一种智能光伏温室及其多功能骨架的制作方法

本实用新型属于园艺器械领域，具体涉及一种智能光伏温室及其多功能骨架。

背景技术：

太阳能日光温室是我国自主研发的温室结构，多年来作为具有典型中国特色、规模巨大的设施类型，一直是中国温室园艺装备升级的重点。截止2013年，我国设施农业面积已达到350万公顷，其中日光温室达88万公顷，占设施总面积的25％，设施农业总产值7080亿元，约占到我国农林牧渔业累计总产值89465.7亿元的8％。在化石能源濒临枯竭的背景下，日光温室已成为中国设施园艺产业突破资源环境瓶颈制约，保持我国冬季设施产品的长期有效供给的重要手段。

另外，设施园艺环境调控技术作为保障作物在寒冷、高温及其他不利气候条件下仍然能够正常生长的重要技术手段，克服了自然环境条件对农业生产的限制，大大的提高了农业生产效率。温室作为设施园艺的一种表现形式，它的环境调控发展水平体现了现代化都市农业的发展程度。到2020年在我国各种清洁能源所能提供的预计资源量各不相同。风能预计为3亿千瓦时；太阳能光伏预计为2000万千瓦时；

包括沼气、风力、浅层地能和太阳能等在内的清洁能源技术被逐步研究和应用于温室。相比于其他清洁能源，太阳能具有以下几个优点：(1)太阳能是人类可以利用的最丰富的能源；(2)太阳能在地球上无处不在，不需要运输；(3)太阳能在使用过程中对环境不会造成污染。人们主要从两个技术方向将太阳能应用于日光温室中，一个是目前在日光温室中应用较多的太阳能蓄热技术，另一个是太阳能发电技术。太阳能蓄热系统得到的主要是低品位热能，主要用来提高日光温室冬季的保温蓄热能力，而太阳能发电技术可利用太阳能获取高品位能源(电能)，应用范围更为广泛，可为温室环境调控设备提供能量。因此，日光温室的光伏发电和内部植物正常生长直接的偶合关系研究仍然是太阳能日光温室的亟待解决的问题。

针对实践中光伏温室的设计难题，本发明结合实践中温室通常都会确定种植作物，因此作物的需光特性也基本可以确定，进而提出了本发明的不同覆盖率的光伏温室结构。该光伏温室可以根据内部作物的不同而采用不同的覆盖方式。

另外，在光伏温室的生产方面，内部植物的种植与上部光伏发电组件的覆盖进行了耦合设计，因此可以保证光伏发电组件的影阴落在作物的间隙，进而最大限度提高光伏温室内部种植区域的遮阴率，最终保证光伏温室内部植栽的正常生长。另外，由于光伏温室密闭程度大大提高，因此温室内温度湿度控制都变的困难，常规的光伏温室都采用温室传统降温方法，从而导致了温室室内温度过高，进而影响了内部作物的正常生长。不能适应内部作物的调整。

因此，亟待开发一种既可以利用保持最大面积地光伏发电组件以保证发电量，另一方面也可以为植物提供充分光照，进而达到控制光伏温室内植物生长的环境，同时协调光伏发电和植物生产之间的关系，提高了光伏温室对不同作物的适应性，最大限度地提高光伏温室的通用性，进而为未来光伏农业打好结实的理论和实践基础。

技术实现要素：

针对现有日光温室在采光结构上存在的缺陷或不足，本发明目的在于，提供一种智能光伏温室及其多功能骨架，该光伏温室可以根据不同植物生长的不同要求而灵活确定的光伏发电组件覆盖率和覆盖方式，从而实现光伏温室组件覆盖率和内部植物种植的耦合，而且在光伏发电组件的覆盖方式上也采用了详细的光阴分析，使得光伏发电组件覆盖方式和内部种植的耦合，光伏发电组件的影阴最大限度地投射在内部植栽的间隙，因此，从根本上突破了现有光伏温室的采光设计瓶颈，进而也达到了光伏温室在保证植物生产的同时光伏发电的最大化，同时也提高了光伏温室对不同作物和同一作物在不同生长期的适应性。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种智能光伏温室，包括温室前墙、温室骨架及温室后墙，所述的温室骨架包括温室骨架上弦杆、温室骨架腹杆和温室骨架下弦杆，在所述的温室骨架上弦杆外固定贴设光伏发电组件，在所述的温室骨架下弦杆内穿设温室内保温驱动钢缆。

一种可行的方案，所述的温室骨架沿温室横向包括温室前采光面和温室后坡面，在温室前采光面上靠近温室后坡面的部分铺设光伏发电组件。

另一种可行的方案，所述的温室骨架沿温室横向包括温室前采光面和温室后坡面，沿温室前采光面在温室后坡面上方设置温室前采光面延伸骨架，在温室前采光面延伸骨架与温室前采光面延伸的斜面上设置光伏发电组件。

