TW201505539A - 節能型植物栽培系統 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種節能型植物栽培系統，包括第一電源、植物栽培設備、第二電源以及儲電單元。第一電源係為來自於太陽能或風力發電系統所產生之第一電力，第二電源係為市電所提供之第二電力。該第一電源係先將該第一電力儲存於該儲電單元，待該儲電單元飽和後傳送至該植物栽培設備，以供應該植物栽培設備所需之電力。若是第一電源不足以供應植物栽培設備之用電，則轉換由該第二電源或儲電單元輸出電力予該植物栽培設備。

Description

節能型植物栽培系統

本發明係關於一種植物栽培系統之設計，特別是關於一種可減少能源消耗之節能型植物栽培系統。

農業生產受到環境條件影響甚大，尤其是氣候條件與土壤資源，該些環境條件係伴隨著農作物品種及耕作模式而有不同的影響程度，其中，又以氣候條件的變化對於農業的生產力、穩定性和耕作制度的影響最大。然而，台灣位於亞熱帶氣候，加上近年來全球暖化，導致台灣地區的氣候有可能變為高溫及冬乾夏濕的氣候型態，進而影響農作物生長。

因此，為了有效提高每單位面積的生產效率，以及降低環境因素對農作物所造成的影響，集約式耕作系統將成為未來精緻化農業發展的走向之一。而「植物工廠」即是精緻化農業的最佳代表，其運作模式於台灣不管是土地利用或是氣候，都十分適合。

在公告號第I332819號的台灣專利案中，揭示了一種植物立體栽培塔，其具有一向上發展成多數個疊層空間用以栽培植物小苗的塔台結構體，植物小苗沿其進口推進經 疊層空間熟成再輸送至出口採收，形成多數個連貫的植物生產線。其中，在無人參與決策過程下，經由一控制單元的設定反饋成控制信號，以在生長期間控制一水泵裝置定時定量補充培養液，控制一光源裝置在光照不足時補光，控制若干垂直輸送裝置及若干水平推進裝置將植物小苗從進口向出口方向推進。如此，能以最小的土地成本、最少的人力需求，以達到最大的經濟效益。

在上述的專利案中，利用多層的層疊空間的塔台結構體栽培植物小苗可以有效減少植物公廠對於土地成本以及人力的需求，但是，栽培塔依然仰賴市電作為主要的電力來源，以供應栽培塔所需之電能。而且，該專利案具有垂直輸送機構能夠將栽種有植物小苗的栽培槽自進口輸送至各疊層，以及具有能夠將栽培槽長度方向兩端均衡配置的平移機構，再加上該栽培塔該能夠定時定量補充栽培液，並且在光源不足時即時提供光源，使得該栽培塔必須耗費大量的電能方能維持該栽培塔的正常運作。

因此，如何能夠解決栽培工廠對於能源過度消耗的問題實已成為本領域的技術人員亟欲解決的課題。

緣此，本發明之目的是提供一種節能型植物栽培系統，係利用再生能源作為主要電力來源，以減少電能的消耗。

本發明之植物栽培系統包括第一電源、植物栽培設備、儲電單元以及第二電源。第一電源用以接收太陽能或 風力而輸出第一電力；植物栽培設備之內部具有複數層用以栽種植物之植物栽培板，該植物栽培設備電性連接該第一電源，以接收該第一電源所輸出之第一電力，且該植物栽培設備具有至少一可透光之側壁，用以供監控人員從該側壁觀察該植物栽培設備內部之植物的生長情形；第二電源電性連接該植物栽培設備，用以輸出第二電力予該植物栽培設備；儲電單元分別電性連接於該第一電源、該植物栽培設備及該第二電源，用以分別接收並儲存該第一電源所輸出之第一電力或該第二電源所輸出之第二電力，且於該第一電力或該第二電力不足時，提供第三電力予該植物栽培設備。

由上可知，在相同耗電量的前提下，本發明之節能型植物栽培系統係由太陽能或風力所輸出之第一電力作為主要之電力來源，相較於習知採用市電作為主要電力來源，本發明具有較少的能量消耗，而且，可以將多餘的電能反饋予市電，以於必要時供應予其他負載。

