CN215003111U - 风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置，包括光伏组件、光伏控制器、风力发电机、风机控制器、电缆、农牧业设施、换热器、PVC供热管、通风扇、超导加热棒。光伏组件安装在农牧业设施附近地面上，通过电缆与光伏控制器相连，光伏控制器安装在地面上，风力发电机安装在农牧业设施附近地面上。光伏组件和风力发电机互补发出直流电，通过电缆传送给控制器，经过控制器电流和电压控制，传给超导加热棒，超导加热棒将换热器内冷空气加热，在通风扇驱使下，热空气在PVC供热管内传送，同时不断将热量传递给周围土壤，给土壤储存热能。本装置无需蓄电池，可直接驱动加热棒，有效提高农牧业设施土壤储热的稳定性能。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏应用领域，具体涉及一种风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置。
背景技术
设施农业，包括设施种植、设施畜牧业以及设施水产业。是利用各种工程技术手段和工业化生产方式，为植物、动物生产提供适宜的生长环境，使其在经济的生长空间内，获得较高经济效益的一种高效农业。它使传统农业逐步摆脱自然束缚，走向现代工厂化农业生产、环境安全型农业生产、无毒农业的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。而且将种植业、养殖业、绿色循环、观光旅游等与当地特色进行产业融合，可走出一条有特色可持续发展的道路。
但是，我国目前设施农业水平低、抗御自然灾害能力差。90％以上的设施仍以简易型传统塑料大棚为主，有些仅具简单的防雨保温功能，抗御自然灾害能力差，不能对设施内温、光、水、肥、气等环境因子的调控，一旦受到恶劣气候条件的影响，蔬菜和畜产品产量和品质即受到严重冲击。尤其我国北方农区、城郊以及辽阔草原牧区，地处寒冷地带，每到冬季，由于温度低，传统的蔬菜大棚、牲畜舍饲大棚主要受到棚内空气温度和环境温度双重影响，给植物和动物生产带来风险，甚至被迫停产。棚内土壤温度低，是直接影响植物和动物生产的主要因素。如何在寒冷季节里，提高棚内环境温度和土壤温度，是提高温室植物和动物生产的根本措施。为此，北方菜农在大棚背后建造暖墙和地炉，用烧煤产生热量加热暖墙，提高大棚环境温度和土壤温度。但这种措施需要专人看护，占用劳动力，大大增加了生产成本；而且烧煤也造成环境污染，对棚内土壤温度提升不明显。所以，开发简易利用光伏供电加热，具有集热、蓄热和保温能力的温室势在必行。
目前国外提高温室环境温度的办法是将太阳能热量储存，有两大类型，第一类是将太阳能直接储存，主要分为三种方式：显热储存、相变储存和化学反应储存；第二类是把太阳能先转换成其它能量形式, 然后再储存, 如先转变为电能和机械能。从现有的研究来看，显热储存研究比较成熟，已经发展到商业开发水平，但由于显热储能密度低，储热装置体积庞大，有一定局限性，其它都处于研究阶段。把太阳能先转换成其它能量形式, 然后再储存, 这种技术虽已部分被用于生产上，但结构复杂，投资成本高，不便于大面积推广应用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述目前太阳能设施供热储能系统不足，根据北方农牧区气候和充足的风能太阳能再生能源，提供一种风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置，达到配套设备简易、容易拆装、加工制造过程简便之目的。
本实用新型要解决的技术问题由以下结构来实现：风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置，包括光伏组件、光伏控制器、风力发电机、风机控制器、电缆、农牧业设施、超导换热器、PVC供热管、通风扇、超导加热棒、换热器罩组成；
所述光伏组件安装在农牧业设施附近地面上，其发电功率为3～6KW，可供5×80m2面积农牧业设施热能所需。光伏组件选用多晶硅电池组件，其优势是光伏转换效率高，适合在日照充足或要求不高的北方地区使用；所述光伏组件通过电缆与光伏控制箱相连。
