专利名称：一种栽培西红柿的太阳能光伏大棚的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适合栽培西红柿的太阳能光伏大棚，特别是一种采用非晶 硅太阳能电池板作大棚材料的供电装置。
背景技术：
西红柿是我国普遍种植的蔬菜作物之一，目前，种植西红柿大多采用普通
的玻璃大棚或连栋式塑料大棚。西红柿在大棚中生长的最佳太阳辐照强度在710 umol .m-2 's" 1050umo1 'm-2 's"之间，由于普通大棚对自然光的透光率近 似为定值(玻璃大棚的透光率为60%~70%，连栋式塑料大棚的透光率为50% 60%)，对射入大棚内的光强调整范围小，因此，普通大棚很难实现在太阳辐射 强度不同的各地区，将射入大棚的太阳辐射量调整为西红柿生长的最佳太阳辐 照强度。同时，对于超出西红柿生长所需的多余太阳辐射能量，普通大棚很难 对其进行再利用，而大棚中照明、换风、喷淋、保温等系统所需的电能仍然需 要外部电源提供。由于在农田中架设电缆成本高，安全隐患大，因此，在大棚 上安装太阳能电池，利用太阳的辐射能发电，实现大棚的供电自给，可更充分、 合理地利用能源。另一方面，由于农田中灰土较多，易在太阳能电池表面堆积 尘土而影响发电效率，甚至损坏太阳能电池，因此，如何保持太阳能电池表面 的清洁也是太阳能光伏大棚面临的一大难题。美国专利US5101493《PORTABLE GREENHOUSE WORKING ON SOLAR SYSTEM》介绍了一种利用太阳能电池 发电的可移动式太阳能温室，将太阳能电池板放置在已有温室屋顶之上，但其 电池板占用空间较大，且难以实现对射入温室的太阳辐射量的调节。日本专利 JP2000-261057公开了一种将太阳能电池作为种植大棚屋顶材料的方法，但没有 涉及到太阳能电池表面的尘土清理问题。而中国专利ZL200620001877.3《温室屋顶自动清洗机》揭示的一种电动清洗机，通过开关控制可以在大型连栋温室 屋面上自动行走，虽然实现了对玻璃屋面的清洗，但成本高，操作较复杂，不 适合在农村大规模普及。
发明内容
在考虑以上存在问题的基础上，结合种植农作物的实际需要。目的，提供 一种用非晶硅太阳能电池板与透光玻璃装配形成的温室大棚，既具有良好的透 光性，又能发电。电能提供给西红柿育苗，透光适合西红柿生长。
另一个目的是，充分利用原大棚温室主体框架和部分设施，设计出一种简 易，快速，维修方便，模块化安装的太阳能光伏大棚。
目的还在于利用太阳能光伏水泵，抽水清洗太阳能电池和大棚。
为了实现以上任务，本发明解决适合栽培西红柿的太阳能光伏大棚，除保 留原有大棚的主体框架、照明、换风等装置，其主要技术特点由太阳能电池组
件与透明玻璃组合配置形成一个具有透光率可调的板式模块，透光率为50% 60%。由太阳能电池组件与透明玻璃组合的板式模块安装在框架上，用多个构件 将装有太阳能电池组件与透明玻璃的板式模块连同框架， 一起安装在主体框架 的朝阳面，构成半坡式屋顶大棚，在大棚屋顶上安装带扬水泵清洗装置；半坡 屋顶的光伏阵列由太阳能电池板组件串、并联或多个半坡屋的光伏阵列构成供 电系统。主体框架的垂直面是透明的或非透明的墙体。太阳能电池组件，至少 是一块非晶硅太阳能电池芯板，由PVC膜封装或用EVA和PET层压封装，也 可以用PVB和玻璃封装。但一般使用PVC膜封装，成本较低实用。太阳能电池 组件与玻璃板最好安装成同一平直的平面。光伏阵列及输出供电系统包括带控 温仪的电热温床/电热毯/电热体，及太阳能光伏系统的扬水泵。
