，大大降低了需要的市电资源，节能环保，降低了水产养殖的成本。
CN 111742876 A公开了一种可自动换水的节能养殖箱，包括机体，所述机体顶壁内贯穿设有置物腔，所述置物腔内放置有养殖箱，所述养殖箱内设有开口向上的养殖腔；该发明结构简单，使用方便，通过三向阀将需要更换的旧水分成两部分，一部分排出机体外，另一部分与新水混合后重新流入养殖腔内，使更换后得水体中存在一定量的微生物和腐殖质，使水体的生态保持一定的平衡，不至于使得水体太新而导致其内生存的生物不适应而死亡。并且该发明通过旧水排出时水体的流动进行水力发电，并利用水力发电产生的电力为抽水泵提供能源，因此该发明在工作过程中只需要很少的外部电力输入就能完成工作，达到节能的目的。
但现有技术仅考虑到利用水力发电可实现节能及降低成本的目的，但在养殖过程中，需要水资源与光资源的良好配合才能在养殖场所中构建出符合动植物生长需求的环境条件，水资源与光资源的充分高效利用是在节能环保的同时实现动植物高效生长的前提。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于水力发电共建的农业照明设备，其包括发电单元和发光单元，发电单元至少能够通过水力发电模块将水体的机械能转换为电能以提供至养殖场所，发光单元至少能够通过光源组件将电能转换为光能以提供至养殖场所内用于动植物生长的养殖区域，光源组件能够基于移动组件的驱动而至少以扫描的方式对养殖区域进行动态照明，其中，移动组件的动力来源于流经水力发电模块的水体所含机械能的直接利用和/或经多次转换后的间接利用。农业照明设备能够充分利用水能来作用于养殖区域的照明，以实现水资源与光资源的充分高效利用，其中，部分水体的水能可以由水力发电模块将机械能转换为电能以至少间接用于驱动移动组件的运行，从而便于将能量以多种形式储存、释放和使用，部分水体的水能可以通过机械能传递的方式直接用于驱动移动组件的运行，从而减少能量转换中的额外功消耗，以进一步地实现节能环保。
根据一种优选实施方式，光源组件能够以呈窄带结构的方式对养殖区域内的动植物进行周期性的高光强照明，其中，发光单元能够包括若干以相同或不同光照参数配置的光源组件来实现养殖区域的光源叠加。光源组件的窄带结构是指灯体单元自身呈细长状的带状结构，即光源组件一侧的长度远大于与该侧相邻侧的长度，以使得光源组件在任一时刻所照射的受光区域能够基于光源组件的窄带结构而呈现长条状区域。
根据一种优选实施方式，若干光源组件基于其配置的光照参数而对应连接于具有相应运动参数的移动组件，以使得进行独立运动的若干光源组件能够在养殖区域形成对应动植物生长的光配方。
根据一种优选实施方式，用于带动移动组件运动的驱动组件能够直接或间接地利用水体的机械能，其中，驱动组件能够以减少转换损失能量的方式直接将水体的机械能通过传动机构传递至移动组件。
根据一种优选实施方式，水体能够在设置有水力发电模块的水流通道内流动，并基于水体的流动而带动水力发电模块的活动组件与固定组件发生相对运动，其中，水流通道能够配置有进水通道和出水通道。
根据一种优选实施方式，水流通道能够连通于给排水单元，以通过给水组件将进水通道内的至少部分水体引入至养殖场所内来满足用水需求，其中，给水组件引入的水体能够直接地或经处理后间接地用于水产物的养殖区域。
根据一种优选实施方式，活动组件的桨部能够基于水体流动的传动作用而带动基部相对于固定组件进行转动，其中，水力发电模块能够将转动的机械能转换为电能以直接使用或储存。
根据一种优选实施方式，农业照明设备配置的中控单元至少能够基于监测单元的监测数据而至少对发电单元和/或发光单元进行综合调控，其中，中控单元能够与用户终端实现信息交互。
根据一种优选实施方式，本发明还公开了一种基于水力发电共建的农业照明系统，农业照明系统包括前述任一的农业照明设备，其中，农业照明系统能够在养殖场所配置有若干能够作用于农业照明设备和/或养殖区域的功能单元。
根据一种优选实施方式，本发明还公开了一种基于水力发电共建的农业照明方法，农业照明方法采用前述任一的农业照明设备或农业照明系统，其中，中控单元至少能够完成如下步骤：
