CN117280971A - 一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，涉及农业工程技术领域，包括温室本体，由支架和大棚，热水采暖组件、太阳能组件、降温组件、光照组件以及智能调控系统，其中太阳能组件包括太阳能集热器以及太阳能光伏板，适于将收集到的太阳能分别转化为热能和电能，智能调控系统由室温处理模块、光能控制模块、温度控制模块、照明控制模块以及水路控制模块构成，其中室温处理模块包括室温检测单元和室温对比单元，光能控制模块包含光转电单元和光转热单元，温度控制模块包括升温单元和降温单元。本发明可以合理调配太阳能所转化的电能以及热能，结合实际室温情况进行降温、升温，节约了能源。

Description

一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室

技术领域

本发明涉及农业工程技术领域，具体为一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室。

背景技术

温室农业是指在人工保温设施中经营的农业，是大田的一种补充。分玻璃温室和塑料大棚两种，可以人工调节温度和湿度。主要用于蔬菜的超季节栽培，使冬春两季也能生产供应，在寒冷地区，利用温室农业技术也能获得多种农产品。我国温室农业的栽培面积也在迅速发展，其热源主要是燃煤。近些年在有地热资源的地方正在发展利用地热作为热源。

对于种植面积较大的农业温室来说，所需要的热量也多，以3.5亩种植面积为例，10小时平均使用煤炭120kg，同时燃煤产生的废气也会对环境造成污染。为了保护环境，近年来供暖系统不断创新升级。从热源生产端到热能散布端，生产机制和结构形式都有了很多大进步。由传统的燃煤供热到新型的燃气供热、耗电供热、地缘热泵供热等都是迅速的发生。在设施农业领域，常见的提供热能的方式为水暖供热和热风增温。

其中热水采暖是温室常用的增温方式。热水采暖系统有热水锅炉、供热管道、散热器三部分组成。热水采暖系统运行可靠，温室内热稳定性好，即使性能系统发生故障，临时停止供暖时，2小时内不会对作物造成大的影响。只是热水锅炉也是需要消耗煤炭、燃油等能源，大面积的农业大棚所消耗的能源也不少，我国属于太阳能总量较丰富的国家，同时对于太阳能的利用技术也日渐成熟，高原地区以及部分北方地区可以完全依靠太阳能即采用日光温室，但对于其他区域来说，仍需消耗能源采暖，但对于这种能源需求较大的农业温室，可以尝试合理利用太阳与热水采暖相结合的方式，保证供暖的同时节约能源消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，包括温室本体，由支架和大棚构成，热水采暖组件、太阳能组件、降温组件、光照组件以及智能调控系统，其中所述太阳能组件包括太阳能集热器以及太阳能光伏板，适于将收集到的太阳能分别转化为热能和电能，所述智能调控系统由室温处理模块、光能控制模块、温度控制模块、照明控制模块以及水路控制模块构成，其中所述室温处理模块包括室温检测单元和室温对比单元，适于采集实时温室内温度数据并与设定好的数据进行比较，作为其他模块工作的前提；所述光能控制模块包含光转电单元和光转热单元，适于将收集到的太阳能转化为电能以及热能并分别进行储存；所述温度控制模块包括升温单元和降温单元，分别适于控制热水采暖组件、降温组件的运行；所述照明控制模块适于控制光照组件的运行；所述水路控制模块由多个管道、电磁阀以及水泵构成，适于连通各组件，控制各条管路的开闭状态以及提供动力源。

进一步的，所述室温检测单元包含数个间隔设置的温度计，采集农业大棚多个位置温度数据，得出平均值作为农业大棚内的实时温度，即设定从第一个位置采集到的温度数据为/>，后方依次为/>、/>、......、/>，其中n为自然数，则：/>=/>

进一步的，所述室温对比单元内设定有两个比较温度，且/>，分别与/>进行比较并进行划分，若/></>，则归于低温区间，需要进行供暖处理；若/>，则归于常温区间，供暖或者降温处理可根据/>的平均值来确定；若/>>/>，则归于高温区间，需要进行降温处理。

进一步的，所述设定如下：一般来说种植作物时大棚内的温度应该控制在最低平均温度为12度以上 (这样不破坏根系的生长)，作物生长点处的极限平均最高应在34度以下(不损害生长点为宜)，则设定/>，/>。

进一步的，所述光转电单元包含太阳能光伏板以及与之配合的蓄电池组，其中太阳能光伏板实时采集太阳光，并转化为电能后储存至蓄电池组保存备用，即光电转化，可供电给热水采暖组件和光照组件以节约能源；光转热单元包含太阳能集热器以及与之配合热能存储器，其中太阳能集热器实时采集太阳光，并转化为热能后储存至热能存储器保存备用，即光热转化。