再者，本案除了再生能源以及市電提供電力之外，還可由儲電單元供應第三電力。換言之，本案具有三種不同的電力來源，可提供足夠的電力予植物栽培設備，在對於植物栽培設備的電力的供應上不至於有電力不足之情況。

1‧‧‧節能型植物栽培系統

10‧‧‧第一電源

11‧‧‧植物栽培設備

111‧‧‧栽培板

112‧‧‧植物

12‧‧‧儲電單元

13‧‧‧第二電源

14‧‧‧第一轉換單元

15‧‧‧雙向電源轉換器

16‧‧‧第二轉換單元

17‧‧‧無線感測節點

18‧‧‧閘道器

19‧‧‧監控系統

S11~S16‧‧‧步驟

S21~S25‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之系統方塊示意圖；第2圖係為本發明之植物栽培設備示意圖；第3圖係為本發明之無線感測節點感測植物栽培設備 示意圖；第4圖係為本發明之第一電源輸出第一電力之方塊流程圖；及第5圖係為本發明之第二電源輸出第二電力之方塊流程圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

參閱第1圖，其係為本發明之系統方塊示意圖。如圖所示，本發明之節能型植物栽培系統1包括第一電源10、植物栽培設備11、儲電單元12以及第二電源13。

第一電源10用以輸出第一電力，植物栽培設備11電性連接該第一電源10，用以接收來自於該第一電源10之第一電力，而該第一電力係供應予該植物栽培設備11，以供應該植物栽培設備11所需之電力。儲電單元12分別電性連接該第一電源10與該植物栽培設備11，用以接收來自於該第一電源10之第一電力並予以儲存。

本發明所述之第一電源10係為太陽能發電或是風力發電等再生電源，而該第一電源10所輸出之第一電力係為太陽能發電或是風力發電所產生之電力。本發明之節能型植物栽培系統1的特徵在於利用第一電源10所輸出之第一電力作為植物栽培設備11之主要電力來源，而第一電源10所輸出之第一電力會先儲存於儲電單元12，待該儲電單 元12的電力充飽之後，其餘的第一電力會傳送予植物栽培設備11，以供應植物栽培設備11所需之電能。

第一電源10無論是太陽能發電或是風力發電，其輸出之第一電力係為交流電，而儲電單元12所儲存之電力係為直流電源。因此，必須於第一電源10與儲電單元12之間裝設第一轉換單元14，用以將交流電形式之第一電力轉換為直流電形式。再者，第一電力在經過交直流轉換之後，雖然可儲存於儲電單元12，但為保護儲電單元12，在第一轉換單元14與儲電單元12之間更設置有雙向電源轉換器15，用以將轉換為直流電後之第一電力予以降壓，然後將降壓之後之第一電力儲存於該儲電單元12，以在該第一電源10或第二電源13無法供應植物栽培設備11時，由該儲電單元12輸出電力予該植物栽培設備11。

第二電源13電性連接該植物栽培設備11，用以輸出第二電力供應予植物栽培設備11。而且，若第二電源13之第二電力供應植物栽培設備11的運轉仍有剩餘之電力時，可將剩餘之電力傳送予儲電單元12並儲存。

其中，在本案中所述之第二電源13係為市電，用以輸出交流電之第二電力予植物栽培設備11，並將多餘電力儲存於儲電單元12。但是，由於來自於市電之第二電力係為交流電，而儲電單元12所儲存之電力係為直流電，因此於第二電源13與儲電單元12之間更設置有第二轉換單元16，用以將來自於第二電源13之交流形式之第二電力轉換為直流電形式，然後經過雙向電源轉換器15降壓之後儲存 於該儲電單元12。

須說明者，在本發明中，第一電源10所輸出之第一電力係先傳送予儲電單元12儲存，因此，第一轉換單元14會將所有第一電源10所輸出之第一電力轉換為直流電，並經由雙向電源轉換器15降壓之後儲存於儲電單元12。待儲電單元12充飽後，本發明會將剩餘之第一電力傳送予植物栽培設備11。惟，該植物栽培設備11係仰賴交流電作為電力來源。因此第二轉換單元16會將來自於雙向電源轉換器15之直流電力再次轉換為交流電，並傳送予植物栽培設備11，以供應植物栽培設備11所需之電力，若是該第一電力經過植物栽培設備11的使用仍有剩餘之電力，則本發可將該剩餘之電力回饋予第二電源13，以供應其他負載所需之電力。

