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一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统

阅读:497发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种分频采光、照明、发电及供热一体化 植物 生长系统,包括抛物槽式聚光装置、分频装置、光伏装置、换热装置。本发明聚光装置设置在 植物工厂 的顶部,通过抛物线型反射镜和聚光槽将太阳光反射聚集,采光效率高。同时通过调节反射镜的数量来控制光的强度,满足了植物对光的强度的满足。再利用 光谱 分频器 ,将适宜植物进行光合作用的波段的光反射到植物工厂内,用于植物照明,满足了植物对光质的要求。再将响应太阳光 电池 波段的光输送到聚光光伏电池表面上,用于发电,节约了电费成本。另一部分两个波段都不能响应的光通过换热器转换成热,可用于加热 水 箱。该系统综合利用 太阳能 ,节约成本,减少浪费,提高了产量和效率。,下面是一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统专利的具体信息内容。

1.一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:包括聚光装置、分频装置、导光装置、光伏装置、换热装置和植物工厂,其中,所述聚光装置设置在植物工厂的顶部,用于将太阳光反射聚集到分频装置上;所述分频装置位于聚光装置的聚光侧,用于将聚集到分频装置上的光进行分频,将不同波段的光区分开,获得适宜植物进行光合作用的波段;所述导光装置一端与分频装置的出光端连接,另一端延伸至植物工厂内部,将适宜植物进行光合作用的波段的光输送到植物工厂内;所述光伏装置为植物工厂提供电能;所述换热装置用于将太阳能转换为热能加热箱。
2.如权利要求1所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述聚光装置为抛物槽式聚光装置,设置在植物工厂顶部,包括由多个曲线型支撑架沿聚光装置排列方向形成的支撑架体和设于支撑架体上的多个反射镜片,多个反射镜片沿着抛物线型支撑架拼接形成曲面反射镜。
3.如权利要求2所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述分频装置采用光谱分频器,为选择性反射及透射镜,位于反射镜的焦点处,对汇聚后的不同光谱的太阳能进行重新分配,其中,将太阳光谱中响应光伏电池的波段I的太阳光透射到聚光光伏电池表面,将太阳光谱中响应适宜植物光合作用的波段II的太阳光反射回去,再通过导光管输送到植物工厂内用于照明,太阳光谱中除了波段I和波段II之外的光透射到换热器转换成热。
4.如权利要求3所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述导光装置包括导光管和漫射器,所述导光管为金属材质的管道,其内表面为反射镜面;
所述导光管上端与光谱分频器连接,导光管向下延伸至植物工厂内,且末端设置漫射器,所述导光管贯穿于植物工厂内外,漫射器位于植物工厂内。
5.如权利要求1所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述光伏装置包括光伏电池及蓄电池,光伏电池通过导线与蓄电池连接。
6.如权利要求1所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述换热装置包括平板集热器、水箱、和水管,平板集热器设置在光伏装置上方,水箱和泵置于地面,平板集热器、水箱和泵之间通过水管连接,形成水循环系统,为采暖墙提供适宜温度的热水。
7.如权利要求6所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述平板集热器包括吸热板、透明盖板、保温层、介质流道和外壳,所述吸热板表面为太阳选择性吸收涂层,吸热板中间为介质流道,背部为保温层和外壳,上面覆盖透明盖板。
8.如权利要求1所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述植物工厂包括采暖墙和普通墙体,植物工厂四周采用采暖墙,其余部分墙体采用普通墙体。
9.如权利要求8所述的分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其特征在于:
所述植物工厂的内部设照明灯,位于每层植物上方,照明灯均匀分布。

说明书全文

一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能利用技术领域,特别是涉及一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统。