进一步的，所述升温单元分为一级升温和二级升温，分别应用于</>以及两种场合，一级升温状态会将热能存储器内存储的热能结合热水采暖组件对温室大棚进行升温处理，此时极限值A按冬季标准设定在/>，即热能存储器内热水温度，通过将管路将热能存储器与热水采暖组件连接，不足的由热水采暖组件进行补充；二级升温状态会完全依靠热能存储器内热能采暖，热水采暖组件可不用工作。

进一步的，所述热水采暖组件由低温水箱、电加热水箱和散热翅片组，由管道进行连接并设置有电磁阀和水泵。

进一步的，所述热能存储器连接电加热水箱组，内部热水经电加热水箱组流入至散热翅片组进行散热，若热能存储器热水供应不足，则由低温水箱引入水进行加热后，输送至散热翅片组进行散热；低温水箱内的低温水温度在。

进一步的，所述降温单元应用于>/>以及/>两种场合，通过将低温水箱内的低温水引入至降温组件，实现对温室的降温。

进一步的，所述降温组件由管路和数个喷水器构成，管路架设在支架上，喷水器设置在管路上，将低温水箱的低温水引入管路中，通过喷水器进行喷雾处理来实现低温水蒸发降温。

进一步的，所述光照组件包括多组照明灯，间隔悬吊在支架上，一般夜晚开启，供电可由光转电单元在日间储存的电量提供。

进一步的，具体方法如下：

S1、室温采集：室温检测单元采集各个区域的温度情况并计算平均值，得到农业大棚的实时温度；

S2、比较分类：室温对比单元将与/>进行比较，确定室温所在温区；

S3、温度调控：根据分类结果对农业温室内进行升温或者降温处理；

S31、一级升温：</>，升温单元会将热能存储器内存储的热能结合热水采暖组件对温室大棚进行升温处理；

S32、二级升温：，升温单元会完全通过热能存储器内存储的热能对温室进行升温处理；

S33、降温：，降温单元通过将低温水箱内的低温水引入至降温组件，实现对温室的降温；

S4、照明控制：照明控制模块使用光能控制模块白日里转化的电能实现夜晚的供电。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

通过设置有太阳能组件，可以降光能转化为电能以及热能分别存储起来备用，能够适用于夜间照明供电、热水采暖的供电和供热，节约了能源；

通过设置有智能调控系统，可以将温室实时温度进行比对分类，进行降温或者升温处理，同时合理调配了太阳能所转化的电能以及热能，提高了资源的利用率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的温度调节方式示意图；

图2是本发明的温室大棚示意图；

图3是本发明的智能调控系统组成示意图；

图中：1、温室本体；11、支架；12、大棚；2、热水采暖组件；21、散热翅片组；3、太阳能组件；31、太阳能集热器；32、太阳能光伏板；4、降温组件；5、光照组件；6、电磁阀。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供技术方案：一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，包括温室本体1、热水采暖组件2、太阳能组件3、降温组件4、光照组件5以及智能调控系统，温室本体1由支架11和大棚12构成，其中太阳能组件3包括太阳能集热器31以及太阳能光伏板32，适于将收集到的太阳能分别转化为热能和电能，智能调控系统由室温处理模块、光能控制模块、温度控制模块、照明控制模块以及水路控制模块构成，其中室温处理模块包括室温检测单元和室温对比单元，适于采集实时温室内温度数据并与设定好的数据进行比较，作为其他模块工作的前提；光能控制模块包含光转电单元和光转热单元，适于将收集到的太阳能转化为电能以及热能并分别进行储存；温度控制模块包括升温单元和降温单元，分别适于控制热水采暖组件2、降温组件4的运行；照明控制模块适于控制光照组件5的运行；水路控制模块由多个管道、电磁阀6以及水泵构成，适于连通各组件，控制各条管路的开闭状态以及提供动力源。

室温检测单元包含数个间隔设置的温度计，采集农业大棚多个位置温度数据，得出平均值作为农业大棚内的实时温度，即设定从第一个位置采集到的温度数据为/>，后方依次为/>、/>、......、/>，其中n为自然数，则：

=/>

室温对比单元内设定有两个比较温度，且/>，分别与/>进行比较并进行划分，若/></>，则归于低温区间，需要进行供暖处理；若/>，则归于常温区间，供暖或者降温处理可根据/>的平均值来确定；若/>>/>，则归于高温区间，需要进行降温处理。

具体的，设定如下：一般来说种植作物时大棚内的温度应该控制在最低平均温度为12度以上(这样不破坏根系的生长)，作物生长点处的极限平均最高应在34度以下(不损害生长点为宜)，则设定/>，/>。

