CN204156777U - 太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，其包括安装于蔬菜大棚棚顶上的支架，支架上阵列设有太阳能双玻组件，太阳能双玻组件的输出端串联直流防雷汇流箱后接于并网逆变器的输入端，并网逆变器的输出端接于交流防雷配电箱的输入端，交流防雷配电箱的输入输出端与国家电网相连；太阳能双玻组件用于将太阳能转换为直流电能，直流防雷汇流箱用于将太阳能双玻组件输出的直流电能进行汇流，通过直流防雷汇流箱内部的防雷器和与断路器后输出给并网逆变器，并网逆变器将直流电能转换为交流电，交流防雷配电箱用于存储并配置并网逆变器传输过来的交流电，或者接收国家电网的交流电为接于并网逆变器的交流负载用电器供电。

Description

太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统

技术领域

本实用新型属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种具有太阳能发电功能的蔬菜大棚棚顶系统。

背景技术

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人民对能源的需求不断提高。随着煤炭、石油、天然气等不可再生能源的短缺，能源问题已经成为制约各国经济发展的首要问题。在国际光伏市场的推动下，以及世界各国政府的政策支持下，光伏制造行业蓬勃发展。我国的太阳能电池和组件制造业也以惊人的速度向前发展。以现有科学技术的不断进步和人们对建立资源节约型社会重要认识的不断深入，实施“节能优先、结构优化、环境友好”可持续能源发展战略，节约资源已经提升到了基本国策的高度，能源为改善人类生活和经济发展所必须，与此同时，能源也可能造成空气污染、全球变暖等健康问题和环境问题。光电建筑节能推动太阳能光伏事业及建筑节能事业的飞速发展，而绿色环保能源与节能两大重点更加突出。科学合理的整合设计，使建筑中的环保、隔热、节能、绿色有机结合于一体，打造光电建筑行业综合智能标准建筑也成为当前的主要目标。房屋顶层有相当广阔的利用空间，利用屋顶安装光伏组件，将太阳光能直接转化为电能，为用电设备供或向电网输送电能，适宜当前节能降耗的社会发展需要，是一件利国利民的事情。

例如申请号为201220246857.8的实用新型专利，公开了一种太阳能光伏大棚，其包括大棚支架；用于将太阳能转换为直流电能的透光型非晶硅薄膜太阳能电池，设置于所述大棚支架上；用于存储所述直流电能的电能存储装置，通过用于控制所述透光型非晶硅薄膜太阳能电池给所述电能存储装置充电和控制所述电能存储装置放电的充放电控制器与所述透光型非晶硅薄膜太阳能电池连接；用于将直流电能转换为交流电的逆变器，与所述充放电控制器连接；用于调节大棚支架内环境的调节装置，与所述逆变器连接。