中控单元能够基于监测单元获取的监测数据制定调整方案，并根据调整方案对至少包括发电单元和/或发光单元的相关联的单元部件进行针对性调控，
发电单元能够响应于中控单元的控制信号而调节发电量；
发光单元能够响应于中控单元的控制信号而调节光源组件的光照参数和/或移动组件的运动参数。
附图说明
图1为本发明的农业照明设备在一种优选实施例中的结构示意图；
图2为本发明的农业照明设备在一种优选实施例中水力发电模块的结构示意图；
图3为本发明的农业照明系统在一种优选实施例中的信号连接图。
附图标记列表
100：发电单元；110：水力发电模块；120：固定组件；130：活动组件；131：基部；132：桨部；140：水流通道；141：进水通道；142：出水通道；150：驱动组件；200：发光单元；210：光源组件；220：移动组件；230：入水层；240：出水层；300：储能单元；400：给排水单元；410：给水组件；420：排水组件；430：储水槽；500：监测单元；600：中控单元；700：功能单元；800：养殖场所；810：养殖区域。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
如图1所示为本发明的农业照明设备在一种优选实施例中的结构示意图，如图2所示为本发明的农业照明设备在一种优选实施例中水力发电模块110的结构示意图，如图3所示为本发明的农业照明系统在一种优选实施例中的信号连接图。
实施例1
本发明公开了一种基于水力发电共建的农业照明设备，其能够为处于养殖场所800内的动植物提供适宜的生长条件，以提高动植物培育的质量和产量，其中，养殖场所800可大致分为陆地养殖场所800、水产养殖场所800及混合养殖场所800。养殖场所800可根据动植物的类型、生长阶段等因素划分出若干养殖区域810，以使得农业照明设备能够分别为不同的养殖区域810内的动植物提供相对应的最优生长环境，以使得不同类型的动植物在其不同的生长阶段都可以基于适宜的生长条件实现高速高产的养殖。
根据一种优选实施方式，农业照明设备可配置有用于为养殖场所800提供电能的发电单元100，其中，发电单元100能够将煤炭、石油、天然气等化石燃料的热能、水能、核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等各种能源中的一种或多种转换为电能，以保证养殖场所800的用电需求。优选地，发电单元100可使用水能、太阳能、风能、地热能、海洋能等可再生能源进行发电，以实现资源的可持续发展。进一步地，发电单元100可至少配置有利用蕴藏于水体中的势能进行发电的水力发电模块110，其中，水力发电可广义地包括利用河流、湖泊等淡水资源中的水能进行发电和/或利用海水资源中的潮汐能进行发电。可选地，养殖场所800也可接入市电，以实现为养殖场所800稳定供电，其中，市电的作用和功能可与发电单元100产生的电能的作用和功能相同。
根据一种优选实施方式，水力发电模块110能够设置于水流通道140内部以利用水流通道140中流动的水流的动能产生电能，其中，水流通道140中流动的水流可以是从外部向养殖场所800流入的水和/或从养殖场所800向外部流出的水。水流通道140可由进水通道141和出水通道142构成以使得养殖场所800能够通过水流通道140分别与进水口和出水口连接，其中，与进水口连接以引入海洋、江河、湖泊等水源的供给水的进水通道141和与出水口连接以引出养殖场所800排出水的出水通道142均可相应配置有抽水泵、电动机等动力组件及各种阀门组件。进一步地，水流通道140以倾斜的布设方式使得沿水流的流动方向势能逐渐降低，从而使得水体能够基于势能作用自发地在水流通道140中流动。