太阳能光伏水泵系统包括装在大棚顶部的扬水泵和装在深井的潜水泵。扬水泵和潜水泵接输出供电系统的逆变器的交流输出端。电负载是一带型 控温仪的电热温床，由控制器接太阳能光伏水泵系统，水泵接喷淋装置或清洗 装置，喷淋清洗光伏大棚太阳能电池和玻璃。
本发明的技术解决方案中的光伏阵列包括由众多的非晶硅太阳能电池板组 件串、并联构成。没有封装非晶硅太阳能电池板叫芯板，经过封装的电池板为 电池组件，本发明使用的非晶硅太阳能电池组件，可以是一整块芯板封装，也
可以是几块芯板封装，如由每块尺寸350mmX1220mm的3块芯板封装后尺寸 为1300mmX 1220mm，功率54瓦，电压90伏，电流1.25安培，电池背面用PVC 膜或EVA和PET层压封装。
在本发明的光伏大棚内,用太阳能光伏发电，供电热温床西红柿育苗和太阳 能光伏水泵喷淋和清洗系统。电热温床可NQVN0.89农用电热线，每根长160 米，功率为1100瓦或型号为DV电热线，长度为60 120米，功率为800 1000 瓦,绿色，线表温度《40，农用控温仪。
固定板式模块的部件，是铝型材固定条，其截面呈"Q"形，"Q"的上部 用来固定太阳能水泵的出水管，"Q"形的下部为倒"T"字形，该倒"T"字形" 的底边呈弧形或折线形，用来安装太阳能电池组件或玻璃板或透明材料板。
一般没有封装的非晶硅太阳能电池板叫电池芯板或简称芯板，封装后接旁 路二极管称太阳能电池光伏组件，简称光伏组件。太阳能电池组件输出直流到 充电控制器，对蓄电池充电，通过逆变输出交流接太阳能光伏水泵及室内的照 明、通风装置等。太阳能光伏矩阵周围布有防雷接地保护。太阳能电池光伏阵 列产生的电能供大棚内的电器使用，或通过并网系统将所发电能提供给电网， 由太阳能电池光伏阵列供电的负载包括通风装置、照明灯、电热温床或远红外 电热毯、冷暖机等电器设备。本发明的积极效果是最大化的利用太阳能光伏大棚，尤其用非晶硅电池做 农业温室的建筑材料，易密封、幅面大。低成本的太阳能电池与玻璃等透光材 料可以按照设计要求任意组合，既能满足透光率，又能发电，可以做大棚的屋 顶、墙体等。利用原有温室框架，易于推广。采用带有扬水泵的清洗装置清洗 太阳能电池及大棚，能保持太阳能电池表面的清洁，有效提高太阳能电池的发 电效率，延长电池的使用寿命，而且保证大棚具有良好的透光性。屋顶及墙体 可以由太阳能电池和透明材料模块化安装，结构简单，搭建快速， 一般技术人 员易于掌握。
图1、是本发明半坡结构示意图。
图l-a、是本发明带平顶的半坡结构结构示意图
图2、是一种人字形屋顶结构示意图。
图3、是图2的剖面图。
图3-a、是图3的I-I面剖面图。
图4-a、是图2中下固定条3的截面图。
图4-b 、是另一种下固定条3的截面图。
图5、是图2中排水沟槽4的截面图。
图6、是图2中限位条5的截面图。
图7-a、是图2中带有上固定条的清洗装置6的截面图。
图7-b、是图2中带有上固定条的清洗装置6的另一种截面图。
图8、是图2中支撑条12的固定方式示意图。
图9、是本发明的实施例5示意图。
图10、是本发明的实施例6，太阳能电池组件2和透明材料7间隔排列。图11、是本发明的太阳能电池组件2和透明材料7另一种排列示意图。图12、是本发明的自动幵窗系统示意图。
图13、是图12中部件14-2与部件14-6啮合示意14、是本发明的光伏发电等效原理图。
见1至14图，温室主体框架l，太阳能电池组件2，下固定条3，排水沟槽4，限位条5，上固定条6，透明材料7，线槽8，蓄电池9，控制装置IO，密封
