农业大棚折射型分频聚光光伏系统、及农业大棚的制作方法

本实用新型涉及太阳能应用技术领域，具体涉及一种农业大棚折射型分频聚光光伏系统以及一种具有上述系统的农业大棚。

背景技术：

目前我国的设施农业栽培总面积已经达到了世界第一，温室大棚的出现使得人们几乎可以在一年四季中都能够吃到新鲜的蔬菜和瓜果，极大地方便了人们的饮食生活。近年来在各地农机等部门积极的积极推广下，我国设施农业取得了快速发展，社会经济效益显著。

另一方面，光伏产业具有可再生、充足、安全、清洁等特点，各国相继投入大量资金，出台了各种政策进行支持，目前光伏太阳能产业正处于发展的快车道，表现在产量的不断提升，单位价格的不断下降。在这一背景下，农业光伏大棚应运而生。但是目前的光伏存在着太阳能量的综合利用效率低等问题，主要表现在太阳能的光谱利用不科学，大棚上的光伏板专用采光，所有波段都用来发电，光伏板下的大棚内则无法照到光照。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的适用于农业大棚的分频聚光光伏系统成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种农业大棚折射型分频聚光光伏系统。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种农业大棚折射型分频聚光光伏系统，该系统包括：

设于大棚棚顶的聚光装置，其包括柱面折射镜，所述柱面折射镜的截面形状呈抛物线形、弧形或复合抛物线形；

设于大棚内部空间并位于所述聚光装置的聚光位置上的分频装置；和

设于分频装置远离聚光装置一侧的光伏装置，其包括靠近分频装置设置的光伏电池组件层、和用于支撑所述光伏电池组件层的支撑件；

入射至所述聚光装置上的太阳光经过折射汇聚至所述分频装置上，所述分频装置将所述太阳光中的可见光分频为红光、蓝光和其它可见光，红光和蓝光被分频装置反射至大棚内部空间，所述分频装置将其它可见光照射到所述光伏电池层被所述光伏电池层转化为电能。

其中，所述分频装置为由连续或非连续的光谱分频器组成的分频镜面。

其中，所述聚光装置的曲面折射镜为菲涅尔透镜。

其中，所述聚光装置包括：

由多个曲线形支撑架沿聚光装置长度方向排列成的支撑架体；和

设于支撑架体上的多个条状折射镜单元，多个条状折射镜单元沿着曲线形支撑架的曲线拼接形成曲面折射镜；

其中，所述曲线形支撑架呈抛物线形、弧形或复合抛物线形。

其中，所述分频装置朝向聚光装置的一面设有用于反射蓝光和/或红光的滤光膜。

其中，所述支撑件的截面呈三角形。

本实用新型还提供了一种农业大棚，包括：农业大棚主体和设于所述农业大棚主体上的上述的折射型分频聚光光伏系统；

农业大棚主体包括：种植面、从所述种植面的第一端垂直向上延伸的垂直面、和从所述垂直面的顶端延伸至种植面的第二端的大棚棚顶；

折射型分频聚光光伏系统包括：设于大棚棚顶的聚光装置，其包括柱面折射镜，所述柱面折射镜的截面形状呈抛物线形、弧形或复合抛物线形，所述聚光装置的聚光位置靠近农业大棚种植面和垂直面的交界处；设于大棚内部空间并位于所述聚光装置的聚光位置上的分频装置；和设于分频装置远离聚光装置一侧的光伏装置，其包括靠近分频装置设置的光伏电池组件层、和用于支撑所述光伏电池组件层的支撑件；其中，入射至所述聚光装置上的太阳光经过折射汇聚至所述分频装置上，所述分频装置将所述太阳光中的可见光分频为红光、蓝光和其它可见光，红光和蓝光被分频装置反射至大棚内部空间，所述分频装置将其它可见光照射到所述光伏电池层被所述光伏电池层转化为电能。

本实用新型的农业大棚折射型分频聚光光伏系统适用于农业大棚，其光伏装置没有设置在大棚棚顶而是设于大棚内部，聚光装置为折射型且位于大棚棚顶，采光效率高的同时还对太阳光进行了聚光，所需要的太阳能光伏装置的面积大大缩小，有效提升太阳能发电量；本实用新型的系统中分频装置将可见光中的蓝光和红光反射，有利于提供植物的光合作用效率；本实用新型的系统还具有结构简单、成本低廉的优势，同时，综合利用太阳光能，节约土地资源，提高产量和效率。

附图说明

图1是本实用新型的农业大棚折射型分频聚光光伏系统的结构示意图。

图2是本实用新型的农业大棚折射型分频聚光光伏系统的截面图。

图3是本实用新型的折射型分频聚光光伏系统的聚光装置的结构示意图。

图4是本实用新型的农业大棚的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在下文中，将参考附图来更好地理解本实用新型的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地说明本实用新型的部件。此外，在附图中的若干视图中，相同的附图标记指示相对应零件。

如本文所用的词语“示例性”或“说明性”表示用作示例、例子或说明。在本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式未必理解为相对于其它实施方式是优选的或有利的。下文所描述的所有实施方式是示例性实施方式，提供这些示例性实施方式是为了使得本领域技术人员做出和使用本公开的实施例并且预期并不限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在其它实施方式中，详细地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本实用新型。出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”和其衍生词将与如图1定向的实用新型有关。而且，并无意图受到前文的技术领域、背景技术、发明内容或下文的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论限制。还应了解在附图中示出和在下文的说明书中描述的具体装置和过程是在所附权利要求中限定的实用新型构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被理解为限制性的，除非权利要求书另作明确地陈述。