上述太阳能光伏大棚与大多数农业大棚太阳能并网发电系统相同，均具有如下不足：

1、现有农业大棚太阳能并网发电系统采用半透光薄膜电池板、透光率低，降低了大棚中蔬菜对光照的吸收率；

2、现有的农业大棚太阳能并网发电系统采用了蓄电池蓄电，具有成本高的缺陷，且蓄电池容易老化、维护成本高，因此大大的增加了农户的投资成本；

3、现有农业大棚太阳能并网发电系统采用半透明薄膜电池板，其电池组件中的电池片排布紧凑、透光间隙小、遮挡了植物对太阳光的吸收；

4、现有农业大棚太阳能并网发电系统中，背光面采用玻璃板或者彩钢瓦做屋顶、屋顶下方部分照射不到太阳光、形成部分阴影区；

5、现有太阳能光伏大棚的屋顶，对支架没有特别设计、支架过宽增加了对太阳光的遮挡率，影响植物对光照的吸收；

6、现在太阳能光伏大棚中的照明设施，一般采用普通的LED照明，其光照的利用率不高；

7、传统的太阳能光伏大棚，冬天温度较低，需要通过取暖器控制室温，该措施耗电量大，增加了农民的投入成本；

8、传统的太阳能光伏大棚，在电力、温控、光照等因素上投入成本大。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，与蔬菜大棚相结合产生绿色能源，且通过对现有技术的太阳能光伏大棚进行改进，以解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的思路是，将太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统中核心部件——太阳能电池组件，设计为透光率极强的太阳能双玻组件，该太阳能双玻组件具有透光率高、无边框、组件转换效率高、电池片排布对植物光照需求小等优点。另外，整个发电系统采用并网式发电系统，省去了污染严重、成本高的蓄电池。绿色发电系统发的电在满足蔬菜大棚中负载的需求后、可以实现并网、增加农户的收益，实现双收益。同时，针对蔬菜大棚的背光面，本实用新型采用了反光材料做屋顶，能够实时反射朝阳面照射进来的太阳光，解决了蔬菜大棚中的阴影区，充分满足了植物对太阳光的照射需求，提高了太阳光的吸收效率。另外，蔬菜大棚中的照明设施采用了智能光控系统，根据植物对光照需求智能控制LED灯的光照强度，LED灯采用了先进的带反光罩的LED灯，大大的提高了夜间LED对植物照射的利用率。同时，还采用了智能温湿度控制系统，针对大棚里的温度和湿度进行智能管控、为植物的生长保驾护航。

具体的，本实用新型所采用的技术方案是，一种太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，包括安装于蔬菜大棚棚顶上的支架，支架上阵列设有太阳能双玻组件，太阳能双玻组件的输出端串联直流防雷汇流箱后接于并网逆变器的输入端，并网逆变器的输出端接于交流防雷配电箱的输入端，交流防雷配电箱的输入输出端与国家电网相连；太阳能双玻组件用于将太阳能转换为直流电能，直流防雷汇流箱用于将太阳能双玻组件输出的直流电能进行汇流，通过直流防雷汇流箱内部的防雷器和与断路器后输出给并网逆变器，并网逆变器将直流电能转换为频率、相位和电压与国家电网完全相同的交流电，交流防雷配电箱用于存储并配置并网逆变器传输过来的交流电，或者接收国家电网的交流电为接于并网逆变器的交流负载用电器供电。

为了实现良好的采光效果，所述支架设于蔬菜大棚棚顶的朝阳面，蔬菜大棚棚顶的背光面铺设有反光层，该反光层设于蔬菜大棚棚顶的内部，能够实时反射朝阳面照射进来的太阳光，提高了太阳光的吸收效率。

为了给大棚里的蔬菜提供良好的生长环境，该太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统还包括温湿度控制系统，该温湿度控制系统包括温湿度传感器、温湿度控制器、温度调节仪和湿度调节器，温湿度传感器的输出端接于温湿度控制器的输入端，温湿度控制器的输出端接于温度调节仪的输入端和湿度调节器的输入端；温湿度传感器感应大棚内的温度和湿度，并发送至温湿度控制器，温湿度控制器接收温湿度传感器传来的温度和湿度，并根据预设的温度阈值对温度调节仪进行调节，或者根据预设的湿度阈值对湿度调节器进行调节。另外，为了方便人工控制，该温湿度控制系统还包括电脑，温湿度控制器通过通讯线（例如RS485）连接至电脑，管理人员可通过电脑对温湿度控制器进行设置或者控制。

为了给大棚里的蔬菜提供良好的生长环境，该太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统还包括光控系统，该光控系统包括光传感器、光源控制器、LED驱动器和LED灯，光传感器的输出端接于光源控制器的输入端，光源控制器的输出端接于LED驱动器的输入端，LED驱动器的输出端接于LED灯的控制端；另外，该LED灯外设有反光罩；光传感器设于大棚内，对大棚内的光照强度进行感应，并将感应结果传输至光源控制器，光源控制器根据光传感器的感应结果以及预设的阈值通过LED驱动器对LED灯进行开启、关闭控制以及对LED灯的光照强度的调整控制。另外，为了方便人工控制，该光控系统还包括电脑，光源控制器通过通讯线（例如RS485）连接至电脑，管理人员可通过电脑对光源控制器进行设置或者控制。

在具体实施时，蔬菜大棚棚顶设置成20~30度倾斜，至少朝阳面与水平面具有20~30度的倾斜角度，支架安装在蔬菜大棚棚顶上，太阳能双玻组件设于支架上，调整支架角度，使太阳能组件设置于蔬菜大棚棚顶的朝正南方向，并平铺设于大棚棚顶上。其中，本实用新型采用太阳能双玻组件作为蔬菜大棚的太阳能电池组件，其透光率极高；上述支架采用独特设计的不锈钢支架。为了减少太阳能双玻组件与并网逆变器之间的连接线，以及方便维护，提高可靠性，太阳能双玻组件与并网逆变器之间设置直流防雷汇流箱。同时，采用交流防雷配电箱对获得的交流电进行存储和配置，也即采用并网式发电系统，省去了污染严重、成本高的蓄电池，大大降低了成本。