屋顶外表面的密封胶11，支撑条12，水嘴13，支撑梁14，开窗用减速电机14-1，开窗齿轮14-2，驱动轴14-3，联轴器14-4，驱动轴支撑座14-5，开窗齿条14-6，连接件14-7，充放电控制器15，逆变器16，蓄电池17，扬水泵18，潜水泵19，电热温床20，控温仪21。
具体实施例方式
实施例l.-
见图1所示，半坡式太阳能光伏大棚，倾角为35度，太阳电池组件2用非晶硅太阳电池板共300块，设计峰压功率6000瓦，太阳能电池板的尺寸是350mmX1220mm，每块电压30V，电流1.25A。透光率60%，设计放电深度50%。本实施例的屋顶是由三个半坡式屋顶构建而成，每一个跨安装有150块非晶硅太阳能电池，三个电池芯板一串电压90V为一组，PVC封装后电池组件面积为1100mmX 1220mm，共50组并联,并联电压90V,电流62.5A，，两个半坡屋顶阵列汇流后电流125A，选控制器150A。主体框架每4米一个立柱，每4块太阳能电池组件2之间加一块1米宽的白玻璃，立柱间距4米在立柱上装遮阳网，总长110米，大棚宽10米，见图14，是本发明的光伏发电等效原理图，图14中的蓄电池17，配套控制器15 (电压48V，电流150A)，逆变器16，扬水泵18，潜水泵19，电热温床20，控温仪21。屋顶防水用封胶，用钢筋压条把太阳能电池组件2封装在主体框架1里，
在电池组件2周边贴上胶带保护。本实施例大棚的透光率是50%。
在大棚内选一块io平米面积做育苗温床，电热温床由太阳能电池供电接逆变器交流220伏，宜座北朝南，东西延长，选电热加温线型号DV21012型，功率1000瓦，线长120米，线表温度《4(TC，农用控温仪一台。每平方米育苗温床所需功率是100瓦，电热线之间的间距平均为8. 5厘米，床宽1. 2米，温床布线长度8.3米，设往返次数为14次，电热线的两个引出线端处于苗床的同一端。布线要求电热线拉紧拉直，线布好后，上盖2厘米厚细土，覆土时应将引线留在外面，接头须埋入土中。若正常，可切断电源，在苗床内装营养钵以备育苗。播前接通电源，
温度升至3(TC时即可播种。育苗完毕，从土中取出电热线。选光伏水泵两台水泵，其中扬水泵安装在棚顶上，型号CGS-GSOl，最大扬程是45-140 m，最大输入功率200瓦。潜水泵的型号是CGS-GS04，最大扬程是20-50m，功率300瓦，同样光伏水泵接逆变器交流输出220伏供电。图l-a是图1的又一实施方式，从栽培西红柿和西红柿育苗专业角度，图和图l-a应该是最佳实施例。
实施例2:
见图14，是本发明的光伏发电等效原理图。非晶硅太阳电池组件可以采用型号为350mmX1220mm的电池芯板，电压电流分别为30V， 0.8A，和型号为707mmxl640mm的电池芯板，电压电流分别为40V， 1.25A,通过串/并联设计峰压功率8000瓦，设计放电深度50%。本实施例的屋顶结构如图l-a所示，是带平顶的半坡结构，平顶使用350mmX1220mm的电池芯板封装，半坡使用707mmxl640mm的电池芯板封装。
大棚还可以由3个带平顶半坡结构的棚顶组成，平顶使用型号为350mmX 1220mm电池芯板封装与525mm宽的白玻璃各间隔铺设而成，透光率为60%;半坡面使用型号为707mmxl640mm电池芯板封装与1060mm宽的白玻璃间隔铺设而成，透光率为60%。平顶上的太阳能电池板，每四块电池板一串，然后再分别并联连接，构成光伏电池阵列，输出电压120V;坡面上的太阳能电池组件，每三块电池板一串，然后并联联接接，构成另一个光伏电池阵列，输出电压120V。再将平顶和大棚坡面上的光伏阵列并联，设计放电深度50%，汇流后电流为66A。主体框架每4米一个立柱，在立柱上装14块遮阳网,总长55米,大棚宽9.6米。图14中的蓄电池18，配套充电控制器16 (电压48V，电流150A)，逆变器17。屋顶防水用封胶，钢筋压条把电池封装在主体框架1里。