根据一种优选实施方式，水力发电模块110能够在呈圆筒形的水流通道140的内部空腔中配置有固定组件120和活动组件130，其中，活动组件130能够借由流经于水流通道140的水流的动能绕作为旋转轴的固定组件120旋转，以使得活动组件130旋转产生的机械能能够被转换为电能而供给于养殖场所800的用电单元部件使用。优选地，固定组件120能够呈柱形结构沿水流通道140的轴线布设，以使得活动组件130的基部131以呈圆筒状结构的方式沿周向活动套设固定组件120外侧，从而使得同轴套设的固定组件120和基部131之间能够以存在间隙的方式保证基部131可以绕固定组件120旋转。优选地，在固定组件120和基部131之间相互对立侧所存在的间隙处能够布设有若干能够降低活动组件130与固定组件120在相对转动时所产生的摩擦力的轴承。进一步地，贯穿配置于基部131内腔的固定组件120在其两端可分别固定连接于连通组件的安装架，以使得基于活动组件130在水流的推动作用下与固定组件120形成的相对旋转运动而生产电能，其中，安装架能够将固定组件120固定于水流管路的轴线位置以避免固定组件120在水流管路中发生偏移，例如，可以通过以相对的三个角度设置的限位杆对固定组件120进行限位。活动组件130在基座相对于朝向固定组件120的另一侧可配置有桨部132，以使得桨部132能够与基部131同轴转动。优选地，位于基部131与水流通道140内壁之间的桨部132可呈具有一定倾角的螺旋状结构，且螺旋方向沿基部131的轴线方向延伸，其中，以基座轴线方向和直角方向为基准，具有41度以上倾角的螺旋状桨部132所形成的流线型曲面，可使得活动组件130随着水流流动绕固定组件120实现最大程度的旋转。进一步地，桨部132在水流管路径向上的尺寸可基于水流管路的半径而确定，以确保能够形成最大旋转力的同时，即使水流较小也能够实现活动组件130的旋转。随着水流对活动组件130桨部132的冲击，使得桨部132可以带动基部131绕固定组件120旋转，而处于旋转过程中的桨部132基于对水流的反作用力，使得流经水流管路的水流的内部流场发生扰动而将更多的空气卷入水流中，以增加了水流的溶氧含量，从而使得具有更高溶氧含量的水流流经养殖场所800时能够有助于养殖区域810内动植物的生长。优选地，固定组件120和活动组件130可相对地分别配置有卷绕线圈和永磁铁中的其中一个，以使得活动组件130基于水流作用而旋转时，永磁铁与卷绕线圈发生相对移动以改变磁场，从而形成电流的流动并产生电能，其中，配置方式可以是固定组件120配置有卷绕线圈，活动组件130配置有永磁铁；或固定组件120配置有永磁铁，活动组件130配置有卷绕线圈。固定组件120配置的卷绕线圈能够与固定组件120两端连接的安装架内部配置的导电元件电连接，以使得卷绕线圈产生的电能能够通过安装架的导电元件传输到外部以完成储存或使用。
根据一种优选实施方式，发电单元100还可配置有能够将太阳能转换为电能的太阳能发电模块，尤其是养殖场所800处于日照充足的地区时，可充分利用阳光中携带的能量来满足养殖场所800的能耗，以弥补水力发电模块110产能的不足或降低水力发电模块110的产能负荷。优选地，太阳能发电模块可在养殖场所800内以一定倾角布设有若干太阳能电池板，以使得基于养殖场所800的地理环境因素而倾斜对应角度的太阳能电池板能够构成最有利的受光面积以接收太阳能，并将其转换为电能供养殖场所800使用，其中，太阳能电池板可采用硅材料制成，以获取更大的光电转换效率。进一步地，布设于养殖场所800内的太阳能电池板可避开于养殖区域810，以使得养殖区域810内的动植物能够接收到不被太阳能电池板遮挡的太阳光。
根据一种优选实施方式，发电单元100可配置有能够将风能转换为电能的风力发电模块，尤其是养殖场所800处于风力充足的地区时，可充分利用风的动能转换为电能来满足养殖场所800的能耗，以弥补水力发电模块110产能的不足或降低水力发电模块110的产能负荷。优选地，风力发电模块可在养殖场所800以一定朝向布设有若干风力发电机，以使得基于养殖场所800的地理环境因素而朝向对应角度的风力发电机能够构成最有利的迎风面积以接收风能，并将其通过转换为机械能再转换为电能以供养殖场所800使用，其中，要求强度高、重量轻的桨叶可采用玻璃钢或碳纤维等其它复合材料制造而成。进一步地，布设于养殖场所800内的风力发电机可避开于养殖区域810，以使得养殖区域810内的动植物能够接收到不被风力发电机遮挡的太阳光。