本实用新型采用上述方案，具有以下优点：

1、太阳能电池组件采用了透光率极高的太阳能双玻组件，较半透明薄膜电池组件提高了50%的透光率、满足了蔬菜的光照强度；太阳能双玻组件采用了独特的排布设计、合理的设计了太阳能发电和蔬菜对太阳能光吸收的比例，在保证太阳能电池发电的情况下、满足蔬菜的光照需求；

2、采用独特的高强度不锈钢支架，不锈钢支架设于大棚顶，太阳能双玻组件通过结构防水胶平铺固定在棚顶的不锈钢支架上方，同时兼具做好了防水处理，安装简便快捷；

3、太阳能电池组件安装角度为水平线成20~30°角（根据实际地理位置确定），蔬菜大棚朝正南方安装，充分利用有效的太阳能光；

4、整个系统具有很好的智能性，系统太阳能供电与市电供电可自动切换，带有智能温湿度控制系统、光控系统；

5、取消了传统的蓄电池蓄电，能源清洁，发电过程不向环境排放废弃物；

6、系统灵活，运行维护简单、随时保证供电：阳光充足时，利用太阳能发电、多余的电反馈回电网，产生经济效益，夜间或阴天则可利用外电网供电；

7、使用寿命长、可靠性高、一般晶体硅太阳能电池组件的寿命可长达20-25年，一次性投资可使用的时间很长，重复投资小，在满足自给用电外还可以将多余的电供给电网；

8、建设周期短，由于太阳能光伏发电的能量转换过程单一，为直接发电，所以整个系统的建设时间为蔬菜大棚棚顶铺设太阳能电池阵列的时间；

9、使用太阳能绿色蔬菜大棚棚顶太阳能电站，可以更加充分的利用屋顶空间；实现了与建筑的结合，不仅利于了太阳能，而且美化了建筑，保证了蔬菜大棚内的室温；综上，本实用新型实现的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统小巧灵活，不仅适合蔬菜大棚安装使用，同时还适合普通居民安装使用，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的模块框图；

图2为本实用新型的实施例2的模块框图；

图3为本实用新型的实施例2的实施示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例1

本实施例中，参加图1，本实用新型的一种太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，包括安装于蔬菜大棚棚顶上的不锈钢支架，不锈钢支架上阵列设有太阳能双玻组件，太阳能双玻组件的输出端串联直流防雷汇流箱后接于并网逆变器的输入端，并网逆变器的输出端接于交流防雷配电箱的输入端，交流防雷配电箱的输出端接入国家电网；太阳能双玻组件用于将太阳能转换为直流电能，直流防雷汇流箱用于将太阳能双玻组件输出的直流电能进行汇流，通过直流防雷汇流箱内部的防雷器和与断路器后输出给并网逆变器，并网逆变器将直流电能转换为频率、相位和电压与国家电网完全相同的交流电，交流防雷配电箱用于存储并配置并网逆变器传输过来的交流电。

另外，直流防雷汇流箱的输出端还可直接输出直流给直流负载用电器进行供电。并网逆变器的输出端还可直接输出交流给交流负载用电器进行供电。交流防雷配电箱的输出接入国家电网，当系统存储的太阳能富余时，可为国家电网充电。

其中，太阳能双玻组件通过串并联接线方式连接，形成多路太阳能组件、多路太阳能组件通过直流防雷汇流箱汇集在一起形成单路电路，进一步连接专用的并网逆变器，将太阳能双玻组件发的直流电转换成交流电。并网逆变器输出的交流电连接交流防雷配电箱，交流防雷配电箱里面包含双向电表、断路器、防雷装置以及市电切换装置，能够实时监测保护整个电路。交流配电箱输出分两条线、第一条是实现太阳能发电并网的路线，另一条是直接连接蔬菜大棚里面的用电器使用，实现绿色发电。

实施例2

本实施例中，参见图2，除了包括实施例1中的所有部件，本实用新型还包括温湿度控制系统、光控系统以及电脑，该温湿度控制系统、光控系统和电脑接于并网逆变器的输出端。

其中，温湿度控制系统包括温湿度传感器、温湿度控制器、温度调节仪和湿度调节器，温湿度传感器的输出端接于温湿度控制器的输入端，温湿度控制器的输出端接于温度调节仪的输入端和湿度调节器的输入端；温湿度传感器感应大棚内的温度和湿度，并发送至温湿度控制器，温湿度控制器接收温湿度传感器传来的温度和湿度，并根据预设的温度阈值对温度调节仪进行调节，或者根据预设的湿度阈值对湿度调节器进行调节。