背景技术

[0002] 植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段,通过人为控制适宜植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境,使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约。这一农业系统未来具有巨大潜,代表着未来农业的方向。在植物工厂中,光是植物光合作用的唯一能量来源,植物的生命活动离不开光照。光照强度、光质及光的周期性变化对作物的生长发育具有深刻影响。所以为了促进植物的生长发育,必须对光环境进行精准的调控。目前一般植物工厂所应用的照明系统是LED照明,虽然能满足对光的强度和光质进行调控,但是灯光系统就算是按照最简单的红蓝比灯管或者全光谱灯管,一年下来也会耗费巨大成本,并且资源浪费严重。所以尽快开发利用新能源成为重中之重。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是:为了克服现有技术中的不足,本发明提供一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,该系统采用抛物槽式聚光装置、分频装置、光伏装置、换热装置来实现太阳能的综合利用,节省成本。
[0004] 本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是:一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,包括聚光装置、分频装置、导光装置、光伏装置、换热装置和植物工厂,其中,所述聚光装置设置在植物工厂的顶部,用于将太阳光反射聚集到分频装置上;所述分频装置位于聚光装置的聚光侧,为了提高能量的利用率,优选分频装置位置尽量靠近聚光装置的焦点,用于将聚集到分频装置上的光进行分频,将不同波段的光区分开,并获得适宜植物进行光合作用的波段;所述导光装置一端与分频装置的出光端连接,另一端延伸至植物工厂内部,将适宜植物进行光合作用的波段的光输送到植物工厂内;所述光伏装置为植物工厂提供电能;所述换热装置用于将太阳能光转换为热能加热箱。
[0005] 具体的,所述聚光装置为抛物槽式聚光装置,设置在植物工厂顶部,包括由多个曲线型支撑架沿聚光装置排列方向形成的支撑架体和设于支撑架体上的多个反射镜片,多个反射镜片沿着抛物线型支撑架拼接形成曲面反射镜。
[0006] 进一步,所述分频装置采用光谱分频器,所述光谱分频器为选择性反射及透射镜,所述光谱分频器连接着聚光器,对汇聚后的不同光谱的太阳能进行重新分配,其中,将太阳光谱中响应光伏电池的波段I的太阳光透射到聚光光伏电池表面,将太阳光谱中响应适宜植物光合作用的波段II的太阳光反射回去,再通过导光管输送到植物工厂内用于照明,太阳光谱中除了波段I和波段II之外的光透射到换热器转换成热。
[0007] 分频装置将太阳光谱中聚光光伏电池响应波段的太阳光透射到聚光光伏电池表面,将响应适宜植物光合作用波段的太阳光反射回去,而都不响应这两个波段的光透射到换热器转换成热。
[0008] 进一步,所述导光装置包括导光管和漫射器,所述导光管为金属材质的管道,其内表面为反射镜面;所述导光管上端与光谱分频器连接,导光管向下延伸至植物工厂内,且末端设置漫射器,所述导光管贯穿于植物工厂内外,漫射器位于植物工厂内。适宜植物进行光合作用的波段II的光经导光管传导后,通过漫射器漫射作用后进入植物工厂内,用于提供植物光合作用需要的光能。
[0009] 进一步,所述光伏装置包括太阳能电池蓄电池,太阳能电池用于发电,通过线路与蓄电池连接,为植物工厂提供电能。
[0010] 具体的,所述换热装置包括平板集热器、水箱、和水管,平板集热器设置在光伏装置上方,水箱和泵置于地面,平板集热器、水箱和泵之间通过水管连接,形成水循环系统,为采暖墙提供适宜温度的热水。
[0011] 分频后未被用于照明和发电的太阳光透过透明盖板照射到表面有吸收涂层的吸热板,其中大部分太阳辐射能为吸热板所吸收,转变为热能,并传向介质流道中的工质;从平板集热器底部入口进入的冷工质,在介质流道中被太阳能所加热,温度逐渐升高,加热后的热工质,带着有用的热能从平板集热器的上端出口流出,蓄入水箱中待用。
[0012] 所述植物工厂的内部设照明灯,位于每层植物上方,照明灯均匀分布。
[0013] 聚光装置设置在植物工厂的顶部,通过抛物线型反射镜和聚光槽将太阳光反射聚集,同时通过调节反射镜的数量来控制光的强度。再利用光谱分频器,经导光管和漫射器将适宜植物进行光合作用的波段的光反射到植物工厂内,用于植物照明。再将响应太阳光电池波段的光输送到聚光光伏电池表面上,用于发电。另一部分两个波段都不能响应的光通过平板集热器转换成热。
[0014] 本发明的有益效果是:本发明提供的一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,其聚光装置设置在植物工厂的顶部,通过抛物线型反射镜和聚光槽将太阳光反射聚集,采光效率高。同时通过调节反射镜的数量来控制光的强度,满足了植物对光的强度的满足。再利用光谱分频器,将适宜植物进行光合作用的波段的光反射到植物工厂内,用于植物照明,满足了植物对光质的要求。再将响应太阳光电池波段的光输送到聚光光伏电池表面上,用于发电,节约了电费成本。另一部分两个波段都不能响应的光通过换热器转换成热,可用于加热水箱。该系统综合利用太阳能,节约成本,减少浪费,提高了产量和效率。附图说明
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0016] 图1为本发明的整体结构示意图。
[0017] 图2为本发明的植物工厂内部结构示意图。
[0018] 图3为本发明的墙采暖厚度方向示意图。
[0019] 图4为本发明的光导管示意图。
[0020] 图5为平板集热器示意图。
[0021] 图中:1.抛物线型反射镜,2.光谱分频器,3.光伏电池,4.平板集热器,5.导光管,6.漫射器,7.植物工厂,8.水箱,9.泵,10.采暖墙,11.内墙,12.水管层,13.出水口,14.照明灯,15.进水口,16.吸热板,17.透明盖板,18.外壳,19.保温层,20.介质流道,21.导线,22.蓄电池,23.采暖灯,24.开关,25.绝热层,26.外墙。

