本发明涉及建筑光伏与绿化复合领域，具体地说是一种用于光伏绿化复合系统的控制装置。
背景技术：
光伏绿化复合屋面将光伏板和屋面绿化按照上下分层复合，即在屋面绿化层上安装太阳能光伏组件，有效地提高了屋面资源的利用率，使建筑物屋面具有绿化和光伏发电的双重功能。
但光伏绿化复合屋面在应用时也存在一些问题，如光伏板升温问题，光伏板温度越高，其发电效率就越低，光伏板的温度夏季时有50-60°c，冬季时有20-30°c，如何降低光伏背板温度以提高光伏组件发电效率是当前十分重要的研究内容。目前对光伏组件背板的降温和余热回收已有很多的研究，如在光伏组件背板设置冷水管进行余热回收和降温，冷水管余热回收主要用于提供热水，该技术虽然较好的解决了光伏组件背板升温问题且对光伏组件的余热进行了回收，但其回收效率较低，且需要大量的冷水，回收的大量热水只能应用在大量需要热水的场合，应用范围小，此外，为光伏板降温的水冷装置成本也较高，导致光伏板水冷回收技术应用不广泛。
在光伏绿化复合系统中，虽然光伏板下方的绿化植物经常要进行滴灌，但现有技术往往独立运行，将滴灌技术用于光伏板背面降温的研究还较少。
专利号为2017106037272，名称为“一种用于光伏复合屋于光伏水系统及节水方法与绿化复合屋面的节水系统及节水方法”的发明申请专利公开了提供一种用于光伏与绿化复合屋面的节水系统及节水方法，该专利通过在光伏板两侧设置侧向导水槽、下部设置集水槽、上部设置清洗装置和背面设置上部滴灌管网，使清洗光伏板的水用于滴灌绿化植物，节约了水资源，同时，设置在光伏板背面的上部滴灌管网可降低光伏板温度，提高光伏板的发电效率。上述专利虽然公开了将植物滴灌技术用于光伏板背面降温，但在实际应用中效果一般，这是由于植物每天根据土壤湿度进行滴灌的时间较少，一般为1~2小时，且有时几天才进行滴灌，而光伏板不同时间段的升温对其发电效率的影响也各不相同，图1为某日光伏板不同时刻的阳光照度、背板温度、发电功率及发电效率曲线图，从图中可以看出，在一定的板温范围内，即使板温不断的升高，光伏板的发电效率随太阳总辐射的上升而升高，此情况下太阳总辐射的影响大于板温的影响，当板温升高到一定的范围，即使太阳总辐射上升，光伏组件的发电效率随背板温度的上升而下降，此情况下板温的影响大于太阳总辐射的影响。
通过上述情况可知，植物滴灌如果处于太阳总辐射的影响大于板温的影响阶段，虽然降低了光伏板的温度，但对光伏板的发电功率和发电效率影响较小，此外，如果植物滴灌在辐照强度较低且发电功率较低时滴灌，光伏板的降温对其发电功率和发电效率的提高也较少。如何将有限的滴灌时间最大化地提升光伏板的发电效率和发电功率，现有技术缺乏相应的控制技术研究。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于光伏与绿化复合系统的控制装置，当太阳辐射强度较大而光伏板发电效率又因温度身高降低时，通过控制设置在光伏板背面的滴灌管网滴灌进行降温，在保证植物正常生长的情况下，有效提高光伏板发电效率。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种光伏与绿化复合系统的控制装置，所述光伏与绿化复合系统包括绿化植物、至少一块光伏板、滴灌管网、滴灌主管和安装在滴灌主管上的水泵，所述光伏板架空设置在绿化植物上方，所述滴灌管网安装在光伏板的背面，其设有多个位于绿化植物正上方的滴头，所述滴灌主管与滴灌管网连通，所述控制装置包括安装在光伏板正面的太阳能总辐射仪、安装在滴灌主管上的控制阀、土壤湿度传感器、功率测量传感器和控制模块，
所述太阳能总辐射仪与控制模块连接，用于检测光伏板正面的太阳辐射强度，所述功率测量传感器分别与光伏板和控制模块连接，用于测量光伏板的发电功率；
所述土壤湿度传感器与控制模块连接，用于检测绿化植物的土壤湿度；
