CN215346107U - 一种便于维护的整体化光伏农业大棚 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便于维护的整体化光伏农业大棚，包括大棚本体和光伏发电系统，大棚主体包括棚体和设置于棚体内的负载设备，棚体由墙体、钢结构支架和透光膜组成，负载设备包括水泵、植物补光灯、换气扇和暖风机，光伏发电系统由柔性太阳能光伏板、与其顺序连接的MPPT控制器、储能装置和逆变器模块组成，柔性太阳能光伏板输出的电流经过MPPT控制器将电能储存在储能装置内，也可直接通过逆变器模块给棚体内负载设备供电。柔性太阳能光伏板安装于钢结构支架上，能满足各个时间段太阳光能的吸收的并便于后期维护；MPPT控制器提高光电转化效率，逆变器实现对光伏发电的多功能控制、植物的补光、通风和升温，实现智能化管理。

Description

一种便于维护的整体化光伏农业大棚

技术领域

本实用新型属于农业温室大棚技术领域，具体涉及一种光伏农业大棚，特别涉及一种便于维护的整体化光伏农业大棚。

背景技术

目前，国内光伏农业发展前景良好，未来可期，太阳能农业发展既解决了光伏产业与农业发展之间的矛盾，也解决了我国现代农业发展后劲不足的问题，使传统农业获得了新生。同时，将光伏产业应用于农业，不仅推动了光伏产业的发展，还解决了光伏产业遇到的难题，因此，发展光伏农业可以实现光伏产业与现代农业真正意义上的“双赢”。

随着光伏发电转换效率的提高，光伏农业大棚项目也在有序的推进，越来越多的地区对光伏农业大棚项目更加重视。为充分利用土地资源和地理条件，来提高农作的生产效率，降低种植成本，避免因不懂管理而造成的经济损失，提高农业大棚智能化管理。

但是，现有光伏农业大棚项目的建设存在利用率较低，且难以实现光伏电站和农业大棚同时建设等问题，从而使得降低土地利用率，且不能实现智能化管理等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种便于维护的整体化光伏农业大棚，以解决现有光伏农业大棚难维护、智能化低，且光伏电站和农业大棚无法同时建设的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：包括大棚本体和光伏发电系统；

其中，所述大棚主体由棚体和设置于棚体内的负载设备组成；所述棚体由墙体9、安装于墙体9一侧的钢结构支架3和位于钢结构支架3上方的透光膜组成；所述负载设备包括水泵1、多个植物补光灯2、多个换气扇7和多个暖风机8；所述换气扇7和暖风机8均安装在棚体前后两端；所述水泵1安装在墙体9上；所述植物补光灯2安装在与墙体9相对的另一侧钢结构支架3上；

所述光伏发电系统由多块柔性太阳能光伏板6、安装在墙体9上的MPPT控制器和储能装置以及与负载设备相连的逆变器模块组成；所述多块柔性太阳能光伏板6铺设在所述棚体顶部的钢结构支架3上，形成光伏阵列；所述柔性太阳能光伏板6与MPPT控制器、储能装置和逆变器模块顺序连接，柔性太阳能光伏板6输出的电流经过MPPT控制器将电能储存在储能装置内，也可直接通过逆变器模块给棚体内负载设备供电。

进一步地，所述换气扇7为4个，分为2组对称安装在棚体前后两端的钢结构支架3上，且换气扇7与透光膜无缝衔接。

进一步地，所述暖风机8为2个，前后各设置1个，位于大棚底部。

进一步地，所述与墙体9相对的另一侧钢结构支架3包括高度可调的钢支架，其上安装间隔安装多个植物补光灯2。

进一步地，所述柔性太阳能光伏板6能够根据钢结构支架3的弯曲度进行任意的弯曲，以保证与钢结构支架3的紧密结合。

进一步地，所述柔性太阳能光伏板6的正负极接在MPPT控制器的两端，当无负载时，柔性太阳能光伏板6通过光电效应将光能转化为直流电，通过MPPT控制器将电能储存在储能装置内；当有负载设备时，MPPT控制器直接将电能通过逆变器模块传送给负载设备。

更进一步地，所述MPPT控制器通过充放电控制电路控制储能装置的充放电。

更进一步地，所述柔性太阳能光伏板6输出的电能通过逆变器模块的升压电路、采样电路和逆变电路，升压至220V交流电。

进一步地，本实用新型便于维护的整体化光伏农业大棚，还包括安装在墙体9上的储水箱4。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型便于维护的整体化光伏农业大棚，柔性太阳能光伏板安装于钢结构支架上，能够满足各个时间段太阳光能的吸收的同时便于后期维护；

2、采用MPPT控制器提高光电转化效率，逆变器实现对光伏发电的多功能控制、农业大棚内植物的补光、通风和升温等需求，以实现大棚的智能化管理，彻底解决了难维护和智能化低等问题；