具体实施方式

[0022] 现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0023] 如图1所示,本发明的一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统,包括聚光装置、分频装置、导光装置、光伏装置、换热装置和植物工厂7。
[0024] 所述聚光装置为抛物槽式聚光装置,设置在植物工厂7顶部,包括由多个曲线型支撑架沿聚光装置排列方向形成的支撑架体和设于支撑架体上的多个反射镜片,多个反射镜片沿着抛物线型支撑架拼接形成曲面反射镜。
[0025] 分频装置采用光谱分频器2,所述光谱分频器2为选择性反射及透射镜,所述光谱分频器2连接着聚光器,对汇聚后的不同光谱的太阳能进行重新分配,将太阳光谱中聚光光伏电池3光响应波段记为波段I,将响应适宜植物光合作用的波段记为波段II,波段I的太阳光透射到聚光光伏电池3表面,波段II的太阳光反射回去,再通过导光管5输送到植物工厂7内用于照明,而都不响应这两个波段的光透射到换热器转换成热。
[0026] 如图2所示,植物工厂7内部包括照明灯14、采暖灯23、开关24。照明灯14和采暖灯23通过导线21并联连接,照明灯14和采暖灯23均由各自的开关21控制。照明灯14和采暖灯
23位于每层植物上方,并且均匀分布。
[0027] 如图3所示,采暖墙10由内墙11、水管层12、绝热层25和外墙26组成。水管层12铺设水管,水箱中的热水流经水管,向工厂提供热量。绝热层25防止热量向外散失。内墙11和外墙26均为普通墙体。
[0028] 如图4所示,图中室外指植物工厂7外部,室内指植物工厂7内部。导光装置包括导光管5和漫射器6,导光管5为金属材质的管道,其内表面为反射镜面,反射镜面覆有防静电的多层聚合物防静电反射膜。导光管5位于光谱分频器2的下方,导光管5上端与光谱分频器2连接,下端向下延伸至植物工厂7内,漫射器6安装在光导管5的正下方,适宜植物进行光合作用的波段II的光经导光管5传导后,通过漫射器6的漫射作用后进入植物工厂7内,用于提供植物光合作用需要的光能。
[0029] 抛物线型反射镜1和光谱分频器2,均位于植物工厂7外,导光管5贯穿植物工厂7内外,漫射器6在植物工厂7内。通过抛物线型反射镜1将太阳光反射聚集至光谱分频器2,光谱分频后经导光管5将适宜植物进行光合作用的波段II的光输送到植物工厂7内,用于植物照明。
[0030] 光谱分频器2、光伏电池3、平板集热器4垂直安装,光谱分频器2位于最下方,平板集热器4位于最上方,光伏电池3位于中间。
[0031] 光伏装置包括光伏电池3及蓄电池22,均位于植物工厂7外,用于发电,为植物工厂7提供电。光伏装置中的光伏电池3与蓄电池22用导线21相连接,由支架支撑摆放在地面上,蓄电池22、逆变器、控制箱放在保护箱中埋于地下,其他线路用管道保护埋放在地下。
[0032] 换热装置包括平板集热器4、水箱8、泵9和水管12,均位于植物工厂7外,且平板集热器4设置在光伏装置上方,水箱8和泵9都放置于地面,平板集热器4、水箱8和泵9之间通过水管12连接,形成水循环系统,将两个波段都不能响应的光通过平板集热器4转换成热,水箱8中的水为植物工厂7所用。
[0033] 如图5所示,所述平板集热器4包括吸热板16、透明盖板17、保温层19、介质流道20和外壳18。外壳18为一端敞开的U形槽结构,吸热板16表面为太阳选择性吸收涂层,吸热板16中间为介质流道20,吸热板16位于外壳18内部,背部通过保温层19与外壳18隔离,避免热量散失,透明盖板17覆盖在吸热板16的上面,用于太阳光的进入。
[0034] 分频后未被用于照明和发电的太阳光透过透明盖板17照射到表面涂有吸收涂层的吸热板16上,其中大部分太阳辐射能为吸热板16所吸收,转变为热能,并传向介质流道20中的工质;从平板集热器4底部入口进入的冷工质,在介质流道20中被太阳能所加热,温度逐渐升高,加热后的热工质,带着有用的热能从平板集热器4的上端出口流出,蓄入水箱8中待用。
[0035] 以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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