一种太阳能分光瓦及温室的制作方法

本发明涉及农业工程技术领域，特别是涉及一种太阳能分光瓦及温室。

背景技术

目前太阳能技术与建筑一体化中，光热技术最成熟，产品最多，成本也相对较低。其中应用最为广泛的就是太阳能热水器，中国太阳能热水器集热面积已位居世界第一位。但现有的太阳能集热装置不能与建筑物顶部较好结合，安装不便，成为视觉美观的障碍，影响建筑物整体形象。

在所有建筑中，温室作为一种特殊的形式而存在。温室一方面能透光，满足不同植物的生长需求，另一方面又能对内部的植物起到保温或加温的作用。一般来说，植物进行光合作用最重要的可见光部分，主要以中心波长分别为蓝光(450nm)和红光(660nm)的两个谱带内为叶绿素吸收峰。近红外光(700-2500nm)对植物几乎没有用，但却拥有全部辐射能的52％，这部分能量在设施农业生产过程中，通常被反射到了外界环境中，没有有效利用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的目的是提供一种太阳能分光瓦及温室，通过将植物所需的可见光与不需要的红外光的能量进行分离，让可见光进入温室内部，对红外光进行能量收集，以解决现有温室光热资源利用不充分的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能分光瓦，其包括分光瓦本体，所述分光瓦本体包括上下间隔设置的顶板和底板，所述顶板的上表面设有并排设置的多个开口槽，所述开口槽的内表面为复合抛物面，所述顶板上覆设有与各个所述开口槽的内表面均贴合的分光膜，所述分光膜用于通过太阳光中的可见光，阻隔太阳光中的红外光，所述顶板和底板之间形成有沿所述开口槽的长度方向连通的气道，每个所述开口槽的槽底下表面设有沿所述开口槽的长度方向延伸的用于收集红外光热量的集热板，所述底板上分布有与所述气道连通的气孔。

其中，所述集热板与所述开口槽的槽底平行设置，所述集热板设于所述顶板的下表面。

其中，所述分光瓦本体的相对两侧设有与所述顶板和底板分别连接的侧板，所述顶板、底板和侧板之间共同围成所述气道。

其中，所述分光瓦本体位于所述开口槽的长度方向的相对两侧外边缘对应设有瓦凸棱和瓦凹棱。

其中，所述分光瓦本体为透明体。

本发明还提供一种温室，包括倾斜设置的屋顶和上述所述的太阳能分光瓦，所述太阳能分光瓦沿所述屋顶的向阳面倾斜设于所述屋顶上，所述气道的下端口为进气口，所述气道的上端口为出气口。

其中，所述屋顶的向阳面设有多个所述太阳能分光瓦，左右相邻的所述太阳能分光瓦通过瓦凸棱和瓦凹棱实现榫卯卡接，上下相邻的所述太阳能分光瓦通过胶粘剂粘接。

其中，所述屋顶上还设有太阳能烟囱，所述太阳能烟囱与所述太阳能分光瓦的出气口连通，所述太阳能烟囱与所述太阳能分光瓦连通处设有烟囱开关。

其中，所述太阳能烟囱的顶部设有涡轮发电机，所述涡轮发电机连接至蓄电系统。

其中，所述太阳能烟囱的壁面采用导热材料制成，且在所述太阳能烟囱的外壁面上涂有吸热涂层。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种太阳能分光瓦，分光瓦本体上设有并排的多个开口槽，利用开口槽自身的复合抛物面的结构特点，并在复合抛物面上紧贴有分光膜，对太阳光中不同光谱进行选择，分光膜能将开口槽侧面大多数红外光进行反射，同时可见光能够正常穿过，红外光在太阳光中具有约一半的能量，红外光在复合抛物面上发生反射后，汇聚到槽内底部的集热板上进行收集，提高了太阳光的光学利用效率。

本发明提供的一种温室，太阳能分光瓦倾斜覆盖在温室屋顶的向阳面上，可见光从复合抛物面穿过太阳能分光瓦，进入下方的温室，而且通过集热板收集了作物不能直接利用的红外光，不断吸收热量的集热板，将气道内的空气加热，形成被动式热压自然通风效应，使气道内的热空气沿着倾斜屋面上升，从而带动室内空气进行循环，实现热电联产，利用收集的热量加热温室或用于发电，对能量进行充分利用，同时满足了温室内作物对可见光的需求，实现了温室屋顶的分频利用；获取能量的方式成本低廉，操作方便，从而提高了温室的生产效率和经济效益。