根据一种优选实施方式，发电单元100能够将配置的至少一个发电模块产生的多余电能传输至储能单元300中以化学能和/或机械能等方式进行能量的暂存，以使得在产能不足时能够通过储能单元300进行能量的释放以完成能量的不足。优选地，基于电能储存需求的不同可相应配置有蓄电池组储能模块和/或飞轮储存模块等。蓄电池组储能模块可由若干蓄电池单体以串联和/或并联的方式连接构成蓄电池组以完成电能的充放，其中，基于构成蓄电池组的若干蓄电池单体以不同的方式连接，可使得蓄电池组能够具有不同的电压和容量，从而使得蓄电池组储能模块能够通过改变连接方式来满足储能需求。飞轮储存模块包括相互连接的飞轮组件和飞轮能量转换组件，其中，飞轮能量转换组件可包括将电能转换为机械能的电动机和将机械能转换为电能的发电机，以使得电动机带动飞轮组件高速旋转以将电能转换为动能储存起来，并在需要的时候再用飞轮组件带动发电机进行发电已将储存的动能转换为电能进行供给。
根据一种优选实施方式，养殖场所800能够利用水流通道140中的水资源进行养殖池的注水、养殖地的灌溉、养殖仓的喂水等工序，以实现水资源的多次利用。进一步地，养殖场所800中开设的若干用于为水产物提供生长空间的养殖池可分别作为一个独立的水产养殖区域810以基于对应水产物的情况进行适应性的生长环境调节，其中，每个水产养殖区域810的养殖池所收容的水可以通过水流通道140的进水通道141从海洋、江河、湖泊等水源中获取，也可通过给排水单元400的给水组件410从储水槽430中获取。一般地，储水槽430多为人工设置，以使得储水槽430中水源的水温、盐度、溶氧含量等参数都能够进行提前调节。进一步地，进水通道141能够将至少部分从海洋、江河、湖泊等自然水源引入的水流导入储水槽430中，通过对储存水参数的调节使得自然水源的水能够达到养殖池中对应水生物的养殖标准。进一步地，给排水单元400的排水组件420一端能够连接于养殖池的底部，以将养殖池中的水引出至外部，其中，排水组件420在与养殖池的连接处可设置有过滤组件，以至少避免水生物排出。具体地，排水组件420在连接于养殖池的相对另一端可连接至出水通道142，以使得养殖池中的排出水可与出水通道142的排出水合流一并排出；排水组件420在连接于养殖池的相对另一端可与回收装置连接，以通过回收装置实现对养殖池所收容的水的回收再利用，并可将完成回收的水再注入储水槽430中。
根据一种优选实施方式，发电单元100产生的电能能够直接地或通过储能单元300间接地传输至作用于养殖区域810的发光单元200，以使得发光单元200能够将电能转换为光能并照射于对应的养殖区域810。优选地，至少包含一个光源组件210的发光单元200可以以支撑或悬挂等方式设置于养殖区域810上空，以使得光源组件210发出的光线能够照射于养殖区域810并在养殖区域810上形成受光区，同时未能接受到光线的养殖区域810形成阴影区。每个光源单元能够布设有若干光转换效率更高的单色LED灯，以使得在相同能耗下，可以比复合光源发出更多的光子，从而降低能耗。优选地，发光单元200能够配置有用于驱动光源组件210完成空间的三维运动的移动组件220，以使得光源组件210可以完成转动、平移、升降、俯仰等运动方式中的一种或多种。移动组件220能够沿架设于养殖场所800内的导轨移动或沿预设路径进行扫描以形成移动式发光单元200或扫描式发光单元200，相比于静态光源，动态光源不需要复杂的出光结构，其成本更低。优选地，呈窄带结构的光源组件210能够使得窄带高光强的动态光源组件210在进行扫描时光线照射的死角更少，不仅宏观上更多叶片得到光线，而且微观上植物叶片表面的纤毛也减少了遮挡，同时叶面以及叶背侧的光线感受器官本身也能得到更多发育机会，其中，光源组件210的窄带结构是指光源组件210自身呈细长状的带状结构，即光源组件210一侧(长边)的长度远大于与该侧相邻侧(短边)的长度，以使得光源组件210在任一时刻所照射的受光区可基于光源组件210的窄带结构而呈现长条状区域。进一步地，发光单元200的光源组件210能够在移动组件220的驱动下在养殖区域810上空划过以完成光源动态扫描，其中，移动组件220对光源组件210的驱动速度与养殖区域810所培育的动植物种类、生长阶段等因素相关，例如，对于接收到同等能量光子的植物而言，短时高光强给植物带来的促生长效果优于长时低光强给植物带来的促生长效果。