请参阅图1至图2所示，本实施例的农业大棚折射型分频聚光光伏系统包括：聚光装置、分频装置20和光伏装置，其中，聚光装置设于大棚棚顶，聚光装置包括柱面折射镜101，所述柱面折射镜101的截面形状呈抛物线形、弧形或复合抛物线形。

其中，分频装置20设于大棚内部空间并位于聚光装置的聚光位置上，分频装置20呈倾斜设置的板状，分频装置20基于光学薄膜或光学元件的折射、干涉或衍射而产生光谱分光/分频功能，所述的光学薄膜或光学元件包括但不限于：薄膜滤光片/膜，高折射率n1与低折射率n2介电薄层材料或金属-介电薄层材料相互交叠排列，或者折射率随厚度渐变的介电薄层材料；全息光栅；衍射微光学元件。分频装置20用于将所述太阳光中的可见光分频为红光、蓝光和其它可见光，红光和蓝光被分频装置20反射至大棚内部空间，分频装置20将其它可见光照射到光伏装置上被转换为电能。在一个优选实施方式中，分频装置20朝向聚光装置的一面设有用于反射蓝光和/或红光的滤光膜201，分频装置20接收聚光装置的聚光光束，在分频装置20上镀有滤光膜201的一侧反射部分波段的聚光光束，由于不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长约为400-500nm的蓝色光线以及波长约为610-720nm的红色光线对于光合作用贡献最大，因此，选用的滤光膜201反射的是植物生长所需的红光和蓝光。分频装置20的另一侧对应设置有光伏装置，实现发电。在另一个优选实施方式中，分频装置20为由连续或非连续的光谱分频器组成的分频镜面。

光伏装置设于分频装置20远离聚光装置的一侧，光伏装置包括靠近分频装置20设置的光伏电池组件层301、和用于支撑所述光伏电池组件层301的支撑件302。光伏电池组件层301可以设于分频装置20上，也可以与分频装置20间隔设置；光伏电池组件层301设于分频装置20上时，为了隔热，可以在二者之间设置真空层或吸热层。支撑件302起支撑作用确保光伏电池组件层301倾斜设置，在一个优选实施方式中，支撑件302沿着整个分频装置20的长度方向延伸且其截面呈三角形；在另一个优选实施方式中，支撑件302数量为两个，分别设于光伏电池组件层301长度方向的两端。光伏电池组件层301可采用但不限于单/多晶硅薄膜太阳能电池组件。

上述的农业大棚折射型分频聚光光伏系统将入射至所述聚光装置上的太阳光经过折射汇聚至所述分频装置20上，所述分频装置20将所述太阳光中的可见光分频为红光、蓝光和其它可见光，红光和蓝光被分频装置20反射至大棚内部空间，所述分频装置20将其它可见光照射到所述光伏电池层301被所述光伏电池层301转化为电能。上述的农业大棚折射型分频聚光光伏系统可以兼顾光伏发电与大棚种植双重功能，将光伏发电与光学滤波功能结合，具有太阳能发电效率高、透过光谱分频的优势，由于采用聚光技术，所需要的太阳能光伏组件面积大大缩小，有效提升太阳能发电量。

聚光装置采用柱面形式，由于整体柱面加工技术难，成本大，因此考虑采用拼接成的线焦式聚光柱面，采用塑料投射式太阳能聚光装置，聚光装置结构采用柱面线焦结构，为了降低成本，方便安装，柱面线焦采用拼接成的线焦式聚光镜面，请参阅图3所示，作为一个优选实施方式，聚光装置包括：多个条状折射镜单元1011和支撑架体，支撑架体由多个曲线形支撑架1021沿聚光装置长度方向排列形成，多个条状折射镜单元1011设于支撑架体上，多个条状折射镜单元1011沿着曲线形支撑架1021的曲线拼接形成曲面折射镜101，其中，所述曲线形支撑架呈抛物线形、弧形或复合抛物线形。在另一个优选实施方式中，如果大棚的棚顶形状与支撑架体类似，则无需提供支撑架21，多个条状折射镜单元1011可以直接设于农业大棚的棚顶的支架上。

聚光装置的曲面折射镜101为菲涅尔透镜，聚光装置采用菲涅尔镜面折射聚光的方法来提高单位面积太阳能电池的输出功率，一定程度上克服了太阳能的分散性。

请参阅图1和图4所示，本实用新型实施例提供了一种农业大棚，包括：农业大棚主体和设于所述农业大棚主体上的上述的折射型分频聚光光伏系统；

农业大棚主体包括：种植面401、从所述种植面401的第一端4011垂直向上延伸的垂直面402、和从所述垂直面402的顶端4021延伸至种植面的第二端4012的大棚棚顶403，大棚棚顶403的形状可以为柱面或者平面。折射型分频聚光光伏系统如上述，在此不进行一一赘述。聚光装置设于大棚棚顶403，聚光装置的聚光位置靠近农业大棚种植面401和垂直面402的交界处40a。

对于现有的光谱分离型太阳能光伏发电系统而言，由于采用光谱分离技术，需要大面积印刷输出电流的电极图形，无法做到兼顾光伏发电与滤波功能。无论采用哪种薄膜光伏技术，让蓝光和红光透过都无法将光谱分离透彻，且光伏（P/N结）结构复杂、成本过高。而采用红蓝光滤光膜去除蓝光和红光后，根据光谱积分计算，得出所损失的发电效率均未出现大范围的下降。光伏发电部分可以根据现场规模，本实用新型可以根据规模大小采用离网系统或者并网系统，发电量几百千瓦可以采用离网系统，发电量达到兆瓦级可以采用并网系统。本实用新型中，支架、支撑件等均经过高科技处理，具有防潮、防霉、防盐雾的优点，聚光装置的主要部件均由轻量化金属制成，连同其它部件的整体重量较轻且，适合于安装在大棚上，安装维护方便。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。