或者，还在所述的温室前采光面靠近温室前墙的部分铺设光伏发电组件。

进一步的，在温室后坡面上铺设温室后坡板，温室后坡板通过温室后坡板驱动电机和温室后坡板驱动齿条实现开合。

具体的，所述的温室内保温驱动钢缆通过温室内保温驱动电机驱动。

更进一步的，温室骨架上弦杆外通过光伏发电组件卡固件固定贴设光伏发电组件。

具体的，所述的温室骨架上弦杆为顶面开口的中空腔体结构，温室骨架腹杆为连接温室骨架上弦杆和温室骨架下弦杆的倾斜设置的实心杆，温室骨架下弦杆为底面开口的中空腔体结构。

一种智能光伏温室多功能骨架，沿竖向依次包括温室骨架上弦杆、温室骨架腹杆和温室骨架下弦杆，在所述的温室骨架上弦杆外固定贴设光伏发电组件，在所述的温室骨架下弦杆内穿设温室内保温驱动钢缆；

具体的，所述的温室骨架上弦杆为顶面开口的中空腔体结构，温室骨架腹杆为连接温室骨架上弦杆和温室骨架下弦杆的倾斜设置的实心杆，温室骨架下弦杆为底面开口的中空腔体结构。

本发明的优点在于：

其一，采用多功能特异化设计的光伏温室专用骨架，大大方便了光伏板和配套的内部保温系统的安装,同时设计了不同的光伏组建覆盖率使光伏温室建筑从根本上提高了光伏发电组件的覆盖率，光伏发电组件覆盖率可以在30％～81％之间根据内部作物进行选配,大大提高了光伏温室对不同光照需求作物的适应性。经过我们的科研实验表明，光伏温室采光面透光率维持在30％以上即可完全不影响温室中喜光果菜类作物的生长，因此新型的可调透光率光伏温室完全可以满足温室生产对设施结构的要求，不会对温室生产造成影响，同时可以提供光伏电力供应。

其二，运用光阴分析对光伏发电组件的影阴进行了细致分析,将内部植物的种植与光伏发电组件的铺设进行了巧妙地耦合。进而达到了在不影响植物生长的情况下,实现最大限度地提高光伏组建覆盖率。

其三，为了最大限度提高光伏发电组件的采光面积，本发明利用了温室屋顶的挑出部分安装光伏发电组件也设计了在温室前屋脚的种植盲区增设光伏发电组件的方法。进而保证了在最大限度提高光伏发电组件覆盖率的同时，不影响内部植栽的生长。

其四，光伏温室采用了全开型的温室后坡板和内悬挂保温装置，因此，可以全面协调光伏温室发电和内部环境控制的问题。

附图说明

图1是本实用新型的第一种智能光伏温室的结构示意图；

图2是本实用新型的第二种智能光伏温室的结构示意图；

图3是本实用新型的第三种智能光伏温室的结构示意图；

图4是本实用新型的多功能骨架的结构剖视图；

图5是本实用新型的多功能骨架的结构放大图；

图6是本实用新型的多功能骨架上光伏发电组件与多功能骨架的连接关系放大图；

图中标号代表：1-温室前墙、2-温室骨架、2-1温室骨架上弦杆、2-2温室骨架腹杆、2-3温室骨架下弦杆、3-光伏发电组件、4-光伏发电组件卡固件、5-温室后坡板驱动电机、6-温室后坡板驱动齿条、7-温室后坡板、8-温室内保温驱动电机、9-温室后墙、10-温室后墙绝热板、11-温室前采光面延伸骨架、12-温室内保温驱动钢缆；

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

本实用新型的智能光伏温室的温室骨架采用了上下弦杆均为内卷边C型钢的设计方案，该骨架不仅是光伏温室的承力构件，同时光伏发电组件可以直接固定在该多功能骨架的上弦杆上。另外，为了避免光伏发电组件遭到破坏，光伏温室无法采用通常温室所采用的外保温被保温方式，因此该多功能骨架的下弦杆也采用了内卷边C型钢，该下弦杆也同时为光伏温室悬挂内保温被的导轨，因此实现了骨架的多功能利用。

在本实用新型的智能光伏温室的温室骨架外铺设光伏发电组件的整体设计上，采用了主体结构统一，但是具体铺设方案不同的结构：第一种铺设方案见图1，温室骨架沿温室横向包括温室前采光面和温室后坡面，在温室前采光面上靠近温室后坡面的部分铺设光伏发电组件；

第二种铺设方案见图2，采用了将温室前采光面向温室后坡延伸一段的做法，进而可以最大限度地提高光伏发电组件的覆盖率。

另外，温室前屋脚部分由于高度较低，通常无法种植作物，利用实践种植中的这一特点，在第二种铺设方案的基础上设计了第三种铺设方案，见图3，即还在靠近温室前墙的温室前采光面上部分设计了一排光伏发电组件，因此也在不影响内部作物的同时，提高了光伏发电组件覆盖率，进而增大了发电量。

