一种植物工厂的照明系统
阅读：721发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种植物工厂的照明系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种 植物 工厂的照明系统，包括：接收室外光照的 太阳能 电池 板；输入端与 太阳能电池 板连接、恒压输出的DC-DC 电路 ；与DC-DC电路输出端连接、用于植物照明的多个 LED灯 组。本申请的照明系统直接利用太阳能，通过DC-DC电路向LED灯组输出 电能 ，使得LED灯组对 目标植物 照明。本申请舍弃了太阳能并网、存储再给LED等供电的途径，直接由太阳能供电，省去DC-AC、AC-DC的设备转换成本，降低了整个照明系统的成本；由于太阳能承担了 光源 耗能， 电网 仅需提供 植物工厂 剩余的耗能，明显供电结构更为经济。(ESM)同样的 发明 创造已同日申请发明 专利，下面是一种植物工厂的照明系统专利的具体信息内容。
1.一种植物工厂的照明系统，其特征在于，包括：
接收室外光照的太阳能电池板；
输入端与所述太阳能电池板连接、恒压输出的DC-DC电路；
与所述DC-DC电路输出端连接、用于植物照明的多个LED灯组。
2.根据权利要求1所述照明系统，其特征在于，还包括检测室外光照强度的光强检测器。
3.根据权利要求2所述照明系统，其特征在于，还包括：
根据所述室外光照强度调节所述LED灯组亮度的控制电路。
4.根据权利要求3所述照明系统，其特征在于，所述控制电路包括：
与每个所述LED灯组连接的限流电路。
5.根据权利要求2所述照明系统，其特征在于，还包括：
以目标植物的光需求曲线为基础，再根据所述室外光照强度正相关调节所述LED灯组亮度的控制电路。
6.根据权利要求1所述照明系统，其特征在于，还包括：
根据目标植物的需求调节所述LED灯组的亮度和/或波长的控制电路。
7.根据权利要求1至6任一项所述照明系统，其特征在于，还包括：
与所述DC-DC电路的输出端连接的储能电池。
8.根据权利要求7所述照明系统，其特征在于，还包括：
输入端与所述DC-DC电路的输出端连接的DC-AC电路。
9.根据权利要求8所述照明系统，其特征在于，所述DC-DC电路具体为boost电路。
10.根据权利要求8所述照明系统，其特征在于，所述DC-DC电路具体为buck电路。
一种植物工厂的照明系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及植物现代培养技术领域，特别涉及一种植物工厂的照明系统。
背景技术
[0002] 植物工厂是一种环境密闭、根据植物需求调控环境参数的植物培养方式，通常采用不透光的绝热材料做围护结构，尽可能限制系统内外空气、能量交换，使设施内的植物不受或很少受外界气候的制约，从而实现植物的周期性连续生产。
[0004] 如果不引入新能源，纯粹使用电网能量，能源成本较高，因此有人提出利用太阳能发电，并将太阳能发电功率并入电网或使用大功率储能装置存储，再从电网或储能装置中输出能源，这种方案所需设备较多，设备成本和能量损失都是不可忽视的问题。
[0005] 因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。实用新型内容
[0006] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种植物工厂的照明系统，为植物工厂提供更节能高效的照明。其具体方案如下：
[0007] 一种植物工厂的照明系统，包括：
[0011] 优选的，所述照明系统还包括检测室外光照强度的光强检测器。
[0012] 优选的，所述照明系统还包括根据所述室外光照强度调节所述LED灯组亮度的控制电路。
[0013] 优选的，所述控制电路包括与每个所述LED灯组连接的限流电路。
[0015] 优选的，所述照明系统还包括：
[0016] 根据目标植物的需求调节所述LED灯组的亮度和/或波长的控制电路。
[0017] 优选的，所述照明系统还包括：
[0018] 与所述DC-DC电路的输出端连接的储能电池。
[0019] 优选的，所述照明系统还包括：