3、提高了光伏农业大棚的利用率和使用率显著提高，可保证发电系统不影响大棚的其他施工影响，从而实现是光伏效益和农业效益的两者综合收益均实现最大化；

4、系统发热少，占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了低热负荷和生产空间小型化；此外，其特强的耐用性也降低了运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本实用新型便于维护的整体化光伏农业大棚的结构示意图；

图2本实用新型便于维护的整体化光伏农业大棚的侧视图；

图3本实用新型光伏发电系统结构图；

图4推挽式升压电路；

图5输出电压检测电路；

图6输出电流检测电路；

图7全桥功率输出驱动电路；

图8高速光耦隔离电路。

图中，1.水泵 2.植物补光灯 3.钢结构支架 4.储水箱 5.锂电池 6.柔性太阳能光伏板 7.换气扇 8.暖风机 9.墙体。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图2所示，本实用新型便于维护的整体化光伏农业大棚，包括大棚本体和光伏发电系统。

其中，所述大棚主体由棚体和设置于棚体内的负载设备组成。所述棚体由墙体9、安装于墙体9右侧的钢结构支架3和位于钢结构支架3上方的透光膜组成。所述钢结构支架3上端埋藏在墙体内部，用水泥固定，透光膜采用玻璃胶水镶嵌在钢结构支架3的凹槽之内，保证其密封性。

所述钢结构支架3为横竖钢结构支撑。所述负载设备包括水泵1、多个植物补光灯2、多个换气扇7和多个暖风机8。

所述多个换气扇7安装在棚体前后两端，用于与外界通风的换气扇7。具体地，所述换气扇7为4个，分为2组对称安装在棚体前后两端的钢结构支架3上，且换气扇7与透光膜无缝衔接。

所述多个暖风机8也安装在棚体前后两端。具体地，所述暖风机8为2个，前后各设置1个，位于大棚底部，用于调节棚内温度。

所述水泵1安装在棚体左侧墙体9上，且左侧墙体9上还装有储水箱4。

所述棚体右侧钢结构支架3包括可调节钢支架，其上安装多个植物补光灯2。所述植物补光灯2的个数视棚体长短和具体种植情况而定。本发明植物补光灯2能够对植物进行智能补光，植物补光灯波长类型丰富、正好与植物光合作用和光形态建成的光谱范围吻合；频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱；可以集中特定波长的光均衡地照射作物；不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分。本发明在提高光伏发电效率的同时还对大棚本体进行了改进，对棚体内部增设植物补光设计，以实现大棚的智能化管理，彻底解决了难维护和智能化低等问题，可保证发电系统不影响大棚的其他施工影响，从而实现是光伏效益和农业效益的两者综合收益均实现最大化。

所述光伏发电系统由多块柔性太阳能光伏板6、安装在墙体9上的MPPT控制器和储能装置以及逆变器模块组成。

所述多块柔性太阳能光伏板6铺设在所述棚体顶部的钢结构支架3上，形成光伏阵列，便于对其进行维护。所述柔性太阳能光伏板6能够根据钢结构支架3的弯曲度进行任意的弯曲，以保证与钢结构支架3的紧密结合。

所述柔性太阳能光伏板6与MPPT控制器、储能装置和逆变器模块顺序连接。所述MPPT控制器用于充放电控制。所述逆变器模块与负载设备相连。所述柔性太阳能光伏板6输出的电流经过MPPT控制器将电能储存在储能装置内，也可直接通过逆变器模块给棚体内负载设备供电。

具体地，所述柔性太阳能光伏板6的正负极接在MPPT控制器的两端，当无负载时，柔性太阳能光伏板6通过光电效应将光能转化为直流电，通过MPPT控制器将电能储存在储能装置内；当有负载设备时，MPPT控制器直接将电能通过逆变器模块传送给负载设备。本发明柔性太阳能光伏板6输出的电能通过逆变器模块升压至220V交流电，用于给大棚主体的负载设备供电。

因为，光伏阵列的发电功率易受大棚负载启停影响，具有较大的功率波动。所以，由MPPT控制器对其进行智能控制，根据柔性太阳能光伏板6、储能装置的容量和负载端的情况，实现发电效率最大化。

具体地，本发明所述储能装置为锂电池5组。

如图3所示，本实用新型MPPT控制器的充放电控制电路，采用的是现有技术中最先进的MPPT控制算法即“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking)的方法，使系统能够以最高的效率对蓄电池充电。

本实用新型逆变器模块的逆变电路采用的是先升压后逆变的电路设计方法，最后实现稳定的220V交流电的输出，其中涉及升压电路、采样电路和逆变电路，具体如下。

升压电路：升压电路中采用的是脉宽调制器产生两路PWM波，交替控制功率开关管工作，向二次侧传输能量。输出控制信号送到脉宽调制器形成闭环回路，调节两路PWM占空比，保持输出电压稳定。采用如图4所示的升压电路，根据逆变器500W设计需求，Q1和Q2为大功率场效应三极管，S-A与S-B为两路PWM控制信号，分别控制Q1与Q2两个开关管。