进一步地，用于扫描式发光单元200的移动组件220可基于呈窄带结构的光源组件210的长边长度而配置有至少一个支撑柱，以实现将光源组件210架空于养殖区域810上空，其中，移动组件220可通过配置于支撑柱内部的转轴和/或支撑柱底部的滑轨实现光源组件210在养殖区域810的动态扫描。优选地，光源组件210的设置数量可基于养殖区域810所培育的动植物种类及其生长阶段而确定，以调控养殖区域810所接受光线的光照强度、光照时间和/或光照波长等光照参数，其中，以植物为例如，不同植物具有彼此不同的光饱和点和光补偿点，光强超过光饱和点时，促进植物生长的效果就不明显了，反而造成了能耗的浪费，光强低于光补偿点时，则植物生长速度得不到改善并且生长缓慢，造成了产品质量和数量的降低。例如，番茄的光饱和点约为40000lux，光补偿点约为6000lux，而生菜的光饱和点约为20000lux，光补偿点为2000lux，可针对养殖区域810所种殖的或混种的情况合理规划发光单元200的照射方案。优选地，发光单元200能够配置有多个光源组件210，以通过协调多个光源组件210的光照参数来满足不同种类动植物在不同生长阶段的光照需求，其中，光源组件210的光照参数至少可包括光照强度、光照波长、光照时间等。优选地，若干光源组件210能够以不同的组合方式满足生长区域的不同受光需求，其中，不同的光源组件210可配置为能够发射波长彼此不同的光线，例如红光、蓝光、绿光和/或紫外光等，以使得可以在养殖区域810形成光源的叠加。由于短波长和长波长的光相比于中波长的光更易被水体吸收和分散，而在绿光、蓝光、黄光等中波长的光之间波长范围在450-500nm之间的蓝光更易穿透较深的水体，因此可基于光线在水体中的吸收分散情况和水产物生长所需最适宜的波长范围而对光源组件210进行组合调节。进一步地，发光单元200可基于不同波长光线的混合比例、光线混合方式和/或光源功率调节提供多种照射方案，并根据环境光线及动植物品种、动植物生长阶段进行自适应调节。发光单元200可基于照射方案确定多个光源组件210的相对安装间距、相对安装高度等位置参数和移动组件220的驱动速度等移动参数，例如，对于需求相同驱动速度的光源组件210可设置在同一离地高度上，对于需求不同驱动速度的光源组件210可设置在不同离地高度上，以避免多个光源组件210在移动过程中发生碰撞。进一步地，光源组件210还可以在不发生碰撞的前提下实现变速运动。
根据一种优选实施方式，对于能够引入水源而形成水产养殖区域的养殖场所800，由于水面的反射、折射及水体的吸收分散等原因使得水产养殖区域810布设的养殖池中水产物接收到的光线有线，从而会对水产物的生长产生影响。优选地，发光单元200可通过配置防水壳体的方式放置于养殖池的水中，以使得光源组件210发出的光线能够直接在水中传播而避免了光从空气进入水中造成的光逸散，从而使得水产物可获取到能够满足其生长需求的光照。进一步地，发光单元200的防水壳体可分为位于水面以上的出水层240和位于水面以下的入水层230，可存放电子元件的出水层240能够配置有浮力大于整体重力的浮块以使得发光单元200能够浮在水上，并将带有光源组件210的入水层230淹没于水下以实现对养殖池的光照，其中，防水壳体可采用透明材质制成，以避免对自然光线的遮挡而节约能源。优选地，光源组件210可朝向于养殖池的池底发射光线，入水层230可在光源组件210背向于养殖池池底的一侧布设有反光灯罩，以使得光源组件210向养殖池射出的光线即使向反方向逸散也会由于反光灯罩的反射作用而反射回水中，从而避免部分光线射出水面而造成能量的浪费和对水产物生长的影响。出水层240可连接于迁移部件，以通过迁移部件控制和调整发光单元200在养殖池中的位置，和/或完成发光单元200在各养殖区域810的取放。优选地，设置于入水层230的光源组件210可呈窄带结构，并能够在移动组件220的驱动下完成动态扫描，其中，移动组件220能够通过水力直接地或间接地驱动。具体地，移动组件220可连接于透平机械类的驱动组件150以实现流体介质中蕴有的能量与机械能相互转换，从而可直接使用转换后的机械能或经多次转换后的机械能来驱动移动组件220运行。