[0020] 输入端与所述DC-DC电路的输出端连接的DC-AC电路。
[0021] 优选的，所述DC-DC电路具体为boost电路。
[0022] 优选的，所述DC-DC电路具体为buck电路。
[0023] 本实用新型公开了一种植物工厂的照明系统，包括：接收室外光照的太阳能电池板；输入端与所述太阳能电池板连接、恒压输出的DC-DC电路；与所述DC-DC电路输出端连接、用于植物照明的多个LED灯组。本实用新型的照明系统直接利用太阳能，通过DC-DC电路向LED灯组输出电能，使得LED灯组对目标植物照明。本实用新型舍弃了太阳能并网、存储再给LED等供电的途径，而是直接由太阳能供电，省去DC-AC、AC-DC的设备转换成本，降低了整个照明系统的成本；而且，由于太阳能承担了光源耗能，电网仅需提供植物工厂剩余的耗能，明显供电结构更为经济。附图说明
[0024] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本实用新型实施例中一种植物工厂的照明系统的结构分布图；
[0026] 图2为本实用新型实施例中一种DC-DC电路的结构分布图；
[0027] 图3为本实用新型实施例中另一种DC-DC电路的结构分布图；
[0028] 图4为本实用新型实施例中一种具体的植物工厂的照明系统的结构分布图；
[0029] 图5为本实用新型实施例中一种控制电路的结构分布图；
[0030] 图6为本实用新型实施例中另一种具体的植物工厂的照明系统的结构分布图。
具体实施方式
[0031] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032] 本实用新型实施例公开了一种植物工厂的照明系统，参见图1所示，包括：
[0033] 接收室外光照的太阳能电池板01；
[0034] 输入端与所述太阳能电池板01连接、恒压输出的DC-DC电路02；
[0035] 与所述DC-DC电路02输出端连接、用于植物照明的多个LED灯组03。
[0036] 具体的，植物工厂的照明系统是基于种植架构空间限制、植物不能直接获取外界光照或外界光照不足以满足植物的照明需求的情况下，独立设置的能够为每株植物提供充足光照的系统。在植物工厂中，植株被放置在种植板上，根据植物需求高度，一个种植架上可以安装多层种植板；种植板上方配置LED灯组03为植物提供光照条件，种植板下方设置营养液池，为植株提供营养元素；营养液系统除了营养液池，还包括泵、储液桶、营养液输送管道等。
[0037] 具体的，DC-DC电路02为恒压输出，具体输出电压根据需要设置，如50V，DC-DC电路02用于将太阳能电池板01输出的直流电转换为稳定幅值的直流电压，通过直流母线输出给LED灯组03。由于太阳光照不恒定，则太阳能电池板01的电压不稳定，因此DC-DC电路02具体为输入电压宽范围的DC-DC电路，其具体的元件参数需要根据具体位置太阳光照的输入电压范围进行选择。
[0038] 具体的，DC-DC电路02可以是升压电路Boost电路，如图2所示；也可以是降压电路Buck电路，如图3所示。比较DC-DC电路02的输入电压(太阳能电池板01的电压Vin)与输出电压(为LED灯组03供电的直流母线的电压Vbus)，如果多数时间输入电压小于输出电压，选择升压电路；如果多数时间输入电压大于输出电压，选择降压电路。
[0039] 以图2为例，Boost电路包括主电路和控制器：
[0041] 控制器包括电阻R1、电容C1、驱动单元以及其他辅助电路，用于检测主电路的输出电压，并将该输出电压的采样值输入到运放的反相输入端，并与运放同相输入端的预设值Vref比较，进行差分放大后输出控制信号给驱动单元，通过驱动单元输出驱动信号来控制主电路的开关管S1，使主电路输出的电压稳定在设定值。
[0042] 同理，图3的Buck电路通过相似的原理控制开关管S1的通断。
[0043] 除了上文提到的电路外，DC-DC电路02还可用其他的电路形式实现，本实施例中不作限制。
[0044] 多个LED灯组03均连接于DC-DC电路02输出端，也即直流母线两端，每个LED灯组03内包括多个LED灯珠，这些灯珠之间的连接关系可以是全部串联、全部并联或串并联等等，任何LED灯珠的连接方式均在本申请的保护范围内。