光控系统包括光传感器、光源控制器、LED驱动器和LED灯，光传感器的输出端接于光源控制器的输入端，光源控制器的输出端接于LED驱动器的输入端，LED驱动器的输出端接于LED灯的控制端。光传感器设于大棚内，对大棚内的光照强度进行感应，并将感应结果传输至光源控制器，光源控制器根据光传感器的感应结果以及预设的阈值控制LED驱动器，进而实现对LED灯进行开启、关闭控制以及对LED灯的光照强度的调整控制。其中，为了实现良好的照明效果，该LED灯外设有反光罩。

为了方便人工控制，温湿度控制器和光源控制器的输出端均通过通讯线（例如RS485）连接至电脑，这样，管理人员可通过电脑对温湿度控制器和光源控制器进行阈值或者其他参数设置，也可人为控制连接至温湿度控制器的温度调节仪和湿度调节器，或者连接至光源控制器的LED驱动器。

一般的，常规电缆系统中的所有在运行机组，无论容量大小，全部并网发电，待并网电机组必须同时满足三个并网条件（频率相等、相位与相序相同、电压相等）才允许并网运行。因此，太阳能光伏电站必须同时满足上述三个并网条件才允许并网发电。本实用新型的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统是由太阳能双玻组件发电、经过直流防雷汇流箱汇集成一路电路，经并网逆变器将直流电换成频率、相位和电压与国家电网完全相同的交流电，通过并网逆变器与国家电网并联，成为电力系统中一台特定的小机组。白天，阳光充足，该太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统全容量发电，向负载供电，多余的电能向电网输电；夜间，太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统停止运行，由电网向负载供电。在蔬菜大棚里面设计了先进的智能光控系统和温湿度控制系统，根据植物生长的需求实时监测控制蔬菜大棚里面的光照强度、温度和湿度等室内环境。

下面阐述在具体在实施时，本实用新型的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统的各部件的实现：

1、太阳能双玻组件

太阳能双玻组件是并网发电系统的核心部件，太阳能双玻组件的透光率较半透明薄膜电池组件提高了50%，由其将接受的太阳光能直接转换成电能。本实施例中，太阳能双玻组件设计为220W、24V，大小规格为：1956*992*40的，电池片设计为156*156mm的单晶48电池片，太阳能双玻组件中每张电池片的间隙为73.6mm，充分满足了蔬菜大棚内植物对太阳光的光照需求。当然，上述太阳能双玻组件中电池片的排布间隙还可以根据植物对太阳光的需求作合理设计。

2、蔬菜大棚背光面的反光设计

本实用新型的一种太阳能绿色屋顶发电系统，是与蔬菜大棚相结合而设计。参见图3，支架设于蔬菜大棚棚顶的朝阳面100，太阳能双玻组件101阵列设置在支架上，针对于蔬菜大棚的背光面110的阴影区，本实用新型在大棚顶部的内表面涂覆反光层，当然也可直接采用反光材料作为蔬菜大棚的背光面的屋顶，反光材料的反光面设计在大棚的里面，当太阳光通过太阳能双玻组件投射到大棚里，背光面的反光层或反光材料对太阳光反射，反射光对植物进行照射，从而解决了蔬菜大棚内阴影区的问题，实现了蔬菜大棚全面积太阳光照照射，保证了植物对太阳光的需求，促进了植物的光合作用从而快速生长出大量的绿色蔬菜。

3、太阳能板支架和安装设计

对于安装太阳能双玻组件的支架，设计为不锈钢支架，或者高强度不锈钢和阳极氧化铝合金结构，大棚的朝阳面设计为朝南方向，屋顶倾角为：20~30度（角度根据实际地理位置设定）。支架设于大棚的朝阳面，参见图3，太阳能双玻组件101安装于支架上，太阳能双玻组件101为无边框设计，并通过结构防水胶平铺固定在屋顶的不锈钢支架上方，同时兼具做好了防水处理，从而使得整个组件排列安装固定。上述安装简便快捷，节省人力成本和安装时间；安装系统的设计和规划具有极大的灵活性、安装简单、高防腐性、防水性能强、抗风沙能力强、结构性强及美观。另外，不锈钢支架在满足承载重量的情况下，设计为细而厚的屋顶支架，从而降低了对太阳光的遮挡率。

4、智能温湿度控制系统

本实用新型太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，在蔬菜大棚里面设计了一套智能温湿度监控系统，该系统能够实时监测大棚里面的温度和湿度、根据植物对环境的需求进行智能调控、为植物的生长创造一个良好的生态环境。

