一种基于风光互补技术的植物培养机的制作方法

本发明涉及一种新能源领域和一种植物种植领域，特别涉及一种风光互补技术、微网技术及一种植物培养机。

背景技术：

随着人们环境保护意识的不断增强，物质文化水平的不断提高，近年来各国家已将新能源的开发利用摆在了重要的战略位置。我国拥有丰富的风力资源且光照条件充足，得益于科研人员的不懈努力，风力发电机和太阳能电池板已经得到了广阔的开发利用空间。微网作为新能源方向的一个崭新的分支，不仅能充分发挥风力发电和光伏发电的互补属性，更能整合其他的电力资源利用方式，在自然资源无法完全供给负载使用时，其能够从电网主网获得电量，确保负载的平稳安全运行。

作为室内设计和环境保护的重要组成部分，室内绿植是一种主要的净化室内空气的途径。随着生活水平的不断提高，人们种植绿植的种类也在不断增加，所种植的植物不但可以吸收空气中的有害气体，同时也起到了调节室内温度、湿度、释放氧气、调节户主心情、营造良好室内环境的作用。

目前常见的植物种植方式多为一次性成型的塑料盆或石制缸，这些植物培养器具通常在被放置在一固定位置、自然条件单一的环境中，且容易因为某些因素而缺少水分、阳光等必要的生长条件，这些都为户主打理植物带来麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种基于风光互补技术的植物培养机，从新能源的角度出发，结合小区现有的新能源装置，从自然中获得光照、湿度等数据，实现植物培养机内各必要参数的实时调节。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于风光互补技术的植物培养机，包括电力产生环节、电能变换环节、信息转换环节、植物培养环节，所述各环节协调工作，并最终通过种植箱实现功能。

本发明的进一步改进在于：包括垂直轴风力发电机、太阳能电池板、三相整流器、DC／DC变换器、DC/AC逆变器、蓄电池、蓄水池、MPPT控制器、并网接口控制装置、湿度计、窗户以及种植箱，由MPPT控制器连接垂直轴风力发电机和太阳能电池板，同时该控制器还配备了可控制总蓄水池的独立模块；垂直轴风力发电机连接整流器和DC／DC变换器，将转换得到的直流电送至直流母线；太阳能电池板产生的电量直接连接到DC／DC变换器并将产生的电力送至直流母线；直流母线将电力送至蓄电池，将蓄电池无法存储的电力通过DC／AC逆变器送至交流母线，供电网主网试用，同时，MPPT控制器和蓄水池与种植箱相连。

本发明的进一步改进在于：植物培养机的控制策略来源于垂直轴风力发电机和太阳能电池板的最大功率跟踪数据，浇灌水源可来自自然雨水；可通过实时数据控制其内部和窗户侧电动马达的开关、控制种植箱箱体内喷嘴的开关，确保箱体内保持植物种植所需要的湿度、通风量和光照强度。

本发明的进一步改进在于：种植箱包括遮阳板、电动马达、顶板、水箱、市售水入口、雨水入口、喷嘴、第一植物搁置板、第一湿度计、控制器箱、第二植物搁置板、第二湿度计。

本发明的进一步改进在于：种植箱的两侧全开，遮阳板可开，在第一植物搁置板和第二植物搁置板上设置多个通风口。

本发明的进一步改进在于：雨水入口连接屋顶的蓄水池通过使用自然雨水对种植箱内的植物进行浇灌；在自然雨水量不充足时，市售水入口连接市售水对种植箱内的植物进行浇灌。

本发明的进一步改进在于：收集垂直轴风力发电机、太阳能电池板以及第一湿度计、第二湿度计的数据，形成一种比值参数，MPPT控制器再利用这种参数控制窗户、遮阳板、喷嘴的开关，调节种植箱内的湿度、通风量和光照强度。

本发明的进一步改进在于：第一植物搁置板可拆卸。

本发明的进一步改进在于：将各个环节模块化，除了电力产生环节和电能变换环节外，其他环节可以任意变换而不受影响。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、将新能源技术与植物培养技术有机结合起来，特别是引用以风力发电和光伏发电为代表的微网技术，为新能源的综合利用提供了新思路；