光转电单元包含太阳能光伏板32以及与之配合的蓄电池组，其中太阳能光伏板32实时采集太阳光，并转化为电能后储存至蓄电池组保存备用，即光电转化，可供电给热水采暖组件2和光照组件5以节约能源；光转热单元包含太阳能集热器31以及与之配合热能存储器，其中太阳能集热器31实时采集太阳光，并转化为热能后储存至热能存储器保存备用，即光热转化。

需要说明的是：光热转化是需要通过介质来实现的，这里选用水作为储热介质，通过太阳能集热器31，水体的温度会不断上升，到达极限值A后会更换水体，将高温水输送至热能存储器进行保温储存；具体的，极限值A会根据不同季节而改变，例如：夏季，极限值A可设定为，存储的热量可用于夜间温室大棚的保暖或者通过热电转化作为电能存储备用；冬季，极限值A可设定为/>，冬季采集太阳能较难，可根据温室大棚所需的最低温度/>进行设定。

升温单元分为一级升温和二级升温，分别应用于</>以及/>两种场合，一级升温状态会将热能存储器内存储的热能结合热水采暖组件2对温室大棚进行升温处理，此时极限值A按冬季标准设定在/>，即热能存储器内热水温度，通过将管路将热能存储器与热水采暖组件2连接，不足的由热水采暖组件2进行补充；二级升温状态会完全依靠热能存储器内热能采暖，热水采暖组件2可不用工作。

热水采暖组件2由低温水箱、电加热水箱和散热翅片组21，由管道进行连接并设置有电磁阀和水泵。具体表现为：低温水箱与电加热水箱之间设置有管路，管路上安装有电磁阀和水泵，一般情况下，两者都为关闭状态，当需要对电加热水箱补充水量时才会开启；电加热水箱与散热翅片组21之间设置有管路，散热翅片组21设置有多组，则由电加热水箱引出的总管路上分出支管路连接各散热翅片组21，每条支管路上安装有电磁阀，总管路上安装有水泵，根据实际所需开启。

需要补充说明的是：热能存储器连接电加热水箱组，内部热水经电加热水箱组流入至散热翅片组21进行散热，若热能存储器热水供应不足，则由低温水箱引入水进行加热后，输送至散热翅片组21进行散热。需要说明的是：低温水箱内的低温水温度在。

降温单元应用于>/>以及/>两种场合，通过将低温水箱内的低温水引入至降温组件4，实现对温室的降温。

降温组件4由管路和数个喷水器构成，管路架设在支架11上，喷水器设置在管路上，将低温水箱的低温水引入管路中，通过喷水器进行喷雾处理来实现低温水蒸发降温。

光照组件5包括多组照明灯，间隔悬吊在支架11上，一般夜晚开启，供电可由光转电单元在日间储存的电量提供。

需要补充说明的是：通过过滤所收集到的雨水，也可用作低温水箱内储存水源。

具体实施方法如下：

S1、室温采集：室温检测单元采集各个区域的温度情况并计算平均值，得到农业大棚的实时温度；

S2、比较分类：室温对比单元将与/>进行比较，确定室温所在温区；

S3、温度调控：根据分类结果对农业温室内进行升温或者降温处理；

S31、一级升温：</>，升温单元会将热能存储器内存储的热能结合热水采暖组件2对温室大棚进行升温处理；

S32、二级升温：，升温单元会完全通过热能存储器内存储的热能对温室进行升温处理；

S33、降温：，降温单元通过将低温水箱内的低温水引入至降温组件4，实现对温室的降温；

S4、照明控制：照明控制模块使用光能控制模块白日里转化的电能实现夜晚的供电。

实施例一：

室内温度超过，即/>>/>时，农业大棚需进行降温处理，设定极限值A=/>，关闭热能存储器与电加热水箱之间管路的电磁阀，此时太阳能集热器31仅仅收集热能，且所储蓄的热水可做夜间的供暖或者通过热电转化，变为电能储存，用作光照组件5在夜间的照明，同样，太阳能光伏板32转化的电能可用于热水采暖以外的场合；水路控制模块通过水泵将低温水箱内的低温水泵入降温组件4的管路中，并通过喷雾吸热蒸发的形式进行降温。

实施例二：

室内温度低于12，即/></>时，农业大棚需要进行升温处理，设定极限值A=/>，开启热能存储器与电加热水箱之间管路的电磁阀，每小时抽取一次储存热水，假设一块区域内所需水量为Q千克，每小时热能存储器所能供给的热水量为q千克，则热水采暖组件2需要补充（Q-q）kg，从低温水箱引入低温水，通过电加热的方式加热到足够的温度后输送至散热翅片组21进行散热升温，因为所需要加热的水量减少了，可以减少电力消耗，节约了能源。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：包括：