附图说明

图1为本发明一种太阳能分光瓦的结构示意图；

图2为图1中a的局部放大图；

图3为本发明一种太阳能分光瓦的光路原理图；

图4为本发明一种温室在夏季的使用状态图；

图5为本发明一种温室在冬季的使用状态图；

图中：1、开口槽；2、分光膜；3、瓦凹棱；4、侧板；5、集热板；6、气道；7、底板；8、冷风；9、瓦凸棱；10、热风；11、第一光束；12、第二光束；13、第三光束；14、全反射角；15、半个最大接收角；16、水平法线；17、入射光线；18、涡轮发电机；19、输电线；20、蓄电系统；21、植物；22、太阳能烟囱；23、烟囱开关；24、太阳能分光瓦；25、气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

下面通过两个具体实施例来具体说明本发明的内容，但是并不用来限定本发明的保护范围。

实施例1

如图1和图2所示，本发明实施例1提供了一种太阳能分光瓦24，其具有植物光谱选择特性，其包括分光瓦本体，所述分光瓦本体包括上下间隔设置的顶板和底板7，具体地，所述顶板和底板7平行设置，两者之间留有间隙形成沿所述开口槽1的长度方向连通的气道6，气道6内用于空气流动，所述顶板的上表面设有并排设置的多个开口槽1，所述开口槽1的内表面为复合抛物面，所述顶板上覆设有与各个所述开口槽1的内表面均贴合的分光膜2，分光膜2对太阳光谱具有选择特性，所述分光膜2用于通过太阳光中的可见光，阻隔太阳光中的红外光，每个所述开口槽1的槽底下表面设有沿所述开口槽1的长度方向延伸的用于收集红外光热量的集热板5，复合抛物面与分光膜2构成分光反射面，用于将红外光线反射并汇聚到集热板5上，气道6的一侧进入冷风8，通过集热板5的热量加热，从气道6另一侧流出热风10，所述底板7上分布有与所述气道6连通的若干气孔25，优选地，若干气孔25均布在底板7上。太阳能分光瓦24的光学特性主要是通过开口槽1的复合抛物面与分光膜2组合的方式，将植物21需要的可见光与其他光谱进行分离。太阳光中占比近一半的红外光，在复合抛物面与分光膜2的反射作用下，汇聚在底部的集热板5上，集热板5的表面的温度不断上升，从而使集热板5四周的空气受热后温度上升，密度减低，热空气上浮，在狭长的气道6内形成空气的自然对流，进而形成自然通风；从而收集了作物不能直接利用的红外光谱，同时满足了温室内作物对可见光的需求，提高了太阳光的光学利用效率。所述分光瓦利用自身复合抛物面的结构特点，对太阳光中不同光谱进行选择，复合抛物面作为反射面，其上紧贴有分光膜2，分光膜2能将侧面大多数红外光进行反射，同时可见光能够正常穿过并供给作物。

具体地，为了便于集热板5设置，对红外光进行充分吸收，所述集热板5与所述开口槽1的槽底平行设置，集热板5呈长条状，所述集热板5设于所述顶板的下表面。

本实施例中，具体地，所述分光瓦本体的相对两侧设有与所述顶板和底板7分别连接的侧板4，通过设置侧板4，使得顶板和底板7的相对两侧密封，另外两侧敞口，所述顶板、底板7和侧板4之间共同围成所述气道6。

其中，所述分光瓦本体位于所述开口槽1的长度方向的相对两侧外边缘对应设有瓦凸棱9和瓦凹棱3，形成榫卯结构，可与其他分光瓦进行榫卯连接，形成“乙”字形接缝，连接后缝隙小，连接可靠。为了便于可见光透过分光瓦本体，所述分光瓦本体为透明体，即顶板、侧板4和底板7均由透明材料制成。

如图3所示，分光瓦的主要光路原理如下：复合抛物面结构所对应的半个最大接收角15，在此范围之内的入射光线，都能汇集到复合抛物面底部的平面上，第二光束12是太阳光中的红外光线，其与垂直法线构成的夹角为入射角α1，在接触复合抛物面的侧面后，由于分光膜2对其的阻隔，在分光膜2处发生反射，进入开口槽1下方的透明实体内，以α2的折射角发生折射，最终以折射角α3从底部射入下方的温室内部。

第一光束11和第三光束13都代表可见光线，不同在于，不同的入射角使其光学路径不同。第三光束13与垂直法线构成的夹角为入射角β1，在接触到分光膜2时，光束连续穿过分光膜2和复合抛物面以入射角β2进入透明的太阳能分光瓦24内部发生一次折射。当进入下一个复合抛物面时，由于光线是光疏介质(空气)射向光密介质(透明实体)，入射角大小等于θ(全反射临界角)，满足全反射条件，因而在透明实体的右侧复合抛物面上发生全反射，全反射角14，光线在透明实体内部继续偏折。在透明实体内部遇到左右两个复合抛物面时，入射角都大于全反射临界角θ，不断发生全反射，直至最终从底部以折射角β3射出。