例如，透平机械类的驱动组件150可以是把水流的能量转换为旋转机械能的水轮机，以通过进水通道141引入的水流推动水轮机转轮，在水力推动下旋转的转轮可直接地通过传动机构以适宜的驱动速度通过移动组件220带动光源组件210完成动态扫描；在水力推动下旋转的转轮也可间接地带动发电机发电，再用发电机产生的电驱动移动组件220以带动光源组件210完成动态扫描，其中，相比于能量需要经过多次转换的间接利用，水力的直接利用能够以减少能量转换过程中损耗的方式提高能量的利用率，从而达到节能的效果。优选地，移动组件220在驱动组件150的驱动作用下能够绕转轴旋转，以带动光源组件210能够以环绕式的往复运动对呈圆形的养殖池进行动态扫描照明。优选地，水轮机从进水通道141中引入的水体在经过能量转换后可由给水组件410导入养殖池中，在实现水资源充分利用的同时，可增加养殖池中水体的扰动程度，以模拟活水的方式增加所养殖的水产物的活力，从而可以改善水产物品质，并且因持续地使沉淀于底部的饲料上浮，所以具有防止水的腐臭及减少饲料使用量的效果。进一步地，移动组件220可同轴连接有伸入养殖池水中的搅拌组件，以使得移动组件220在驱动光源组件210扫描的同时，也可驱动搅拌组件对水体造成轻微的扰动。
根据一种优选实施方式，农业照明设备可在养殖场所800配置有若干监测单元500以获取养殖场所800中的各种数据参数，其中，监测单元500可包括用于监测环境温度的温度传感器、用于监测环境湿度的湿度传感器、用于监测光照情况的光照测试仪、用于监测环境空气质量的空气质量传感器、用于监测水中溶氧的溶氧检测仪、用于监测水体质量的水质检测分析仪等各类信息采集仪器中的一种或多种，以实现至少对养殖场所800的养殖条件的实时监测，以便于及时掌握养殖场所800内的参数变化并进行适应性的调整，从而避免对养殖区域810内动植物的生长造成影响。优选地，监测单元500还能够对养殖场所800中电能的供需情况进行实时监测，即监测单元500能够对发电单元100的产能和养殖场所800中的用电单元部件的耗能进行采集和对比。
根据一种优选实施方式，监测单元500至少可配置有用于监测动植物生长状态的生长状态采集组件，可至少通过接收反馈光线的方式获取动植物所处生长阶段的实时状态，其中，反馈光线可以是光源组件210发出的光线照射于动植物表面后反射至生长状态采集组件的反射光。优选地，生长状态采集组件可以是多光谱传感器，以通过成像的方式获取对应动植物的图像信息并与数据库中的标准信息进行对比，以判断动植物的实时生长状态。例如，对于植物养殖区域810，生长状态采集组件可基于采集的植物图像和养殖区域810接收的光照强度获取至少包括目标植物内的叶绿素含量、水分含量、氮素含量和目标植物的叶面积指数等植物信息，进而判断其当前的生长状态。进一步地，对于植物养殖区域810，可将涂覆有荧光粉的发光板设置在植物根部上方，用于给植物根部创造无光环境的同时，充分利用穿过叶片漏下的光线来激发荧光粉发出植物需要的光线，以使得激发的光线能够对植物的背光侧进行补光，从而以尽可能减少阴影区域的方式保证对植物接收到充分的光照。荧光粉被激发而发出的光线强度与植物叶片间隙大小相关联，以使得可通过监测通过探测荧光粉被激发而发出的光线来确定叶片生长状况，进而判断植物生长阶段，以便于对养殖区域810不利的生长条件进行及时调节。优选地，可根据生长状态采集组件获取的生长状态信息和/或荧光粉被激发的能量来形成和更新育苗期、品质形成期和品质积累期的照射时长与光照强度数据库。
根据一种优选实施方式，监测单元500获取的监测数据能够传输至中控单元600，使得中控单元600能够结合获取到的各类数据信息进行综合处理，以响应于发现的超出预设阈值的异常数据而制定相应的调整方案，并可驱动调整方案中所涉及的各单元部件基于方案中的步骤进行依次调节，以消除异常数据。优选地，中控单元600至少能够对发电单元100和发光单元200进行调控，其中，中控单元600对发电单元100的调控可包括基于电能的供需关系调节进入水力发电模块110的水力的流量，中控单元600对发光单元200的调控可包括对光源组件210光照参数的调节和/或对移动组件220运动参数的调节。进一步地，中控单元600还可对储能单元300进行调控，以使得储能单元300能够响应于中控单元600的控制信号在产能大于耗能时对电能进行储存，并在耗能大于产能时对电能进行释放。优选地，中控单元600可通过有线和/或无线的方式与用户终端连接以实现信息交互，从而使得用户能够通过用户终端掌握养殖场所800的实时情况，也能够通过用户终端向中控单元600发送控制指令，以人为地通过中控单元600对其他单元部件进行调节。
