CN208639229U - 一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚 - Google Patents

一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种蔬菜大棚，尤其是涉及一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，包括太阳能光伏发电系统、太阳能光热集热系统、咸水淡化系统、大棚温控系统、水暖循环系统、无土栽培蔬菜种植系统组件；所述太阳能集热系统通过高温热水管道和回水管道与咸水淡化系统连接，所述咸水淡化系统通过淡水出水管道与水暖循环系统连接以实现热水能量循环利用。因此，本实用新型具有如下优点：“咸水淡化”和“光伏大棚”结合实现能量的二次循环利用，节能高效；咸水淡化后的淡水用于无土栽培，节水环保无污染。

Description

一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚
技术领域
本实用新型涉及一种蔬菜大棚，尤其是涉及一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚。
背景技术
在太阳能资源充足，且土壤不够肥沃、蔬菜资源短缺，以及淡水资源匮乏的地区，蔬菜和淡水是极为重要的需求。传统的光伏蔬菜大棚主要利用了太阳能光伏发电技术和蔬菜大棚控制技术，为该类地区居民提供蔬菜，但是此类大棚未能满足居民对淡水的需求，同时没有考虑该地区土壤贫瘠的特点；现阶段的一些方案是蔬菜大棚无土栽培和咸水淡化独立进行，由此并未充分利用蔬菜大棚的太阳余热，能源利用效率不高。因此，急需一种能够将无土栽培的蔬菜大棚和咸水淡化两个太阳能利用环节有效整合、实现能量梯级循环利用的大棚技术来同时为居民提供蔬菜和淡水。
实用新型内容
本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种结构简单、循环用能、节能高效，结合低温多效咸水淡化技术，太阳能光伏发电技术，无土栽培技术，大棚温度控制技术等在内的蔬菜大棚系统。不同于现有的在淡水资源充沛地区的大棚，此大棚充分实现咸水淡化后的水循环利用，将太阳能通过咸水淡化后的水循环同样循环在大棚体系内，实现能源的梯级循环利用。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，包括太阳能光伏发电系统(11)、太阳能光热集热系统(12)、咸水淡化系统(13)、大棚温控系统(14)、水暖循环系统(15)、无土栽培蔬菜种植系统(16)；
所述太阳能光伏发电系统(11)通过电力传输线与大棚温控系统 (14)和咸水淡化系统(13)连接；所述太阳能光热集热系统(12) 通过高温热水管道和回水管道与咸水淡化系统(13)连接；所述咸水淡化系统(13)通过淡水出水管道与水暖循环系统(15)连接；所述水暖循环系统通过水循环管道与无土栽培蔬菜种植系统(16)连接；大棚温控系统(14)与水暖循环系统(15)连接以对其进行控制；所述太阳能光伏发电系统(11)通过并网逆变器和电力传输线与电网连接。
所述太阳能光伏发电系统(11)包括太阳能电池组件、调节控制器、并网逆变器、光伏阵列防雷汇流箱；太阳能电池组件通过光伏阵列防雷汇流箱与并网逆变器连接，调节控制器与并网逆变器连接以对光伏发电进行调节控制。
所述太阳能光热集热系统(12)为真空管集热。
所述咸水淡化系统(13)包括闪蒸发生器系统、储热系统、低温多效海水淡化系统和电辅/冷却系统；太阳能光热集热系统与储热系统相连接，储热系统进行热力存储和释放，太阳能光热集热系统、储热系统分别与闪蒸器相连接，闪蒸器与低温多效海水淡化系统连接；电辅/冷却系统与低温多效海水淡化系统相连接。
所述大棚温控系统(14)包括单片机、温湿度传感器、温湿度控制模块；温湿度传感器与单片机相连接，单片机与温湿度控制模块连接，温湿度控制模块控制水暖循环系统(15)中水暖循环管道的水流状态。
所述水暖循环系统(15)包括水暖循环管道；管道加热管布置形式为螺旋式，管道材料选用耐热增强聚乙烯管。
所述无土栽培蔬菜种植系统(16)采用协和式水培方式。
太阳能光伏发电系统(11)包括光伏变电站(1)、太阳能光伏电池板(9)，所述水暖循环系统(15)包括水暖循环管道(4)、淡水储水箱(8)，所述咸水淡化系统(13)包括咸水箱(5)、咸水淡化装置 (6)，所述太阳能光热集热系统(12)包括集热器(7)；
所述太阳能光伏板(9)与变电站(1)相连接，光伏发电经逆变并网；所述集热器(7)与咸水淡化装置(6)连接，集热器(7)为咸水淡化装置(6)提供热能；所述咸水箱(5)与咸水淡化装置(6) 连接，将咸水输送到咸水淡化系统；所述咸水淡化装置(6)与地暖管道(4)相连接，将咸水淡化得到的中高温淡水通过管道在地暖中循环给温室大棚供暖；所述淡水储水箱(8)与水暖循环管道(4)连接，淡水储水箱(8)将水暖循环管道(4)中的淡水储存并利用；所述淡水储水箱(8)与无土栽培蔬菜种植系统(16)中的无土栽培管道连接，为无土栽培提供淡水。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