冬天，大棚的墙上挂有远红外电热毯或其他能由电产生热的电热体，功率为800瓦，由光伏电池阵列供电，可以保持大棚内具有适合西红柿生长的温度。夏天，光伏电池阵列产生的电能可以为制冷机供电，使大棚内的温度维持在适合西红柿生长的范围内。
以下的几个实施例情况，是本发明人已经实施的，在此使用，仅为说明本发明可以在任何结构的大棚中只要含有本发明带有非晶硅太阳能电池组件的板式模块构筑物，形成太阳能电池阵列，包括大棚，大棚的屋顶可以是任何结构形式。由此，太阳能电池组件和透明材料组件集成配置作为建筑材料及其形成的光伏阵列才是本发明的主要技术特征。
实施例3:
见图2、图3及图5，太阳能光伏温室包括主体框架1、通风装置和保温装置，由太阳能电池组件2和透明材料7模块安装构成屋顶，屋顶由多个构件连接在主体框架1上，且屋顶上设有清洗太阳能电池组件2的清洗装置，屋檐处设有排水沟槽4，太阳能电池生成的电能由电线通过线槽8引出。在太阳能光伏
温室内部，太阳能电池组件2的正负电极线汇流引出，并通过线槽8以及主体框架1连接到蓄电池9和控制装置10，给负载供电。蓄电池9和控制装置10上有扩展接口，扩展接口用于连接交/直流用电设备。
主体框架1采用已有温室结构框架，可以是钢材、铝合金以及其它材料制成的框架，是温室的主体结构支撑框架。本实施例的屋顶采用双坡顶结构(亦称"人"字形尖顶结构)，双坡顶的一个坡面是太阳能电池组件2，另一个坡面是透明材料7，屋顶倾角为当地太阳能电池组件2的安装最大发电倾角，透明材料7可以采用玻璃、透明塑料或其他透明材料。
清洗太阳能电池组件2的清洗装置是一个带有上固定条6的，且在侧壁上设有出水孔的圆管，该管的一端接上水嘴13，另一端封堵。见图7，上固定条6的截面呈"Q"形，其上部是一个带有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴13，另一端封堵，即构成清洗装置；该"Q"形的下部为倒"T"字形，倒"T"字形的底边呈弧形，用于固定太阳能电池或透明材料。如图7中6所示。
连接屋顶的构件包括限位条5和下固定条3，太阳能电池组件2及透明材料7固定搭接在限位条5和下固定条3之间。见图6，限位条5的截面呈"工"字形，其"工"字形的上横边为弧形，下横边为折线形，限位条5的弧形边与上固定条6的弧形边固定配合，可以采用紧固件固定，紧固件亦称标准件，可以是拉钉、铆钉或螺丝。太阳能电池组件2及透明材料7由截面呈"凸"形或"L"形的支撑条12承托，见图3-a和图8，该支撑条12搭接在下固定条3和限位条5之间。相邻太阳能电池组件2或透明材料7的背光面拼接处有支撑条12在背部支撑，受光面拼接处用密封胶ll密封，构成光伏屋顶。屋顶周边承托太阳能电池组件2或透明材料7的支撑条12'呈"L"形，屋顶其他区域承托太阳能电池组件2或透明材料7的支撑条12呈"凸"形。支撑条12、 12，都是挤出型材，
安装方便。
屋檐处的排水沟槽4是一个截面呈"F"形的下固定条3，该"F"形的上部 与下部具有一定的夹角，该夹角与屋顶的倾角相同，"F"形的下部呈直线、折 线或弯钩形，该"F"形下固定条3的折线或弯钩形部分构成排水沟槽4，下固 定边条3的下部折线或弯钩形部分用铆钉固定在主体框架1的屋顶外侧下边缘， 将槽口朝向屋顶，将排水沟槽4用铆钉固定在主体框架1的屋顶内侧下边缘。 见图4 (b)，排水沟槽4的截面呈弯钩形，即由"F"形下固定条3的弯钩形部 分构成。