实施例2
本发明公开了一种基于水力发电共建的农业照明系统，其能够包括实施例1中的任意一种农业照明设备。在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。
根据一种优选实施方式，农业照明系统可配置有若干功能单元700，以保证养殖场所800内动植物的生长。例如，功能单元700可设置有换热单元，以通过风冷和/或水冷的方式对环境温度乃至光源组件210的温度进行调节，以避免异常的温度影响动植物生长的同时，降低火灾等事故引发的风险。再例如，功能单元700可设置有起重单元，以通过起重单元实现养殖场所800内重物的搬运，从而减轻工作人员的负担。又例如，功能单元700可设置有报警单元，以使得中控单元600在发现严重超出预设阈值或超出警告阈值时可通过报警单元对养殖场所800内的所有人员进行提醒，以便于及时排除隐患而避免事故的发生。
根据一种优选实施凡事，针对以海水和/或盐湖水作为水源进行发电的农业照明系统，其功能单元700可配置有能够以海水和/或盐湖水为原料生产真水、钠、镁、钙、钾、烧碱、氯、盐酸、硫酸、氢、氧的电解单元，其中，电解单元可通过进水通道141引入水源。电解单元所生产的真水、硫酸和烧碱可以由发酵单元利用使纤维素材料或谷物发酵，从而在制备草酸或草酸钠的同时，还制备燃料用生物乙醇或酒精饮料，其中，发酵单元生产的草酸或草酸钠可用于电解单元的海水脱钙。进一步地，发酵单元在发酵工序中生产的二氧化碳及电解单元生产的真水都能够用于养殖场所800中至少包括陆地养殖区域810内植物的生长，同时植物在光合作用时产生的氧气也能够引入水产养殖区域810以补充养殖池中的溶氧含量，从而实现资源的高效利用。
实施例3
本发明公开了一种基于水力发电共建的农业照明方法，其能够包括前述实施例中的任意一种农业照明设备或农业照明系统。在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。
中控单元600至少能够完成如下步骤：
S1、中控单元600能够开启水流通道140以使得水源中的水体通过发电单元100的水力发电模块110而将水体的势能转换为电能，以供养殖场所800的用电单元部件使用；
S2、中控单元600能够驱动发电单元100将产生的电能储存于储能单元300，以使得储能单元300能够实现能量的储存和释放；
S3、中控单元600能够驱动发光单元200以预设的光照参数和运动参数对养殖区域810进行动态扫描，其中，发光单元200的光源组件210可呈窄带结构；
S4、中控单元600能够驱动监测单元500对养殖场所800的各类数据参数进行实时监测，以判断养殖场所800的养殖条件；
S5、中控单元600能够基于监测单元500获取的监测数据制定调整方案并实施，其中，中控单元600能够与用户终端实现信息交互。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (8)

1.一种基于水力发电共建的农业照明设备，其包括：
发电单元(100)，至少能够通过水力发电模块(110)将水体的机械能转换为电能以提供至养殖场所(800)，
发光单元(200)，至少能够通过光源组件(210)将电能转换为光能以提供至所述养殖场所(800)内用于动植物生长的养殖区域(810)，
其特征在于，
所述光源组件(210)能够基于移动组件(220)的驱动而至少以扫描的方式对所述养殖区域(810)进行动态照明，其中，所述移动组件(220)的动力来源于流经所述水力发电模块(110)的水体所含机械能的直接利用和/或经多次转换后的间接利用；
所述光源组件(210)能够以呈窄带结构的方式对所述养殖区域(810)内的动植物进行周期性的高光强照明，其中，所述发光单元(200)能够包括若干以相同或不同光照参数配置的所述光源组件(210)来实现所述养殖区域(810)的光源叠加；