所述光伏控制器由金属制成，安装在地面上，采用MPPT控制原理，实现光伏组件最大功率跟踪，使光伏组件发出的电能全部消耗在电加热设备上。内部装有主控模块、接地桩。其作用是控制光伏组件产生的电流和电压，当达到额定值时，驱动换热器作业；并带有过压、欠压保护功能，当光伏组件电压低到设定值时，停止加热，直到电压恢复到设定值自动开始加热；实时显示加热功率以及光伏组件输入电压，以便计算土壤实际吸收的能量，为后来计算提供依据。
所述风力发电机安装在农牧业设施附近地面上。其发电功率为3～6KW，风力发电机采用被动偏航方式，可保持接收最大风能，并发出最大有效功率，使系统大大降低投资成本，保证系统正常运行。
所述风机控制器由金属制成，安装在地面上。内部装有主控模块，接地桩。其作用是控制风力发电机产生的电流和电压，当达到额定值时，驱动换热器作业。
所述光伏组件和所述风力发电机同时参与运行，在阴雨天无阳光或太阳光照弱产生光伏低时，由风力发电机进行补充，可确保供热系统正常供热。
所述换热器罩安装在农牧业设施附近地面以下1.5M（A）处，由钢板制成。其作用是将地下土壤中冷空气进行热交换，提高土壤中温度。所述换热器罩两端各装一个PVC供热管接口法兰，一端为进风口，另一端为出热口。
所述超导换热器安装在所述换热器罩内，超导换热器为密闭式，内部装有超导液，所述超导加热棒安装在换热器内部，其作用是加热由PVC供热管送来的冷空气。超导加热棒通过电缆与所述光伏组件控制器和所述风机控制器相连，以便获得电流产生热量，加热四周的超导液。
所述PVC供热管水平埋放在农牧业设施地面以下1.5M（A）处，一端与换热器罩进风口法兰连接，另一端与换热器出热口法兰连接，其作用是循环传输被超导换热器加热后的热气流和冷气流，并向土壤传导热量。
所述通风扇安装在PVC散热管内，其作用加速热空气流动。
观察井设在农牧业设施附近，井下装有换热器，其作用是便于维修设备。
本实用新型风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置的工作过程是：每年10月～11月份，太阳光照和风力充足时，由光伏组件和风力发电机互补发出直流电，通过电缆直接传送给控制器，经过控制器电流和电压控制，传给超导加热棒，超导加热棒将换热器内超导液迅速加热，通过换热器四周的散热片，将热能传递给换热器周围的冷空气，在通风扇驱使下，热空气在PVC供热管内进行传送，同时不断将热量传递给周围土壤，加热土壤储存热能，以供冬季越冬之目的，交换热量后的冷空气被通风扇送输回超导换热器，再次加热。
本实用新型风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置的优点在于：1.配套组件简单合理。无需蓄电池，直接由光伏组件和风力发电机通过控制器直接驱动超导加热棒和超导液，加热快；光伏组件产量大，移动安装方便，使用的发热元件超导加热棒成本低，结构简单，便于布置，不受位置限制；PVC管作为主加热源，为土壤储存供热。2.总体结构设计简易，仅需简单的操作即可实现光伏组件和风力发电机的安装或拆卸，使用简单、方便、快捷、省时省力，有效提高农牧业设施光伏发电供热系统的效率，同时增加了供暖系统稳定性能，使用可靠。比曲面槽式太阳能聚光集热器更易布置，光伏组件和风力发电机灵活易搬运。3.使用寿命长，太阳能组件、风力发电机、超导加热棒、换热器、地下埋置PVC管、风机，均为长寿命元器件，无复杂控制系统及结构，易操作，无需人工操作和调试。4.土壤温度可缓慢提高，并使设施内温度升高，便于作物和动物生长，做到跨季储能。5.环保效果好，由风光互补加热，直到管道循环，无任何污染过程。
附图说明
图1是风光互补直流供热设施农业土壤储热装置结构示意图
图2是风光互补直流供热设施农业地下加热装置示意图
图例说明
1 光伏组件 2光伏控制器 3风力发电机 4风机控制器 5电缆 6农牧业设施7超导换热器 8 PVC供热管 9通风扇 10 超导加热棒 11换热器罩 12法兰 13观察井