实施例4:
本实施例的具体实施方式
同实施例3。
见图2、图3和图7所示，本实施例采用的屋顶材料，是由非晶硅太阳能电 池池组件2'与透明材料玻璃7构成。，双顶衍架结构的太阳能电池屋顶，或称人 字梁，由两个"人"字形尖顶连接，即屋顶由两个双坡顶连接而成。每个尖顶 上都有清洗太阳能电池组件2的清洗装置。该清洗装置是一个由带上固定条6， 且在侧壁上设有出水孔的圆管，该圆管的一端接上水嘴13，另一端封堵。见图 7，上固定条6的截面呈"Q"形，该"Q"形的下部为倒"T"字形，倒"T" 字形的底边呈折线形，如图7中6'所示。
如图2、图3中4所示，在两个"人"字形尖顶之间有一个共用的排水沟槽 4，该排水沟槽4的截面呈"U"形(见图5),是由两个背对的"F"形下固定 条3的下部折线部分连接在一起构成。
见图9，在北京建造一个坐北朝南宽8米、长40米、高3米的双尖顶温室，温室尖顶倾角为35度，在两个朝南面安装非晶硅电池组件，具体实施方式
同实 施例1，在此不再赘述。
如图9所示，非晶硅太阳能电池板的玻璃采用自清洁玻璃，朝北面安装有
可推拉的玻璃窗，年平均每天可发电40 60度电。双尖顶的中部采用支撑梁14 支撑，支撑梁14两端固定在主体框架1宽8米的跨度的立柱上，如图2所示， 内部可添加遮阳网，搭建在支撑梁14上，支撑梁14可以放置喷淋系统的管道， 可以是中空的支撑梁14。同样，双尖顶可以是倍增连接，在尖顶屋顶的中部也 采用立柱承重。蓄电池9、控制装置IO可以放置在支架上，然后放置于温室角 落，有绝缘、接地、防漏措施。在蓄电池9、控制装置IO上接有扩展接口，根 据实际需要，连接需要的电器设备。
见图14是本发明实施例6的光伏发电等效原理图，非晶硅太阳电池组件 15或称非晶硅太阳电池板共450块，设计峰压7000瓦，型号是350X 1220， 每块电压27V,电流0.8A。屋顶结构如图l所示3个连排，设计放电深度 50%，一跨150块电池，三个电池一串90V，共50组并联，并联电压90V，电流 40A,汇流后120A,选控制器200A，。非晶硅太阳电池组件采用夹胶三个人字 粱，主体框架每4米一个立柱，每6块电池组件2之间加一块1.2米宽透明 组件2为白玻璃，立柱间距4米，在立柱上装14块遮阳网，总长55米14块, 大棚宽9.6米，长55，共3个人字粱，每个宽度3.2米，高度1.7米个,立柱高3 米，图14中的蓄电池18，配套充电控制器16电压48V电流200A，逆变器 17。屋顶防水用封胶，钢筋压条把电池封装在框架1里。
实施例7:
本实施例是在实施例3的基础上增加了自动开窗装置。见图12和图13，自动开窗装置中的开窗用减速电机14-1及驱动轴支撑座14-5固定在主体框架1的 立柱上，并保证开窗用减速电机14-1的输出轴中心应和驱动轴支撑座14-5上孔 的中心在同一水平位置上，将开窗齿轮14-2固定在驱动轴14-3的适当位置，将 驱动轴14-3穿过驱动轴支撑座14-5中心孔，用联轴器14-4将开窗用减数电机 14-1输出轴与驱动轴14-3连接在一起，将开窗齿条14-6 —头插入开窗齿轮14-2 的槽内，另一头通过连接件14-7和窗体下部进行活动连接，连接后开窗齿条14-6 必须和驱动轴14-3垂直以保证在开窗的过程中开窗齿条14-6能够伸縮自如。当 开窗用减速电机14-1转动时，通过联轴器14-4带动驱动轴14-3转动，再带动 驱动轴14-3上的开窗齿轮14-2转动，开窗齿轮14-2上的齿轮与开窗齿条14-6 的齿压啮合，又带动开窗齿条14-6上下运动，通过连接件14-7使窗开启与闭合。