第一光束11与垂直法线构成的夹角为入射角γ1，在接触到分光膜2时，光束连续穿过分光膜2和复合抛物面以入射角γ2进入透明的太阳能分光瓦24内部发生一次折射。当进入下一个复合抛物面时，其入射角小于θ(全反射临界角)，不满足全反射条件，因而依次穿越复合抛物面和分光膜2，并发生相应的折射，与水平法线16以折射角γ2射出，再穿过相邻的开口槽1，并最终从底部射出，进入下方的温室区域；图中a、b、c、d、e、f、g均为交点。

实施例2

本发明实施例2提供了一种温室，如图4和图5所示，包括倾斜设置的屋顶和上述所述的太阳能分光瓦24，太阳光的入射光线17照射在太阳能分光瓦24上，所述太阳能分光瓦24沿所述屋顶的向阳面倾斜设于所述屋顶上，所谓的向阳面即为太阳光照最强的一面，为背阴面的相对面，所述气道6的下端口为进气口，所述气道6的上端口为出气口。开口槽1可以作为雨水槽，雨水顺着开口槽1流下屋面；集热板用于收集太阳光中红外光的热量，同时给气道内的空气加热升温，在屋面热压自然通风的作用下，气道6内部腔体的气体在较高温度的集热板5影响下，腔体内部的气温升高并产生热压。可见光从复合抛物面穿过太阳能分光瓦24，进入下方的温室，通过集热板5收集了作物不能直接利用的红外光，利用收集的热量加热温室或用于发电，对能量进行充分利用，同时满足了温室内作物对可见光的需求，获取能量的方式成本低廉，操作方便，从而提高了温室的生产效率和经济效益。

本实施例中，所述屋顶的向阳面设有多个所述太阳能分光瓦24，左右相邻的所述太阳能分光瓦24通过瓦凸棱9和瓦凹棱3实现榫卯卡接，上下相邻的所述太阳能分光瓦24通过胶粘剂粘接，气道6依次连通，形成覆盖整个屋面向阳面的一体式分光瓦。

其中，所述屋顶上还设有太阳能烟囱22，所述太阳能烟囱22与所述太阳能分光瓦24的出气口连通，室外空气从分光瓦底部的进气口进入气道6，穿过气道6后，进入太阳能烟囱22内部，所述太阳能烟囱22与所述太阳能分光瓦24连通处设有烟囱开关23，以便于在不同的季节选择合适的利用方式。

例如在夏季白天，温室内外温度都比较高，温室内部有大量热量需要排到室外环境中，打开烟囱开关23，太阳能分光瓦24底部的气道6与太阳能烟囱22的底部相互贯通，热空气在热压与风压作用下，沿着气道6进入太阳能烟囱22。

例如在冬季白天，温室内部温度较低，需要加温。所以关闭太阳能烟囱22底部的烟囱开关23，热空气在热压与风压作用下，从顶部进入温室内部，同时新鲜的空气从太阳能分光瓦24底部下沿的进气口吸入气道6，同时室内空气也进入气道6内被二次加热，进一步提升了温室内部温度。

为了将热能充分利用，所述太阳能烟囱22的顶部设有涡轮发电机18，所述涡轮发电机18连接至蓄电系统20，输出的电能通过输电线19储存在温室外地面上的蓄电系统20中。图中箭头所指方向为气体的流动方向，夏季打开太阳能烟囱22底部的烟囱开关23，热空气沿倾斜的屋面上升后从顶部的烟囱内排出，同时室外新鲜空气和室内部分热空气从底部进入气道6内，太阳能烟囱22内上升的热空气驱动涡轮发电机18输出电量，储存在蓄电系统20中供温室使用。冬季关闭太阳能烟囱22底部的烟囱开关23，热空气从顶部排向温室内部，同时新鲜空气从底部的入口被吸入，室内空气也进入气道被二次加热，如此往复循环使屋顶本身像呼吸一样不断向室内输送温暖的新鲜空气。

其中，所述太阳能烟囱22的壁面采用导热材料制成，且在所述太阳能烟囱22的外壁面上涂有吸热涂层，以便于室外太阳光直接给烟囱内部空气进行加热。

本实施例与现有的温室光伏光热技术相比，本发明利用温室自身特点，获取能量的方式成本低廉，操作方便，实现了不同季节自然通风条件下对温室中的小气候进行调节，从而提高了温室的生产效率和经济效益。

由以上实施例可以看出，本发明通过将植物所需的可见光与不需要的红外光的能量进行分离，让可见光进入温室内部，对红外光进行能量收集，对能量进行充分利用，同时满足了温室内作物对可见光的需求，获取能量的方式成本低廉，操作方便，从而提高了温室的生产效率和经济效益。

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