所述控制模块包括获取单元、计算单元、第一判断单元、第一控制单元和第二控制单元，所述获取单元用于获取所述光伏板的面积、光伏板的太阳辐射强度、光伏板的发电功率和绿化植物的土壤湿度；所述计算单元用于根据光伏板的面积、光伏板的太阳辐射强度和光伏板的发电功率计算所述光伏板的发电效率；所述第一判断单元用于设置时间阀值，并判断当前时间处于的时间阀值，所述时间阀值分为“第一滴灌阀值”和“第二滴灌阀值”；所述第一控制单元用于在当前时间处于“第一滴灌阀值”时，将所述土壤湿度分别与第一预设土壤湿度、第二预设土壤湿度进行比较，根据比较结果以确定所述水泵和控制阀的工作模式，并控制所述水泵和控制阀根据所述工作模式执行对应的操作；
所述第二控制单元用于在当前时间处于“第二滴灌阀值”时，将所述土壤湿度与第三预设土壤湿度进行比较，将所述发电效率与预设发电效率进行比较，将所述太阳辐射强度与预设辐射强度进行比较，以确定所述水泵和控制阀的工作模式，并控制所述水泵和控制阀根据所述工作模式执行对应的操作。
进一步地，所述水泵为变频水泵，所述工作模式包括不工作模式、第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，所述不工作模式为控制阀和水泵均不运行，所述第一工作模式为控制阀打开和水泵以第一预设转速运行，所述第二工作模式为控制阀打开和水泵以第二预设转速运行，所述第三工作模式为控制阀打开，水泵执行以第二预设转速运行第一预设时间后关闭运行第二预设时间后再以第二预设转速运行第一预设时间的操作循环工作。
进一步地，所述水泵为变频水泵，所述工作模式包括不工作模式、第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，所述不工作模式为控制阀和水泵均不运行，所述第一工作模式为控制阀打开和水泵以第一预设功率运行，所述第二工作模式为控制阀打开和水泵以第二预设功率运行，所述第三工作模式为控制阀打开，水泵执行以第二预设功率运行第一预设时间后关闭运行第二预设时间后再以第二预设功率运行第一预设时间的操作循环工作。
进一步地，所述第一控制单元具体包括：判断所述土壤湿度是否小于第一预设土壤湿度；当所述土壤湿度小于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀和水泵以第一工作模式执行对应的操作；当所述土壤湿度大于或等于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀和水泵以不工作模式执行对应的操作。
进一步地，所述第一控制单元具体包括：判断所述土壤湿度是否小于第一预设土壤湿度；当所述土壤湿度小于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀和水泵以第一工作模式执行对应的操作，当所述控制阀和水泵以第一工作模式执行对应的操作时，继续判断所述土壤湿度是否大于或等于第二预设土壤湿度，如果所述土壤湿度大于或等于第二预设土壤湿度，则控制所述控制阀和水泵以不工作模式执行对应的操作，如果所述土壤湿度小于第二预设土壤湿度，则控制所述控制阀和水泵以第一工作模式执行对应的操作；当所述土壤湿度大于或等于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀和水泵以不工作模式执行对应的操作。
进一步地，所述第二控制单元具体包括：
分别判断所述土壤湿度是否小于第三预设土壤湿度，所述发电效率是否小于预设发电效率，所述太阳辐射强度是否小于预设辐射强度，
当所述土壤湿度小于第三预设土壤湿度，所述太阳辐射强度大于或等于预设辐射强度，且所述发电效率小于预设发电效率时，控制所述控制阀和水泵以第二工作模式或第三工作模式执行对应的操作；
当所述土壤湿度小于第三预设土壤湿度，且所述发电效率大于或等于预设发电效率时，控制所述控制阀和水泵以不工作模式执行对应的操作；
当所述土壤湿度大于或等于第三预设土壤湿度时，控制所述控制阀和水泵以不工作模式执行对应的操作；
当所述太阳辐射强度小于预设辐射强度时，控制所述控制阀和水泵以不工作模式执行对应的操作。
进一步地，所述第一预设转速为第二预设转速的1.5~4倍，所述第一预设时间为5s~30s，所述第二预设时间为2min~10min。
进一步地，所述第一预设功率为第二预设功率的1.5~4倍，所述第一预设时间为5s~30s，所述第二预设时间为2min~10min。