权利要求
1、一种栽培西红柿的太阳能光伏大棚，包括主体框架、通风装置和保温装置，其特征在于还包括由太阳能电池组件(2)与透明玻璃(7)组合配置形成一个具有透光率可调的板式模块安装在框架(1)上，并由构件将框架(1)安装在主体框架朝阳面，构成半坡屋顶大棚，在大棚屋顶上安装带扬水泵(13)清洗装置(6)；进一步包括半坡屋顶的光伏阵列及输出供电系统。
2、 根据权利要求l所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 半坡屋顶的光伏阵列是由太阳能电池板组件(2)串、并联或多个半坡屋的光伏 阵列构成。
3、 根据权利要求l所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 由太阳能电池组件(2)与透明玻璃(7)配置的透光率为50%-60%。
4、 根据权利要求l所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 的主体框架的垂直面是透明的或非透明的墙体。
5、 根据权利要求1所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 太阳能电池组件(2)，至少是一块非晶硅太阳能电池芯板，由PVC膜封装或EVA 禾口PET封装，PVB玻璃封装。
6、 根据权利要求l所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 的太阳能电池组件(2)与玻璃板(7)安装在同一平直的平面。
7、 根据权利要求l所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 的光伏阵列及输出供电系统包括一带控温仪的电热温床/电热毯/电热体，及太阳 能光伏系统的扬水泵。
8、 根据权利要求l所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说 的太阳能光伏水泵系统(13)，包括装在大棚顶部的扬水泵和装在深井的潜水泵。
9、 根据权利要求7所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所说的光伏系统的扬水泵和潜水泵接输出供电系统的逆变器(16)的交流输出端。
10、根据权利要求1所述的栽培西红柿的太阳能光伏大棚，其特征在于所 说的安装在主体框架朝阳面的半坡面屋顶是带平面屋顶的半坡面。
全文摘要
本发明涉及一种栽培西红柿的太阳能光伏大棚，包括主体框架、通风装置和保温装置，其特征在于还包括由太阳能电池组件与透明玻璃组合配置形成一个具有透光率可调的板式模块安装在框架上，并由构件将框架安装在主体框架朝阳面，构成半坡屋顶大棚，在大棚屋顶上安装带扬水泵清洗装置；进一步包括半坡屋顶的光伏阵列及输出供电系统。积极效果是低成本的非晶硅太阳能电池组件与玻璃等透光材料可以按照设计要求任意组合，既能满足透光率，又能发电，可以做大棚的屋顶、墙体等，大棚屋顶上安装带扬水泵清洗装置，能保持电池表面清洁，延长电池的使用效率。
文档编号A01G9/14GK101455165SQ200810241339
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者毅 李 申请人:毅 李