同时，由于本实用新型的智能光伏温室内部密闭程度高，因此温室内部环境的控制变得非常必要。本实用新型中采用了全开型温室后坡板，该温室后坡板配合温室悬挂内保温系统(钢缆上悬挂保温被)，即可实现对光伏温室内部环境的全方位控制。

发明人经过科学地研究光伏发电组件的影阴分布规律，提出一种根据不同植栽而确定的不同覆盖率温室，设计出一种影阴可控和高效发电的光伏温室，以突破现有技术发展的限制瓶颈，为光伏发电温室的发展提供新的思路和方向。

实施例一：

结合图1～6，本实用新型的智能光伏温室，包括温室前墙1、温室骨架2及温室后墙9，温室骨架2沿包括温室骨架上弦杆2-1、温室骨架腹杆2-2和温室骨架下弦杆2-3，在温室骨架上弦杆2-1外固定贴设光伏发电组件3，在温室骨架下弦杆2-3内穿设温室内保温驱动钢缆12；

具体的，首先温室骨架2安装在温室后墙9和温室前墙1上，温室后墙9最好为预装配式固化土主动蓄热后墙，温室后墙9外边有温室后墙绝热板10，温室后墙绝热板10为EPS板。温室骨架2沿温室横向包括温室前采光面和温室后坡面，在温室前采光面上靠近温室后坡面的部分铺设光伏发电组件3；温室后坡面上安装可开启式温室后坡板7，温室后坡板7由温室后坡板驱动电机5和温室后坡板驱动齿条6的直接推动下实现开启和关闭，进而达到对光伏温室内部温度和气流的控制。温室骨架下弦杆2-3内部穿设温室内保温驱动钢缆12，温室内保温驱动钢缆12上悬设保温被，该驱动钢缆在温室内保温驱动电机8的驱动下实现内悬挂保温被的开启和闭合，进而实现温室内保温的主动控制。

其中，温室骨架上弦杆2-1和温室骨架下弦杆2-3均采用内卷边C型钢结构，这样的结构能保证，在温室骨架上弦杆2-1上通过光伏发电组件卡固件4固定光伏发电组件3，在温室骨架下弦杆2-3内穿设温室内保温驱动钢缆12，既保证了外部光伏发电的需要，又满足了内部保温的要求；且本实用新型的光伏发电组件3为太阳能光伏发电板，光伏发电组件卡固件4即为螺栓和螺母的卡固结构，保证光伏发电组件3能牢固的固定在温室骨架上弦杆2-1上。

图1中的光伏发电组件在温室前采光面上的覆盖率为47％，在北纬30～40°纬度范围内，冬至日(12月22日)当日正午，47％覆盖率的光伏温室，光伏发电组件3与内部植物生长完全互不影响。但如果再增加光伏发电组件3的覆盖率到58％～81％，内部植物的种植位置需要和光伏发电组件3的设置位置结合起来，也即采用光伏发电组件3的布置位置和植物种植位置列错位布置时，也可以达到完全不影响。

为了最大限度地提高光伏发电组件3的覆盖率，本实用新型设计了温室前采光面延伸骨架11，在温室前采光面延伸骨架11与温室前采光面延伸的斜面上设置光伏发电组件3，可以在不影响内部植栽生长的情况下最大限度地提高光伏发电组件的覆盖率，进而可以最大限度地提高光伏温室的发电量，具体布置方式如图2所示，图2中的带有箭头的线条表示冬至日09：00至15：00之间的光线方向，由于增加了温室前采光面延伸骨架11，可将多出的覆盖面转移到温室前采光面延伸骨架11上，此时58％～81％覆盖率的光伏温室在冬至日09：00至15：00之间的6个小时内，种植区域的遮荫率最高仅为20％，最低为4.46％，因此对内部植物生长基本不造成影响。

由于还有一种温室的结构为温室前墙部分高度较低，通常无法种植作物，利用实践种植中的这一特点，在第二种铺设方案的基础上设计了第三种铺设方案，见图3，图3中的带有箭头的线条表示冬至日09：00至15：00之间的光线方向，即还在靠近温室前墙1的温室前采光面上设计了一排光伏发电组件3，在采用了光伏发电组件3与温室内植栽相耦合的设计方式后，光伏发电组件3对内部植物的遮光影响几乎可以控制在2.5％以内，而于此同时光伏发电组件的截光面积增加了10％～34％，因此实现了光伏发电与内部作物生产互不影响的目的。采用47％或58％光伏覆盖率的温室，对后排温室不产生新增的遮荫面积，因此对温室内植物的生长不产生影响。采用81％光伏覆盖率的温室除在09:00点和15:00点在种植区域产生了23.96％和12％的新增遮荫率外，在冬至日正午及前后4个小时时段内，均对后排温室内不产生新增的遮荫面积。因此，81％光伏覆盖率温室会对后排温室内的前屋角附近2m内的作物产生最多仅2h内的遮光影响。因此，从总体外部遮荫分析来看，三种覆盖率的光伏温室互相之间的影响较小，不对内部植物生长产生影响。