5、智能光控系统

智能光控系统由带反光功能LED灯、电脑、光传感器、光源控制器、LED驱动器组成。其中LED灯采用仿太阳能照明LED灯，LED灯的光照强度接近植物对太阳光的光照强度，LED灯罩设计为带有反射功能的反光罩，提高夜间对LED灯照明的利用率，降低投入成本。智能光控系统根据植物对太阳光的需求智能控制、调节仿太阳光光照强度、促进植物的光合作用，生产大量的绿色蔬菜。

参加图3，蔬菜大棚棚顶设置成20~30度倾斜，朝正南方向安装太阳能双玻组件。太阳能双玻组件连接至并网逆变器，并网逆变器连接蔬菜大棚中的用电器，同时可以和市电并网，从而实现绿色发电。蔬菜大棚用电器使用绿色能源，同时可以将发多余的电卖给国家电网，达到使用绿色能源的同时创造给多的经济价值、创造给多的绿色能源。

相比现有技术的太阳能电池组件方阵中电池组件使用普通组件（半透明薄膜电池组件）实现，其透光性能差、影响蔬菜对太阳光的吸收，本实用新型的太阳能电池组件采用了透光率极高的太阳能双玻组件、较半透明薄膜电池组件提高了50%的透光率、满足了蔬菜的光照强度。同时，太阳能双玻组件采用了独特的排布设计、合理的设计了太阳能发电和蔬菜对太阳能光吸收的比例，在保证太阳能电池发电的情况下、满足蔬菜的光照需求。现有的蔬菜大棚棚顶背光面可以采用彩钢瓦或水泥瓦做屋顶、无反光作用、大棚内容易形成阴影区，本实用新型的蔬菜大棚棚顶的内部设置反光层，充分吸收太阳光，防止阴影区的蔬菜无法照射到阳光现象的发生。现有的蔬菜大棚一般为离网型发电系统，且需外加蓄电池，增加了投资成本，且蓄电池造成了化学污染。

综上，本实用新型将太阳能光伏发电系统与蔬菜大棚结合起来，具有太阳能绿色高效发电、降低电池板组件温度、光污染低、隔热节电性能好等优点。另外，太阳能系统发出的电可以供给蔬菜大棚里面用电器的使用、同时还可以将发多余的电进行并网、卖给国家电网，实现使用绿色能源的同时创造给多的经济价值、创造给多的绿色能源。在夜间或者阴雨天时、太阳能发电系统无法正常运转、系统中的智能系统将供电方式自动却换成市电供应、充分满足蔬菜大棚负载的用电需求。所述蔬菜大棚绿色屋顶系统可以设置在任何建筑物顶部或加设在已建成的屋顶上。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，其特征在于：

包括安装于蔬菜大棚棚顶上的支架，支架上阵列设有太阳能双玻组件，太阳能双玻组件的输出端串联直流防雷汇流箱后接于并网逆变器的输入端，并网逆变器的输出端接于交流防雷配电箱的输入端，交流防雷配电箱的输入输出端与国家电网相连；

太阳能双玻组件用于将太阳能转换为直流电能，直流防雷汇流箱用于将太阳能双玻组件输出的直流电能进行汇流，通过直流防雷汇流箱内部的防雷器和与断路器后输出给并网逆变器，并网逆变器将直流电能转换为频率、相位和电压与国家电网完全相同的交流电，交流防雷配电箱用于存储并配置并网逆变器传输过来的交流电，或者接收国家电网的交流电为接于并网逆变器的交流负载用电器供电。

2.根据权利要求1所述的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，其特征在于：所述支架设于蔬菜大棚棚顶的朝阳面，蔬菜大棚棚顶的背光面铺设有反光层，该反光层设于蔬菜大棚棚顶的内部。

3.根据权利要求1所述的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，其特征在于：该太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统还包括温湿度控制系统，该温湿度控制系统包括温湿度传感器、温湿度控制器、温度调节仪和湿度调节器，温湿度传感器的输出端接于温湿度控制器的输入端，温湿度控制器的输出端接于温度调节仪的输入端和湿度调节器的输入端。

4.根据权利要求1所述的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，其特征在于：该太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统还包括光控系统，该光控系统包括光传感器、光源控制器、LED驱动器和LED灯，光传感器的输出端接于光源控制器的输入端，光源控制器的输出端接于LED驱动器的输入端，LED驱动器的输出端接于LED灯的控制端。

5.根据权利要求4所述的太阳能蔬菜大棚绿色屋顶发电系统，其特征在于：所述LED灯外设有反光罩。