(1)“咸水淡化”和“光伏大棚”巧妙结合，实现能量的二次循环利用，达到节能目的。
(2)综合运用太阳能电池板实现自我供能，运用自动控制系统实现自我控制，运用低温多效蒸馏技术实现咸水淡化自我供水，形成高度智能化自治系统。
(3)利用管道建设实现水循环和暖气循环，实现蔬菜大棚的温度和湿度的调节，利用无土栽培技术实现无土栽培蔬菜的供水和营养循环，环保无污染。
附图说明
图1是本实用新型的光能大棚结构示意图。
图2是本实用新型的光能大棚系统功能示意图。
图中，1-光伏变电站、2-通气孔、3-墙体、4-水暖循环管道、5- 咸水箱、6-咸水淡化装置、7-集热器、8-淡水储水箱、9-太阳能光伏电池板、10-钢架；
11-太阳能光伏发电系统、12-太阳能光热集热系统、13-咸水淡化系统、14-大棚温控系统、15-水暖循环系统、16-无土栽培蔬菜种植系统。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例：
参见图1，本实用新型包括光伏变电站1、通气孔2、墙体3、地暖管道4、咸水箱5、咸水淡化装置6、集热器7、淡水储水箱8、太阳能光伏板9、钢架10。太阳能光伏板(9)与变电站(1)相连接，光伏发电经逆变并网。集热器(7)与咸水淡化装置(6)连接，(7) 为(6)提供热能；咸水箱(5)与咸水淡化装置(6)连接，将咸水输送到咸水淡化系统。咸水淡化装置(6)与地暖管道(4)相连接，将咸水淡化得到的中高温淡水通过管道在地暖中循环给温室大棚供暖；淡水储水箱(8)与水暖循环管道(4)连接，(8)将(4)中的淡水储存并利用；淡水储水箱(8)与无土栽培管道连接，为无土栽培提供淡水；通气孔(2)是墙体(3)上开的用于通风的通道；钢架 (10)与墙体墙体(3)相连。
参见图2，本实用新型在模块构成上包括太阳能光伏发电系统 11、太阳能光热集热系统12、咸水淡化系统13、大棚温控系统14、水暖循环系统15、无土栽培蔬菜种植系统16。
太阳能光伏发电系统11设计为4个250kw并网发电单元，每个 250kw并网发电单元配置一台250kw并网逆变器，整个系统配置4台 250kw并网逆变器(型号规格为SG250K3)，组成1MWp并网发电系统 (共8个大棚)。其中发电部分太阳能电池板选用半柔性单晶硅电池板，直径100cm；太阳能电池组件选用单块为265Wp(36v)单晶硅太阳能电池组件，经计算：560V/35V＝16，得出：每个光伏阵列可采用 16块电池组件串联，每个光伏阵列峰值工作电压：560V，开路电压： 704V，满足逆变器的工作电压范围；对于每个250KW并网发电单元，需要配置960块265Wp电池组件，组成4个光伏阵列；整个1MWp并网系统需配置3840块265Wp电池组件(型号规格为HYXMS 265W)。太阳能电池的方位角选择正南方向，倾斜角选取40度。单个电池板的尺寸是1650*992*35mm，每个大棚放468块，大棚的斜面的宽度是 13米，宽度上可以放12块，放39列，391.65＝64.35m，每列之间的间隔就是0.9米。经计算单个大棚的平均发电功率为20.61kW。
太阳能光热集热系统12的集热器选取为全玻璃真空玻璃管集热器,依据国标《GBT17581一2007》,选择结构尺寸的横双排集热器，一个集热器表面长为2m，宽为2.5m，单个集热的集热面积为5m2，有50个集热管。以青海省玉树地区作为典型，其水平面年总辐射量为6350MJ/(m2·a)，单位面积真空管集热器的集热功率为 0.188kW。
咸水淡化系统13包括闪蒸发生器系统、储热系统、低温多效海水淡化系统和电辅/冷却系统，其工作流程如下：在有太阳能辐射的时间段,若辐射强度过小,导致集热器的出口水温低于设计值tfo，则使集热系统循环加热工质水,使其温度达到tfo，阶段LT-MED系统所需热量由电辅系统提供；若辐射强度适中,则控制集热管和储热系统中热水流量,使二者混合后水温达到tfo；若福射强度过大,集热器出口水温高于设计值,则开启冷却系统将水温冷却到tfo。在无太阳能福射的时间段,低温多效蒸发海水淡化系统所需的热量来自储热水箱或电辅系统。对于本系统的低温多效蒸馏过程：效数为4，第一效的最高盐水温度选为65℃，每两效之间温差为3～4℃，产出的淡水温度为50℃。
大棚温控系统14中大棚部分主要材料采用透明覆盖材料乙烯—醋酸乙烯多功能复合膜(EVA)，拱架采用热镀锌薄壁钢管。温度控制部分采用STC89C52单片机和DHT11数字温湿度传感器配合控制大棚室内温度，温度控制在20℃以上。
水暖循环系统15的管道选用耐热增强聚乙烯管(PE-RT)，大棚管道热循环进水温度为50℃，出水温度为40℃。