本發明之節能型植物栽培系統1係以太陽能發電或風力發電所供應之第一電源10作為主要電力來源，而將市電之第二電源13作為次要電源，相較於習知植物工廠利用市電作為主要電力來源，本發明減少無謂的能源消耗，而且該第一電力除了可供儲電單元12儲存，以及植物栽培設備11的使用之外，更可將多餘之電力回饋予第二電源13，有效地將第一電源10之第一電力完全利用。

再者，由於本發明的電力來源除了第一電力與第二電力之外，還包括有儲電單元12。若是第一電源10之第一電力無法提供植物栽培設備11運轉時所需之電能，或是完全沒有第一電源10的情況下，可由第二電源13供應第二 電力予植物栽培設備11，儲電單元12可作為輔助電源。反之，若是第二電源13之第二電力亦無法提供植物栽培設備11運轉時所需之電能，或是完全沒有第二電源13輸出的情況下，本發明可由第一電源10供應植物栽培設備11，儲電單元12可作為輔助電源。即使第一電源10與第二電源13皆無法供應植物栽培設備11運轉所需之電能，可立即切換由儲電單元12輸出第三電力供應該植物栽培設備11。

至於儲電單元12的第三電力的供應方式係先由雙向電源轉換器15先將儲電單元12所輸出的第三電力升壓，並傳送予第二轉換單元16，由第二轉換單元16轉換為交流電，傳送予植物栽培設備11使用。

請一併參閱第2圖，其係為本發明之植物栽培設備示意圖。如圖所示，在本發明之一實施例中，節能型植物栽培系統1係採用便利商店之冷藏櫃作為植物栽培設備11。植物栽培設備11內部具有複數層栽培板111，用以栽培花卉或是蔬果等植物112。相較於習知的植物工廠，冷藏櫃的體積較小，因此在針對植物栽培設備11的內部進行溫度調節時所花費的時間較短，而且由於冷藏櫃體積小，監控人員也容易掌控植物栽培設備11內部整體空間的溫度、濕度等各種植物生長環境因素的變化。

再者，由於冷藏櫃之一側壁係為玻璃門，藉由該玻璃可透光之特性，監控人員可隨時從玻璃門外觀察植物栽培設備11內部的植物112的生長情形。

須說明者，由於冷藏櫃體積小，環境因素容易掌控，且具有玻璃門可觀查冷藏櫃內部情況，因此在本案中係以冷藏櫃作為植物栽培設備11的實施方式之說明，但是並不以此為限，舉凡在其他形式的密閉空間中，皆可作為本發明所述之植物栽培設備11。

請參閱第3圖，其係為本發明之無線感測節點感測植物栽培設備示意圖。本發明之節能型植物栽培系統1可在植物栽培設備11設置複數個無線感測節點17，用以監控該植物栽培設備11內部的植物112的植物生長環境。

如圖所示，複數個無線感測節點17係分佈於該植物栽培設備11，用以感測植物112在該植物栽培設備11內部之空氣條件、光源、水分、養分以及氣體等各種植物生長環境的變化，並且將感測結果傳送予閘道器18，再經由閘道器18傳送予監控系統19，使得監控人員除了可從植物栽培設備11之玻璃門觀察植物112的生長情形之外，更可透過監控系統19得知來自於無線感測節點17的感測結果。必要時，監控人員可對監控系統19進行操作，以針對植物栽培設備11中的特定區域的燈光、空氣、水分或養分進行控制，亦可針對單一栽培板111，亦或是植物栽培設備11的整體進行控制，至於監控系統19對於植物栽培設備11中的燈光、空氣、水分或養分的具體控制方式為本領域具有通常知識者所熟知，故不在此多作贅述。