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面结合附图对本装置做一详细阐述，以使本装置的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为明确的界定。
如图1、图2所示，风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置，包括光伏组件1、光伏控制器2、风力发电机3、风机控制器4、电缆5、农牧业设施6、超导换热器7、PVC供热管8、通风扇9、超导加热棒10、换热器罩11、法兰12。
所述光伏组件1安装在农牧业设施6附近地面上，通过电缆5与光伏控制器2相连。
所述光伏控制器2由金属制成，安装在地面上，采用MPPT控制原理，实现光伏组件1最大功率跟踪，使光伏组件1发出的电能全部消耗在电加热设备上，内部装有主控模块、接地桩。
所述风力发电机3安装在农牧业设施6附近地面上。所述风力发电机3采用被动偏航方式，可保持接受最大风能，并发出最大有效功率，使系统大大降低投资成本，保证系统正常运行。
所述风机控制器4由金属制成，安装在地面上。内部装有主控模块、接地桩。
所述光伏组件1和所述风力发电机3同时参与运行，在阴雨天无阳光或太阳光照弱产生光伏低时，由风力发电机3进行补充，可确保供热系统正常供热。
所述换热器罩11安装在农牧业设施6附近地面以下1.5M（A）处，由钢板制成。
所述超导换热器7装在所述换热器罩11内。所述超导换热器7为密闭式，内部装有超导液，所述超导加热棒10安装在超导换热器7内部。所述超导加热棒10通过所述电缆5与所述光伏组件控制器2和所述风机控制器4相连，以便获得电流加热。
所述PVC供热管8水平埋放在农牧业设施6地面以下1.5M（A）处，一端与换热器罩11进风口法兰12连接，另一端与换热器罩11出热口法兰12连接。
所述通风扇安装在PVC散热管内，其作用加速热空气流动。
观察井13设在农牧业设施6附近，井下装有换热器罩11，其作用是便于维修设备。
Claims (2)
1.风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置，包括光伏组件(1)、光伏控制器(2)、风力发电机(3)、风机控制器(4)、电缆(5)、农牧业设施(6)、超导换热器(7)、PVC供热管(8)、通风扇(9)、超导加热棒(10)、换热器罩(11)，其特征在于：
所述光伏组件(1)安装在农牧业设施(6)附近地面上，通过电缆(5)与光伏控制器(2)相连；
所述光伏控制器(2)由金属制成，安装在地面上；
所述风力发电机(3)安装在农牧业设施(6)附近地面上；
所述风机控制器(4)由金属制成，安装在地面上；
所述换热器罩(11)安装在农牧业设施(6)附近地面以下1.5M处，由钢板制成，其两端各装一个PVC供热管接口法兰(12)，一端为进风口，另一端为出热风口；
所述超导换热器(7)安装在所述换热器罩(11)内，所述超导加热棒(10)安装在超导换热器(7)内部，超导加热棒(10)通过所述电缆(5)与所述光伏控制器(2)和所述风机控制器(4)相连；
所述PVC供热管(8)水平埋放在农牧业设施(6)地面以下1.5M处，一端通过法兰(12)与换热器罩(11)进风口连接，另一端通过法兰(12)与换热器罩(11)出风口连接；
所述通风扇(9)安装在PVC供热管(8)内。
2.如权利要求1所述的风光互补型直流供热设施农牧业土壤储热装置，其特征在于：所述风力发电机(3)采用被动偏航式。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115468207A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-12-13 | 华中科技大学 | 利用光伏发电与沙土高温储热的建筑梯级供热系统和方法 |
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- 2021-04-18 CN CN202120788299.7U patent/CN215003111U/zh active Active
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