2、为智能小区的绿植管理提供了一种新的解决方案和思路，可根据小区所在地的实时天气状况，确定植物所需要的湿度、通风量和光照强度；

3、采用新能源的方式为小区供电，特别是采用风力发电和光伏发电相结合的方式，提高了微网正常运行的可靠性和稳定性，克服单一为电源供电时可能会出现的间歇性问题；

4、合理利用本地降雨，避免了降水资源的直接流失并使其获得了一种简单高效的直接利用途径；

5、为分散型室内植物的维护管理提供了一种新思路，并且该方案可根据当地具体情况进行个性化的优化。

附图说明：

图1是本发明的模块图；

图2为本发明种植箱的结构示意图：

图3为图2的后视图；

图中标号：1－遮阳板；2－电动马达；3－顶板；4－水箱；5－市售水入口；6－雨水入口；7－喷嘴；8－植物搁置板；9－湿度计；10－控制器箱；11－植物搁置板；12－湿度计、13-垂直轴风力发电机、14-太阳能电池板、15-三相整流器、16- DC／DC变换器、17- DC/AC逆变器、18-蓄电池、19-蓄水池、20-MPPT控制器、21-窗户、22-种植箱。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3示出了本发明一种基于风光互补技术的植物培养机的一种实施方式，从宏观上看可以认为由电力产生环节、电能变换环节、信息转换环节、植物培养环节所构成；从微观上看，该系统可认为由垂直轴风力发电机、太阳能电池板、三相整流器、DC／DC变换器、DC/AC逆变器、蓄电池、蓄水池、控制器、并网接口控制装置、湿度计、窗户以及种植箱等零部件所构成。

本发明采用基于风光互补技术的微网系统作为能量的供给单元：利用小区内能够收集到的风能和太阳能作为微网内垂直轴风力发电机和太阳能电池板的能量来源。对于智能小区来说，一般为了节约用电面积和发电质量可靠，常常选用屋顶作为可分布式电源的施工、发电现场。在垂直轴风力发电机和太阳能电池板处均利用MPPT控制器作为一种最大功率跟踪的装置，且将采集到的数据进行保留，作为一种本地天气数据的重要依据。与此同时，对于垂直轴风力发电机，需经过整流器和DC／DC变换器将能量送至直流母线；对于太阳能电池板则直接通过DC／DC变换器送至直流母线；之后再将电量存至蓄电池，多余的部分则使用DC／AC逆变器，将直流电转化成为交流电。

本发明采用智能蓄水池作为种植箱的水源主要供给方式：包括总蓄水池和机器附带水箱。总蓄水池储存雨水，在机器附带水箱处于缺水状态时将水送入，如总蓄水池水未满则保持蓄水状态，水满后则将多余的水排入下水管道；机器水箱则在箱内湿度较低时将水从喷嘴中排出。

本发明采用DSP2812作为微网MPPT控制器，采用STM32作为种植箱的内置控制器：MPPT控制器用于跟踪垂直轴风力发电机和太阳能电池板的最大功率，与此同时根据两者的最大功率分析该时刻的天气情况；种植箱内置控制器连接湿度计、喷嘴和电动马达，通过由MPPT控制器和湿度计传回的信号分析得出遮阳板、水龙头和窗户的开关情况。MPPT控制器还配备水箱控制模块、电压电流采集模块、PWM驱动模块等。

本发明设计了一种风力发电机和太阳能电池板的最大功率参数。风力发电和光伏发电具有极强的互补性：通常情况下，当光伏发电功率处于较大值时风力发电功率较小；而当风力发电功率处于较大值时往往光伏发电功率较小。因此，可以通过这两者的关系实现实时天气的大致预测，从而获得一个理想的植物环境值。由此可以参考植物的理想生长环境，确定种植箱内的湿度、通风量和光照强度。

本发明充分考虑到了随着季节的更替可能导致的风力资源、光能资源以及降水量不足的情况。在具体操作时还应充分考虑了解到本地区的的月平均温度、阳光辐射角度、风机安装高度的平均风力等信息，通过连接电网主网和建筑内市售水源，确保种植箱的正常工作和运行。

通过风力发电机和太阳能电池板的最大功率数据可以获得一个二维数据。一般认为，当风力发电机处于大功率状态、太阳能电池板也处于大功率状态时，可以认为室外处于大风有阳光的环境，此时可关闭窗户，打开遮阳板；当风力发电机处于大功率状态而太阳能电池板处于小功率状态时，可以认为室外为阴雨天气，此时可关闭窗户，调整遮阳板角度到合适位置；当风力发电机处于小功率状态、太阳能电池板处于大功率状态时，可认为室外处于有阳光、微风的环境，此时可打开窗户，打开遮阳板；当太阳能电池板和风力发电机均处于小功率状态时，此时可打开窗户，调整遮阳板到合适位置。

种植箱内置控制器还控制水箱和喷嘴。结合水箱中的水位状况和湿度计的显示状况，并考虑各植物的喜水性适度放水。

本方案还涉及并网接口。在基于风光互补的微网系统不能实现能量供给时可以通过电网主网为其输送电力，但此时MPPT控制器仍然为植物培养机种植箱内控制器提供必要的数据信号。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。