进一步地，所述第一预设土壤湿度为12%~15%，所述第二预设土壤湿度为16%~18%，所述第三预设土壤湿度为28%~34%，所述预设发电效率为10%~14%，所述预设辐射强度为500w/m2~800w/m2。
进一步地，所述上部滴灌管网的水管采用金属管。
本发明的有益效果是：
（1）在光伏板背面安装滴灌植物的金属滴灌管网，在植物滴灌时可有效降低光伏板的温度；
（2）分析不同时间段光伏板升温对其发电效率的影响，将绿化植物滴灌的时间设置在太阳辐射强度较大且光伏板因升温而发电效率下降的阶段，使植物的滴灌最大化地用于光伏板的降温；
（3）在绿化植物土壤设定范围内，通过改变滴灌模式将植物的滴灌时间延长，使滴灌植物的水最大化吸收光伏板背面的温度，有效提高光伏板的发电功率；
（4）根据光伏板降温的需求改变植物的滴灌时间和土壤设定范围，使滴灌的水大多数可用于光伏板降温；
（5）通过将光伏板的发电效率与预设发电效率对比来控制植物的滴灌，可避免辐射强度、环境温度等因素对植物滴灌控制的影响。
附图说明
图1为现有技术中光伏板不同时刻的阳光照度、背板温度、发电功率及发电效率曲线图。
图2为光伏与绿化复合系统结构示意图。
图3为光伏与绿化复合系统俯视示意图。
图4为控制装置各部件连接图。
附图标记说明：1-光伏板，2-滴灌管网，3-滴头，4-绿化植物，5-控制模块，6-功率测量传感器，7-控制阀，8-滴灌主管，9-水泵，10-土壤湿度传感器，11-太阳能总辐射仪。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细阐述。
如图2、图3和图4所示，一种光伏与绿化复合系统的控制装置，所述光伏与绿化复合系统包括绿化植物4、至少一块光伏板1、滴灌管网2、滴灌主管8和安装在滴灌主管8上的水泵9，所述光伏板1架空设置在绿化植物4上方，所述滴灌管网2安装在光伏板1的背面，其设有多个位于绿化植物4正上方的滴头3，所述滴灌主管8与滴灌管网2连通，所述控制装置包括安装在光伏板1正面的太阳能总辐射仪11、安装在滴灌主管8上的控制阀7、土壤湿度传感器10、功率测量传感器6和控制模块5。
所述太阳能总辐射仪11与控制模块5连接，用于检测光伏板1正面的太阳辐射强度，所述功率测量传感器6分别与光伏板1和控制模块5连接，用于测量光伏板1的发电功率。
所述土壤湿度传感器10与控制模块5连接，用于检测绿化植物4的土壤湿度。
所述控制模块5包括获取单元、计算单元、第一判断单元、第一控制单元和第二控制单元；
所述获取单元用于获取所述光伏板1的面积、光伏板1的太阳辐射强度、光伏板1的发电功率和绿化植物4的土壤湿度；
所述计算单元用于根据光伏板1的面积、光伏板1的太阳辐射强度和光伏板1的发电功率计算所述光伏板1的发电效率；
所述第一判断单元用于设置时间阀值，并判断当前时间处于的时间阀值，所述时间阀值分为“第一滴灌阀值”和“第二滴灌阀值”，
所述第一控制单元用于在当前时间处于“第一滴灌阀值”时，将所述土壤湿度分别与第一预设土壤湿度、第二预设土壤湿度进行比较，根据比较结果以确定所述水泵9和控制阀7的工作模式，并控制所述水泵9和控制阀7根据所述工作模式执行对应的操作；
所述第二控制单元用于在当前时间处于“第二滴灌阀值”时，将所述土壤湿度与第三预设土壤湿度进行比较，将所述发电效率与预设发电效率进行比较，将所述太阳辐射强度与预设辐射强度进行比较，以确定所述水泵9和控制阀7的工作模式，并控制所述水泵9和控制阀7根据所述工作模式执行对应的操作。
优选地，所述水泵9为变频水泵，可通过调节水泵转速来控制滴灌速度，所述工作模式包括不工作模式、第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，所述不工作模式为控制阀7和水泵9均不运行，所述第一工作模式为控制阀7打开和水泵9以第一预设转速运行，所述第二工作模式为控制阀7打开和水泵9以第二预设转速运行，所述第三工作模式为控制阀7打开，水泵9执行以第二预设转速运行第一预设时间后关闭运行第二预设时间后再以第二预设转速运行第一预设时间的操作循环工作。具体地，所述第一预设转速优选为第二预设转速的1.5~4倍，所述第一预设时间优选为5s~30s，所述第二预设时间优选为2min~10min，，第一预设转速明显比第二预设转速大，在光伏板不需降温时，可迅速完成滴灌，提高滴灌效率，在光伏板需降温时，优先考虑降温，使水泵以较小的预设转速运行，提高降温效果，第二预设时间大于第一预设时间，使滴灌管网的水能够充分吸热，在一定的滴灌量下最大化提高光伏板降温效果。