温室本体（1）、热水采暖组件（2）、太阳能组件（3）、降温组件（4）、光照组件（5）以及智能调控系统，所述温室本体（1）由支架（11）和大棚（12）构成，所述太阳能组件（3）包括太阳能集热器（31）以及太阳能光伏板（32），适于将收集到的太阳能分别转化为热能和电能，所述智能调控系统由室温处理模块、光能控制模块、温度控制模块、照明控制模块以及水路控制模块构成，其中所述室温处理模块包括室温检测单元和室温对比单元，适于采集实时温室内温度数据并与设定好的数据进行比较，作为其他模块工作的前提；

所述光能控制模块包含光转电单元和光转热单元，适于将收集到的太阳能转化为电能以及热能并分别进行储存，所述温度控制模块包括升温单元和降温单元，分别适于控制热水采暖组件（2）、降温组件（4）的运行，所述照明控制模块适于控制光照组件（5）的运行，所述水路控制模块由多个管道、电磁阀（6）以及水泵构成，适于连通各组件，控制各条管路的开闭状态以及提供动力源；

所述光转热单元通过水介质来实现，通过太阳能集热器（31），水体的温度会不断上升，到达极限值A后会更换水体，将高温水输送至热能存储器进行保温储存；极限值A会根据不同季节而改变，夏季，极限值A设定为，存储的热量可用于夜间温室大棚的保暖或者通过热电转化作为电能存储备用；冬季，极限值A设定为/>，冬季采集太阳能较难，可根据温室大棚所需的最低温度/>进行设定；

所述升温单元分为一级升温和二级升温，分别应用于</>以及/>两种场合，一级升温状态会将热能存储器内存储的热能结合热水采暖组件（2）对温室大棚进行升温处理，此时极限值A按冬季标准设定在/>，即热能存储器内热水温度，通过将管路将热能存储器与热水采暖组件（2）连接，不足的由热水采暖组件（2）进行补充，二级升温状态会完全依靠热能存储器内热能采暖，热水采暖组件（2）不用工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：

所述室温检测单元包含数个间隔设置的温度计，采集农业大棚多个位置温度数据，得出平均值作为农业大棚内的实时温度，即设定从第一个位置采集到的温度数据为/>，后方依次为/>、/>、......、/>，其中n为自然数，则：/>=/>

3.根据权利要求2所述的一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：

所述室温对比单元内设定有两个比较温度，且/>，分别与/>进行比较并进行划分，若/></>，则归于低温区间，需要进行供暖处理，若/>，则归于常温区间，供暖或者降温处理根据/>的平均值来确定，若/>>/>，则归于高温区间，需要进行降温处理。

4.根据权利要求3所述的一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：设定如下：

种植作物时大棚内的温度应该控制在最低平均温度为12度以上，这样不破坏根系的生长；

作物生长点处的极限平均最高应在34度以下，不损害生长点为宜，则设定，。

5.根据权利要求4所述的一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：

所述光转电单元包含太阳能光伏板（32）以及与之配合的蓄电池组，其中太阳能光伏板（32）实时采集太阳光，并转化为电能后储存至蓄电池组保存备用，即光电转化，能够供电给热水采暖组件（2）和光照组件（5）以节约能源；

所述光转热单元包含太阳能集热器（31）以及与之配合热能存储器，其中太阳能集热器（31）实时采集太阳光，并转化为热能后储存至热能存储器保存备用，即光热转化。

6.根据权利要求5所述的一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：

所述热水采暖组件（2）包括低温水箱、电加热水箱和散热翅片组（21），所述低温水箱、电加热水箱和散热翅片组（21）间由管道进行连接并设置有电磁阀和水泵。

7.根据权利要求6所述的一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室，其特征在于：

所述降温单元应用于>/>以及/>两种场合，通过将低温水箱内的低温水引入至降温组件（4），实现对温室的降温。

8.一种基于光伏太阳能的温度智能调控可控农业温室的温控方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

S1、室温采集：室温检测单元采集各个区域的温度情况并计算平均值，得到农业大棚的实时温度；

S2、比较分类：室温对比单元将与/>进行比较，确定室温所在温区；

S3、温度调控：根据分类结果对农业温室内进行升温或者降温处理；

S31、一级升温：</>，升温单元会将热能存储器内存储的热能结合热水采暖组件（2）对温室大棚进行升温处理；

S32、二级升温：，升温单元会完全通过热能存储器内存储的热能对温室进行升温处理；

S33、降温：，降温单元通过将低温水箱内的低温水引入至降温组件（4），实现对温室的降温；

S4、照明控制：照明控制模块使用光能控制模块白日里转化的电能实现夜晚的供电。