采样电路：在采样电路设计中，使用光耦隔离器件进行电流电压采样。对340V输出电压电流检测电路进行设计时，应选取合适的分压电阻以及电流采样电阻，同时应考虑到线性光耦8倍放大关系以及STM32内部A/D转换器参考电压2.5V。当输出电压340V时，电压检测电路输出为1.38V,在基准电压范围内且留有一定的电压余量，满足设计需求。输出电压检测电路如图5所示。

逆变电路：使用半桥驱动芯片分别驱动两个半桥，组成如图7所示全桥功率输出驱动电路。STM32微控制器产生正负两个半周SPWM信号，SPWM控制信号控制半桥驱动芯片驱动功率开关实现SPWM的正负半周功率输出，输出电流能力与开关管的特性参数相关。驱动电路如图7所示。为了实现SPWM信号3.3V电平到12V电平的转换，同时控制器信号与高压侧电气隔离，采用高速光耦设计如图8所示SPWM控制信号隔离电路，使用+3.3V系统电源VCC提供发光二极管导通电流，输出侧采用辅助电源12V供电。

工作原理：

当天气比较好，有阳光的时候，无负载设备介入时，MPPT控制器将柔性太阳能光伏板6发的电首先用来给锂电池5充电，MPPT控制器能够自动识别锂电池5是否达到饱和，自动调整充电电压和电流；有负载设备介入时，MPPT控制器自动切换控制模式，通过逆变器模块给水泵1、换气扇7、暖风机8供电，使其正常运转，对大棚本体内植物进行智能化补给。

当天气不良时，锂电池5将作为电源，MPPT控制器将锂电池5的电能通过逆变器模块传送给植物补光灯2，进行科学合理的对植物进行补光，使其生长不受影响提高农作物产量。

整个系统的应用，能够充分现有大棚资源，并且柔性太阳能光伏板6可弯曲度较好，能够与现有大棚结构紧密结。系统充分利用柔性太阳能光伏板6的电能，既能为植物进行科学的补光，以及给储能设备充电，同时提高了土地的利用率，比单纯的农业大棚利用更加多样且实用，能够大大促进光伏产业在农业生产中的应用，减少了石化能源的消耗，更加绿色环保，产品的寿命更长，使用寿命可达几十年。MPPT控制器能够将柔性太阳能光伏板发的电最大限度的提供给负载设备和储能装置，其综合利用率可达到90％以上。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：包括大棚本体和光伏发电系统；

其中，所述大棚主体由棚体和设置于棚体内的负载设备组成；所述棚体由墙体(9)、安装于墙体(9)一侧的钢结构支架(3)和位于钢结构支架(3)上方的透光膜组成；所述负载设备包括水泵(1)、多个植物补光灯(2)、多个换气扇(7)和多个暖风机(8)；所述换气扇(7)和暖风机(8)均安装在棚体前后两端；所述水泵(1)安装在墙体(9)上；所述植物补光灯(2)安装在与墙体(9)相对的另一侧钢结构支架(3)上；

所述光伏发电系统由多块柔性太阳能光伏板(6)、安装在墙体(9)上的MPPT控制器和储能装置以及与负载设备相连的逆变器模块组成；所述多块柔性太阳能光伏板(6)铺设在所述棚体顶部的钢结构支架(3)上，形成光伏阵列；所述柔性太阳能光伏板(6)与MPPT控制器、储能装置和逆变器模块顺序连接，柔性太阳能光伏板(6)输出的电流经过MPPT控制器将电能储存在储能装置内，也可直接通过逆变器模块给棚体内负载设备供电。

2.根据权利要求1所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述换气扇(7)为4个，分为2组对称安装在棚体前后两端的钢结构支架(3)上，且换气扇(7)与透光膜无缝衔接。

3.根据权利要求1所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述暖风机(8)为2个，前后各设置1个，位于大棚底部。

4.根据权利要求1所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述与墙体(9)相对的另一侧钢结构支架(3)包括高度可调的钢支架，其上安装间隔安装多个植物补光灯(2)。

5.根据权利要求1所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述柔性太阳能光伏板(6)能够根据钢结构支架(3)的弯曲度进行任意的弯曲，以保证与钢结构支架(3)的紧密结合。

6.根据权利要求1所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述柔性太阳能光伏板(6)的正负极接在MPPT控制器的两端，当无负载时，柔性太阳能光伏板(6)通过光电效应将光能转化为直流电，通过MPPT控制器将电能储存在储能装置内；当有负载设备时，MPPT控制器直接将电能通过逆变器模块传送给负载设备。

7.根据权利要求6所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述MPPT控制器通过充放电控制电路控制储能装置的充放电。

8.根据权利要求6所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：所述柔性太阳能光伏板(6)输出的电能通过逆变器模块的升压电路、采样电路和逆变电路，升压至220V交流电。

9.根据权利要求1所述的一种便于维护的整体化光伏农业大棚，其特征在于：还包括安装在墙体(9)上的储水箱(4)。

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