无土栽培蔬菜种植系统16以种植蔬菜选用商业价值较高的甜椒。采用日本协和式水培设施，主要由种植槽、定植板、营养液循环系统、贮液池和供液控制系统等部分组成。种植槽可用硬质塑料板、木板、钢板或水泥预制件做成可拼装的镶嵌式预制块，安装时在水平的地面拼装在一起，然后再种植槽内铺上一层塑料薄膜，以便盛装营养液。定植板用密度较高的、板体较坚硬的白色聚苯乙烯板至层，厚度为2～3cm，在定植板上钻出一些放置定植杯的定植孔，定植板上定植孔的数量可根据种植作物的株行距和种植槽的宽度而定。定植杯定植杯高度约为7.5～8.0cm，杯上口径与定植孔的口径相同，杯口外沿有一宽约5mm的唇，在离杯口约1/3高度以下的部分及杯底部做成宽度约为3mm的通花状小格，以便根系能够从这些通花状小格中伸到营养液中。营养液循环系统包括供液系统和回流系统。供液系统包括供液管道、水泵和调节流量的阀门等部分组成。而回流系统包括回流管道和种植槽中的液位调节装置组成。深液流水培甜椒采取2种茬口安排：一种是第一茬在7月底8月初播种，8月底至9月初定植；第二茬在一月份播种，2～3月定植。
对实施例进行经济分析，实施例中所含2个太阳能温室蔬菜大棚每年可发电36.1万度，光伏大棚的发电结余量6.70万度电可以送往电网，按照国家分布式并网政策可获得收入6.70万元；无土栽培五每年纯利111.30万元/亩；咸水淡化的淡水收益一年28.29万元。结合成本计算，所得投资收益率为45.6％。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，包括太阳能光伏发电系统(11)、太阳能光热集热系统(12)、咸水淡化系统(13)、大棚温控系统(14)、水暖循环系统(15)、无土栽培蔬菜种植系统(16)；
所述太阳能光伏发电系统(11)通过电力传输线与大棚温控系统(14)和咸水淡化系统(13)连接；所述太阳能光热集热系统(12)通过高温热水管道和回水管道与咸水淡化系统(13)连接；所述咸水淡化系统(13)通过淡水出水管道与水暖循环系统(15)连接；所述水暖循环系统通过水循环管道与无土栽培蔬菜种植系统(16)连接；大棚温控系统(14)与水暖循环系统(15)连接以对其进行控制；所述太阳能光伏发电系统(11)通过并网逆变器和电力传输线与电网连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，所述太阳能光伏发电系统(11)包括太阳能电池组件、调节控制器、并网逆变器、光伏阵列防雷汇流箱；太阳能电池组件通过光伏阵列防雷汇流箱与并网逆变器连接，调节控制器与并网逆变器连接以对光伏发电进行调节控制。
3.根据权利要求1所述的一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，所述太阳能光热集热系统(12)为真空管集热。
4.根据权利要求1所述的一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，所述咸水淡化系统(13)包括闪蒸发生器系统、储热系统、低温多效海水淡化系统和电辅/冷却系统；太阳能光热集热系统与储热系统相连接，储热系统进行热力存储和释放，太阳能光热集热系统、储热系统分别与闪蒸器相连接，闪蒸器与低温多效海水淡化系统连接；电辅/冷却系统与低温多效海水淡化系统相连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，所述大棚温控系统(14)包括单片机、温湿度传感器、温湿度控制模块；温湿度传感器与单片机相连接，单片机与温湿度控制模块连接，温湿度控制模块控制水暖循环系统(15)中水暖循环管道的水流状态。
6.根据权利要求1所述的一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，所述水暖循环系统(15)包括水暖循环管道；管道加热管布置形式为螺旋式，管道材料选用耐热增强聚乙烯管。
7.根据权利要求1所述的一种用于咸水淡化和无土栽培的光能大棚，其特征在于，所述太阳能光伏发电系统(11)包括光伏变电站(1)、太阳能光伏电池板(9)，所述水暖循环系统(15)包括水暖循环管道(4)、淡水储水箱(8)，所述咸水淡化系统(13)包括咸水箱(5)、咸水淡化装置(6)，所述太阳能光热集热系统(12)包括集热器(7)；
所述太阳能光伏电池板(9)与变电站(1)相连接，光伏发电经逆变并网；所述集热器(7)与咸水淡化装置(6)连接，集热器(7)为咸水淡化装置(6)提供热能；所述咸水箱(5)与咸水淡化装置(6)连接，将咸水输送到咸水淡化系统；所述咸水淡化装置(6)与水暖循环管道(4)相连接，将咸水淡化得到的中高温淡水通过管道在地暖中循环给温室大棚供暖；所述淡水储水箱(8)与水暖循环管道(4)连接，淡水储水箱(8)将水暖循环管道(4)中的淡水储存并利用；所述淡水储水箱(8)与无土栽培蔬菜种植系统(16)中的无土栽培管道连接，为无土栽培提供淡水。
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