在本发明的一个进一步的实施例中，水泵可通过控制用电功率调节滴灌速度，优选地，所述水泵9为变频水泵，可通过调节水泵功率来控制滴灌速度，所述工作模式包括不工作模式、第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，所述不工作模式为控制阀7和水泵9均不运行，所述第一工作模式为控制阀7打开和水泵9以第一预设功率运行，所述第二工作模式为控制阀7打开和水泵9以第二预设功率运行，所述第三工作模式为控制阀7打开，水泵9执行以第二预设功率运行第一预设时间后关闭运行第二预设时间后再以第二预设功率运行第一预设时间的操作循环工作。具体地，所述第一预设功率优选为第二预设功率的1.5~4倍，所述第一预设时间优选为5s~30s，所述第二预设时间优选为2min~10min，第一预设功率明显比第二预设功率大，在光伏板不需降温时，可迅速完成滴灌，提高滴灌效率，在光伏板需降温时，优先考虑降温，使水泵以较小预设功率运行，提高降温效果，第二预设时间大于第一预设时间，使滴灌管网的水能够充分吸热，在一定的滴灌量下最大化提高光伏板降温效果。
优选地，所述第一预设土壤湿度为12%~15%，所述第二预设土壤湿度为16%~18%，所述第三预设土壤湿度为28%~34%，所述预设发电效率为10%~14%，所述预设辐射强度为500w/m2~800w/m2。植物在12%~15%土壤湿度范围内可保证基本生长，在光伏板不降温阶段，保证植物正常生长即可，发电效率和辐射强度是影响光伏板发电功率的关键因素，在太阳辐射强度较大的情况下提高发电效率才能有效提高光伏板的发电功率，一年中不同阶段的最大太阳辐射强度差别较大，具体地，在春季，所述预设辐射强度优选为500w/m2~600w/m2，在夏季，所述预设辐射强度优选为700w/m2~800w/m2，在秋季，所述预设辐射强度优选为600w/m2~700w/m2，在冬季，所述预设辐射强度优选为500w/m2~600w/m2，对不同季节的预设辐射强度区分设置，更能有效提高光伏板的发电功率。
优选地，为使光伏板温度有效降低，所述上部滴灌管网2的水管采用金属管。
优选地，所述控制模块为单片机模块或plc模块。
本实施例中，将绿化植物滴灌的滴灌管网安装在光伏板背面，滴灌时可降低光伏板背面的温度，提高光伏板的发电功率和发电效率，但由于光伏板在不同时间范围温度升高对光伏板发电效率的影响各不相同，且绿化植物的滴灌时间和滴灌量也有限，需对绿化植物滴灌进行精确控制，在一定的滴灌时间和滴灌量下最大化的提高光伏板的发电效率和发电功率。
光伏板温度在不同时间阶段对其发电效率的影响各不相同，在前期阶段，由于光伏板温度还不是很高，即使光伏板温度不断的升高，光伏板的发电效率随太阳总辐射的上升而升高；在后期阶段，由于光伏板温度较高，即使太阳总辐射上升，光伏组件的发电效率随光伏板温度的上升而下降。
本实施例中，除了要考虑光伏板温度对其发电效率的影响外，由于植物滴灌时间和滴灌量有限，还要考虑太阳辐射强度，当太阳辐射强度较大且发电效率较高时，光伏板的发电功率才会大大提高。
由上可知，光伏板温度对其发电效率的影响较大，如果直接对光伏板温度进行检测，并根据光伏板温度进行控制，该方式虽然较为简便，但由于不同季节环境温度各不相同，光伏板的温度曲线也区别很大，根据光伏板温度控制滴灌难度很大，且控制不精确。
为了避免不同季节环境温度对光伏板的影响，本实施例中直接采用了光伏板发电效率参数，检测光伏板发电功率和太阳辐射强度，并根据光伏板面积、太阳辐射强度和发电功率计算发电效率，采用发电功率与预设发电功率比较进行控制，可减少外界因素影响的影响。