請參閱第4圖，係為本發明之第一電源輸出第一電力之方塊流程圖。本發明之第一電源在輸出第一電力時係包 含下列步驟：步驟S11，由第一電源輸出第一電力，接著進入步驟S12。於步驟S12中，係將交流電之第一電力轉換為直流電，接著進入步驟S13。於步驟S12中，係對直流電之第一電力進行降壓，接著進入步驟S14。於步驟S14中，係將降壓後之第一電力儲存於儲電單元，接著進入步驟S15。於步驟S15中，係將該直流電之第一電力轉換為交流電之第一電力，接著進入步驟S16。於步驟S16中，係將該交流電之第一電力傳送予植物栽培設備。

請參閱第5圖，係為本發明之第二電源輸出第二電力之方塊流程圖。本發明之第二電源在輸出第二電力時係包含下列步驟：步驟S21，由第二電源輸出第二電力，接著進入步驟S22。於步驟S22中，係由植物栽培設備接收該第二電力，以供應該植物栽培設備所需之電能，接著進入步驟S23。於步驟S23中，係將交流電之第二電力轉換為直流電之第二電力，接著進入步驟S24。於步驟S24中，係對直流電之第二電力進行降壓，接著進入步驟S25。於步驟S25中，係將降壓後之第二電力儲存於儲電單元。

上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本領域中具有通常知識者均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。

1‧‧‧節能型植物栽培系統

10‧‧‧第一電源

11‧‧‧植物栽培設備

12‧‧‧儲電單元

13‧‧‧第二電源

14‧‧‧第一轉換單元

15‧‧‧雙向電源轉換器

16‧‧‧第二轉換單元

Claims (10)

1. 一種節能型植物栽培系統，包括：第一電源，用以接收太陽能或風力而輸出第一電力；植物栽培設備，其內部具有複數層用以栽種植物之栽培板，該植物栽培設備電性連接該第一電源，以接收該第一電源所輸出之第一電力，且該植物栽培設備具有至少一可透光之側壁，用以供監控人員從該側壁觀察該植物栽培設備內部之植物生長情形；第二電源，電性連接該植物栽培設備，用以輸出第二電力予該植物栽培設備；儲電單元，分別電性連接該第一電源、該植物栽培設備及該第二電源，係用以分別接收並儲存該第一電源所輸出之第一電力或該第二電源所輸出之第二電力，且於該第一電力或該第二電力不足時，提供第三電力予該植物栽培設備。
2. 如申請專利範圍第1項所述之節能型植物栽培系統，其中，該植物栽培設備係為冷藏櫃，而該可透光之側壁係為玻璃門。
3. 如申請專利範圍第1項所述之節能型植物栽培系統，其中，該第一電源係為太陽能或風力之發電系統，且該第一電源所輸出之第一電力係為交流電源。
4. 如申請專利範圍第3項所述之節能型植物栽培系統，復包括第一轉換單元，電性連接於該第一電源以及該 儲電單元，用以將該第一電力轉換為直流電儲存於該儲電單元，並傳送予該植物栽培設備。
5. 如申請專利範圍第4項所述之節能型植物栽培系統，復包括第二轉換單元，分別電性連接該儲電單元與該植物栽培設備，用以將來自該第二電源之直交流電轉換為直流電並儲存於該儲電單元，或是將該儲電單元所輸出之第三電力轉換為交流電，並傳送予該植物栽培設備。
6. 如申請專利範圍第5項所述之節能型植物栽培系統，復包括雙向電源轉換器，用以將轉換為該直流電之第一電力或第二電力予以降壓，或是將該儲電單元所輸出之第三電力予以升壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之節能型植物栽培系統，復包括複數個無線感測節點，分佈於該植物栽培設備，用以監控該植物栽培設備內部的植物生長環境，並經由閘道器傳送予遠端監控裝置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之節能型植物栽培系統，其中，該植物生長環境包括空氣條件、光源、水分、養分以及氣體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之節能型植物栽培系統，其中，該第二電源係為市電，其輸出之第二電力係為交流電。
10. 如申請專利範圍第1項所述之節能型植物栽培系統，其中，該第一電力或該第二電力不足之情況係指該第 一電源或該第二電源無法供應第一電力或第二電力，或是供應之第一電力或第二電力無法提供足夠的電能供該植物栽培設備運轉。