[0045] 可以理解的是，本实施例中LED灯组03接直流电压，也就是说，本实施例中使用的照明光源为直流灯，与交流灯相比，直流灯具有高节能、无频闪、光效率高等优点，更适合应用在植物工厂这种对光本身有需求的环境。
[0046] 如上所示，本实施例中的照明系统从供电源到电压转换模块再到照明灯组，均是直流的形式，与交流电网供电的照明系统明显不同，也不同于供电源为直流太阳能、需要转换并网再供电照明的方案，因此本实施例需要的设备主要用于照明，不需考虑其他由交流电网供电的交流设备，相比现有技术，本实施例的照明系统安装和使用简单专一。由于照明系统是植物工厂的主要耗能设备，当供电源为接收室外光照的太阳能电池板01，能够节省一大部分植物工厂在电网中的耗能，实际上调整了植物工厂的供能结构，利用太阳能替换一部分电网供能，使得供能结构更为清洁、高效、经济。
[0047] 本实用新型公开了一种植物工厂的照明系统，包括：接收室外光照的太阳能电池板；输入端与所述太阳能电池板连接、恒压输出的DC-DC电路；与所述DC-DC电路输出端连接、用于植物照明的多个LED灯组。本实用新型的照明系统直接利用太阳能，通过DC-DC电路向LED灯组输出电能，使得LED灯组对目标植物照明。本实用新型舍弃了太阳能并网、存储再给LED等供电的途径，而是直接由太阳能供电，省去DC-AC、AC-DC的设备转换成本，降低了整个照明系统的成本；而且，由于太阳能承担了光源耗能，电网仅需提供植物工厂剩余的耗能，明显供电结构更为经济。
[0048] 本实用新型实施例公开了一种具体的植物工厂的照明系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图4所示：
[0049] 本实施例的照明系统还包括检测室外光照强度的光强检测器04。
[0050] 可以理解的是，照明系统由太阳能电池板01供电，太阳光照具有不稳定性，因此为了更有效地利用太阳能，需要光强检测器04来了解室外光照强度，进而确定能够最大化利用太阳能的方案。
[0051] 相应的，本实施例的照明系统还包括根据所述室外光照强度所述LED灯组03亮度的控制电路05。
[0052] 具体的，所述控制电路05包括与每个所述LED灯组03连接的限流电路051。
[0054] 其中，与阻抗管S串联的采样电阻进行电流采样，并将该电流采样信号输入到集成运放的反相输入端，与同相输入端的基准信号V1比较，输出控制信号，控制阻抗管S的导通阻抗，是流过阻抗管S的电流不超过预设电流。
[0055] 在植物生长环境要求不高的植物工厂中，植物的光照需求并非定时定量，因此植物工厂的照明系统也不需要定时定量，通过配备太阳能的光照系统，将太阳能所能供给的能量随时转换为照明能量供给植物，并不会影响植物的生长。另外，设置太阳能转换来的照明亮度和太阳光强度成比例，当太阳光强度降低时，植物工厂的照明亮度也随之降低，由于植物对光照敏感度不高，并不影响植物的生长，而这种设置提高了太阳能的直接利用率，为植物工厂的照明系统降低了储能成本。
[0056] 本实用新型实施例公开了一种具体的植物工厂的照明系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
[0057] 具体的，所述控制电路05为以所述目标植物的光需求曲线为基础，再根据所述室外光照强度正相关调节所述LED灯组03亮度的控制电路05。
[0058] 可以理解的是，植物的光需求曲线与光饱和现象、光饱和点、光补偿点密切相关。当其他环境条件不变时，光照强度的变化决定着净光合作用的变化：当光照强度低于光补偿点时，植物处于消耗而无积累的状态，只有当光照强度超过光补偿点时，植物才有有机物积累；植物在超过其光饱和点的强光作用下，光合过程的超负荷反而会导致光量子的利用率降低，光合产量下降，过强的光照甚至引起光合色素和类囊体结构的破坏。可见，光照强度对植物生长发育和形态结构的建成有影响。