其中，光源组件(210)的窄带结构是指光源组件(210)自身呈细长状的带状结构，即光源组件(210)一侧的长度大于与该侧相邻侧的长度，以使得光源组件(210)在任一时刻所照射的受光区可基于光源组件(210)的窄带结构而呈现长条状区域；
若干所述光源组件(210)基于其配置的光照参数而对应连接于具有相应运动参数的所述移动组件(220)，以使得进行独立运动的若干所述光源组件(210)能够在所述养殖区域(810)形成对应动植物生长的光配方；
其中，将涂覆有荧光粉的发光板设置在植物根部上方，用于给植物根部创造无光环境的同时，充分利用穿过叶片漏下的光线来激发荧光粉发出植物需要的光线，以使得激发的光线能够对植物的背光侧进行补光，从而以减少阴影区域的方式保证对植物接收到充分的光照，荧光粉被激发而发出的光线强度与植物叶片间隙大小相关联，以使得通过监测通过探测荧光粉被激发而发出的光线来确定叶片生长状况，进而判断植物生长阶段，以便于对养殖区域(810)不利的生长条件进行及时调节，根据生长状态采集组件获取的生长状态信息和/或荧光粉被激发的能量来形成和更新育苗期、品质形成期和品质积累期的照射时长与光照强度数据库。
2.根据权利要求1所述的农业照明设备，其特征在于，用于带动所述移动组件(220)运动的驱动组件(150)能够直接或间接地利用水体的机械能，其中，所述驱动组件(150)能够以减少转换损失能量的方式直接将水体的机械能通过传动机构传递至所述移动组件(220)。
3.根据权利要求1所述的农业照明设备，其特征在于，水体能够在设置有所述水力发电模块(110)的水流通道(140)内流动，并基于水体的流动而带动所述水力发电模块(110)的活动组件(130)与固定组件(120)发生相对运动，其中，所述水流通道(140)能够配置有进水通道(141)和出水通道(142)。
4.根据权利要求3所述的农业照明设备，其特征在于，所述水流通道(140)能够连通于给排水单元(400)，以通过给水组件(410)将所述进水通道(141)内的至少部分水体引入至所述养殖场所(800)内来满足用水需求，其中，给水组件(410)引入的水体能够直接地或经处理后间接地用于水产物的所述养殖区域(810)。
5.根据权利要求4所述的农业照明设备，其特征在于，所述活动组件(130)的桨部(132)能够基于水体流动的传动作用而带动基部(131)相对于所述固定组件(120)进行转动，其中，所述水力发电模块(110)能够将转动的机械能转换为电能以直接使用或储存。
6.根据权利要求1所述的农业照明设备，其特征在于，所述农业照明设备配置的中控单元(600)至少能够基于监测单元(500)的监测数据而至少对所述发电单元(100)和/或所述发光单元(200)进行综合调控，其中，所述中控单元(600)能够与用户终端实现信息交互。
7.一种基于水力发电共建的农业照明系统，其特征在于，所述农业照明系统包括前述任意权利要求之一所述的农业照明设备，其中，所述农业照明系统能够在养殖场所(800)配置有若干能够作用于所述农业照明设备和/或养殖区域(810)的功能单元(700)。
8.一种基于水力发电共建的农业照明方法，其特征在于，所述农业照明方法采用前述任意权利要求之一所述的农业照明设备或农业照明系统，其中，中控单元(600)至少能够完成如下步骤：
所述中控单元(600)能够基于所述监测单元(500)获取的监测数据制定调整方案，并根据调整方案对至少包括发电单元(100)和/或发光单元(200)的相关联的单元部件进行针对性调控，
所述发电单元(100)能够响应于所述中控单元(600)的控制信号而调节发电量；
所述发光单元(200)能够响应于所述中控单元(600)的控制信号而调节光源组件(210)的光照参数和/或移动组件(220)的运动参数。
CN202111201587.9A 2021-09-24 2021-10-14 一种基于水力发电共建的农业照明设备、系统及方法 Active CN113812277B (zh)

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