根据上述原理，本实施例中的控制装置设置了时间阀值，时间阀值分为“第一滴灌阀值”和“第二滴灌阀值”，“第一滴灌阀值”优选为“15:00~24:00”和“00:00~12:00”，“第二滴灌阀值”优选为“12:00~15:00”；绿化植物滴灌根据时间阀值以不同的工作模式进行滴灌。
在当前时间处于“第一滴灌阀值”时，光伏板温度对其发电效率影响还不大，太阳辐射强度也一般，此时只需检测绿化植物的土壤湿度即可，使绿化植物在一定的土壤湿度范围内正常生长即可，由于在“第二滴灌阀值”时绿化植物还需进行滴灌，“第一滴灌阀值”时设置的预设土壤湿度应尽量小。
本实施例中，第一判断单元判断当前时间处于的时间阀值，第一控制单元进行“第一滴灌阀值”时的滴灌控制。
在当前时间处于“第一滴灌阀值”时，第一控制单元判断所述土壤湿度是否小于第一预设土壤湿度；
当所述土壤湿度小于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀7和水泵9以第一工作模式执行对应的操作；
当所述土壤湿度大于或等于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀7和水泵9以不工作模式执行对应的操作。
在本发明的一个进一步的实施例中，在当前时间处于“第一滴灌阀值”时，控制装置还可判断所述土壤湿度是否小于第一预设土壤湿度；
当所述土壤湿度小于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀7和水泵9以第一工作模式执行对应的操作，当所述控制阀7和水泵9以第一工作模式执行对应的操作时，继续判断所述土壤湿度是否大于第二预设土壤湿度，如果所述土壤湿度大于或等于第二预设土壤湿度，则控制所述控制阀7和水泵9以不工作模式执行对应的操作，如果所述土壤湿度小于或等于第二预设土壤湿度，则控制所述控制阀7和水泵9以第一工作模式执行对应的操作；
当所述土壤湿度大于或等于第一预设土壤湿度时，控制所述控制阀7和水泵9以不工作模式执行对应的操作。
在当前时间处于“第二滴灌阀值”时，光伏板由于温度较高，即使太阳辐射强度上升，光伏板的发电效率随其背板温度的上升而下降，此时，需检测绿化植物土壤湿度、光伏板的发电效率和太阳辐射强度，当绿化植物土壤湿度不是太高时，如果光伏板的发电效率较低，可在该时间段进行绿化植物滴灌，可有效降低光伏板的温度，提高光伏板发电效率和发电功率，由于绿化植物的滴灌时间和滴灌量有限，在滴灌时的滴灌速度应尽量小，使滴灌的水能充分吸收光伏板背面的温度，有效提高光伏板的发电功率。
在本实施例中，第一判断单元判断当前时间处于的时间阀值，第二控制单元进行“第二滴灌阀值”时的滴灌控制。
在当前时间处于“第二滴灌阀值”时，第二控制单元分别判断所述土壤湿度是否小于第三预设土壤湿度，所述计算的发电效率是否小于预设发电效率，所述太阳辐射强度是否小于预设辐射强度；
当所述土壤湿度小于第三预设土壤湿度，太阳辐射强度大于或等于预设辐射强度，且计算的发电效率小于预设发电效率时，控制所述控制阀7和水泵9以第二工作模式或第三工作模式执行对应的操作，第二工作模式或第三工作模式的滴灌速度明显小于第一工作模式，可使滴灌的水充分吸热，有效提高滴灌管网2的降温效率；
当所述土壤湿度小于第三预设土壤湿度，且计算的发电效率大于或等于预设发电效率时，控制所述控制阀7和水泵9以不工作模式执行对应的操作；
当所述土壤湿度大于或等于第三预设土壤湿度时，控制所述控制阀7和水泵9以不工作模式执行对应的操作；
当所述太阳辐射强度小于预设辐射强度时，控制所述控制阀7和水泵9以不工作模式执行对应的操作。
通过上述控制方式，使绿化植物的滴灌在设定的土壤湿度范围内进行，满足了绿化植物的正常生长，而在土壤湿度范围内进行滴灌时，根据时间阀值、太阳辐射强度和光伏板发电效率对植物的滴灌进行不同滴灌速度的控制，在光伏板最需降温的时间段将植物的滴灌速度降低，有效降低了光伏板的温度，在一定滴水量的情况下最大化地提高了光伏板的发电效率和发电功率。
本发明的保护范围并不局限于上述描述，任何在本发明的启示下的其它形式产品，不论在形状或结构上作任何改变，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围之内。