[0059] 因此，在一些种植要求较高的植物工厂中，目标植物的光需求曲线，应当作为控制电路05在调节LED灯组03亮度时的基础原则；至于LED灯组03亮度与室外光照强度正相关，则是为了在不超过光饱和点的情况下，使LED灯组03能尽量直接利用DC-DC电路02输出的电能照明，提高太阳能电池板01获取的室外光照的直接利用率。
[0060] 具体的，控制电路05可以直接根据光照对应表进行相应参数调控，该光照对应表即为利用试验数据得出的、以目标植物的光需求曲线为基础、与室外光照强度正相关的LED灯组亮度数据与电量参数的对应关系，一般预先存储于控制电路05中等待随时调取。
[0061] 本实用新型实施例公开了一种具体的植物工厂的照明系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，参见图6所示，所述照明系统还可以包括与所述DC-DC电路02的输出端连接的储能电池06。
[0062] 植物生长过程中，超过光饱和点的光照是一种能量浪费，且可能对植物产生副作用。因此，超出植物需求的能量，可收集到储能电池06中，在天气不好、室外光照不足时作为补充电源，支持LED灯组03的照明。
[0063] 进一步的，照明系统还可以包括输入端与所述DC-DC电路02的输出端连接的DC-AC电路07。与储能电池06类似，如果供给LED灯组03后电能还有剩余，可以供给植物工厂中的其他用电设备，由于大多数用电设备使用交流电，因此需要DC-AC电路07将直流母线上的直流电压转换为交流电压，再接入泵、风扇、湿度控制器等用电设备中。
[0064] 本实用新型实施例公开了一种具体的植物工厂的照明系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
[0065] 具体的，本实施例的照明系统还包括根据目标植物的需求调节所述LED灯组的亮度和/或波长的控制电路05。
[0066] 众所周知，不同的植物种类、同一植物的不同生长阶段，对光照的需求均有差异，具体体现在所需波长、适宜亮度的不同。具体的，波长方面，光合色素对光能的吸收具有明显的选择性，一般短波长的光会抑制植物的伸长生长，不同波长的光会生成不同的光合产物；光强方面，植物在吸收光照时存在光饱和现象，光饱和点、光补偿点不可忽略，不同的光照强度也会影响植物的生长发育，具体包括植物发芽、植物周期性生长、抗寒能力、营养生长、生殖生长等各方面，进而会影响植物花、叶、果实着色；除此之外，光照时长也会影响植物的生长发育，植物开花、休眠等生理周期均与光照时长相关。
[0067] 因此，在一些种植要求较高的植物工厂，对应特定的目标植物类型，需要提供波长和/或亮度和/或照明时长最合适的LED灯组，而控制电路05的设置，扩大了LED灯组03的适用范围，使LED灯组03更为通用，可以为各种植物提供光照，在种植板上植株成熟更替的过程中，植物工厂不需要更换硬件，只需要调整控制电路03中的参数，就可改变波长和/或亮度，为植株提供更适宜的光照环境。
[0068] 具体的，如果控制电路05的逻辑程序较为简单，只能设定一种光照环境，那么照明系统可以只有一个控制电路05来控制所有LED灯组03，使整个对应植物区域的照明环境相同，照明系统也可以包括多个控制电路05，每个控制电路05对应控制同一个区的LED灯组03，实现植物工厂的分区照明控制；如果控制电路05可设计较为复杂的逻辑程序，那么可以将所有LED灯组03连接到该控制电路05中，同时设置不同的照明参数进行分区控制。
[0069] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方案、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方案、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方案、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0070] 以上对本实用新型所提供的一种植物工厂的照明系统及方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
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