一种智能光热平衡节能设施温室及控制方法

本发明涉及温室领域，具体涉及一种智能光热平衡节能设施温室及控制方法。

背景技术：

1、在海南等热带地区夏秋季，高温、多台风季节，常发生频繁洪涝灾害，植物根部容易腐烂，遇夏季海南等热带地区过强的阳光叶片容易坏死，严重影响作物生长与其生产成本，现代温室为作物提供了可控、舒适的环境，是突破自然条件实现作物生长的主要场所，使得农业生产不再受季节、气候等因素的限制，是现代化农业的一个非常重要的设施，但目前我国的温室基本存在耗电量高、生产成本高，一般只有实验性质的栽培才用得起，很难大规模推广；

2、现有技术中小部分会在温室顶部铺设光伏电板，但大都采用固定式光伏电板，因为太阳位置变化导致的光照角度问题使得发电效率大打折扣；

3、现有技术中也存在安装光伏电板，并且通过控制系统调整光伏电板角度的温室，但没有兼顾光伏发电与植物生长光合作用所需光照平衡，不仅如此目前主流的光伏农业模式基本都存在只考虑发电没考虑到植物基本光合作用问题；

4、现有技术中温室大都缺乏智能化调控装置，虽然少部分温室内部会安装一些基本的自动化设备，但都是按照既定的参数按部就班地运行，很难做到差异化、精细化调控。

技术实现思路

1、本发明的主要目的就在于提供一种智能光热平衡节能设施温室及控制方法，解决现有温室中光伏电板发电效率低、无法兼顾光伏发电与植物光合作用所需光照平衡和智能化水平低下，无法做到差异化和精细化调控的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种智能光热平衡节能设施温室的控制方法，包括步骤：

4、s1，确定光伏发电与储能系统调控的调控配置信息；

5、s2，光伏发电与储能系统结合了夸父算法，在接收配置信息后，能够带动光伏系统中光伏电板转动，实现光伏电板实时跟踪太阳；

6、s3，温室ai控制系统通过读取配置信息数据、光伏发电与储能系统数据、微网负载数据，进行微网控制流程；

7、所述配置信息包括获取的气象站数据和时钟模块获取的当前时间，所述气象站数据包括风速、光照强度、日照时数、日出日落时间，所述当前时间与气象站数据互相验证以判断当前时间是否为白天并进一步判断当前是否为晴天或多云天气。

8、进一步的，所述光伏发电与储能系统包括光伏电板、发电板驱动架和储能站，该发电板驱动架是两个由东西、南北向的运动轨迹互相垂直的两个步进电机驱动的二自由度机械结构，该发电板驱动架集成了控制芯片、时钟模块、倾角传感器、电子罗盘模块与光照度传感器共同构成控制系统，该控制系统通过读取时钟模块、倾角传感器、电子罗盘模块的数据控制步进电机调节发电板驱动架，进而把安装在发电板驱动架上的光伏电板板面粗调大致指向太阳。

9、进一步的，所述光照度传感器在发电板驱动架上按照正方形顶点位置排布，该光照度传感器的对角线位置分别对应东西、南北两组，这分别对应东西、南北两个方向的电机，该控制系统中采用机器人自主导航控制中一种路径规划的控制方法——apf（人工势场法，artificial potential field），通过读取分组内的两个光照度传感器的数据，控制东西、南北两个方向的电机。

10、进一步的，所述人工势场法将太阳视为apf中假定的“力场点”，在光伏电板的控制中，仅存在太阳位置的“引力场”，而不存在障碍物的“斥力场”，而虚拟引力场则表现为阳光对四个方向传感器的“引力”，利于简化算法内容，该人工势场法简化后的算法为夸父算法。

11、进一步的，所述步骤s2具体步骤包括：若当前风速小于6级，当前为白天且为晴天或多云，根据配置信息计算出此刻太阳高度角和太阳方位角，控制系统根据计算出的太阳高度角和太阳方位角数据，分别控制东西、南北向两个电机粗调节光伏电板板面朝向，随后控制系统调用简化后的人工势场法即夸父算法控制东西、南北两个方向的电机进行精确调节，使板面实时朝向太阳，使光伏电板全天接收最大光照；若当前风速小于6级，当前为白天且非晴天或多云，光伏电板粗调角度正对太阳；若当前风速小于6级，且当前为夜晚，光伏电板角度回归初始位置；若当前风速大于等于6级，光伏电板保持水平。

12、进一步的，所述温室ai控制系统中由电力转换箱、智能配电控制盒组成的智能电气控制柜承担温室的配电与电力转换工作，该电力转换箱内包括逆变、变压、滤波、整流四大模块，该电力转换箱是多台并网逆变器和备用电池逆变器并联组成的电能逆变装置，该智能配电控制盒将温室的电力系统构成微网，该智能电气控制柜与传感器、控制器、执行机构、储能站及其他温室内用电器连接，合理调节光伏电板与储能站和这些用电器之间的电能供给，实时监控微网运行状态。

13、进一步的，所述微网控制流程，包括夜间模式流程、大负载检验流程、小负载检验流程和等负载执行流程四个子流程。

14、进一步的，所述夜间模式流程是在夜间执行的流程，此时光伏电板不再产生电能，所述夜间模式流程包含两种模式：若储能站存储电量小于等于储能站总容量的0.17%（约1.02千瓦时），则由外部商用电网供电；否则，由储能站经逆变器转化后为负载供电；

15、所述大负载检验流程是负载功率较大时保障微网正常运行的应急流程，主要包含两种模式：若储能站中储存的电量小于等于储能站总容量的0.17%（约1.02千瓦时），光伏电板所发电能由逆变器转化后与商用电网共同为负载供电；否则，光伏电板产生的电能与储能站存储的电能经逆变器转化后为负载供电；

16、所述小负载检验流程是在微网负载消耗功率较小时，执行的供电流程，同时也一定程度上保护电路，主要包含两种模式：若储能站中当前所储存的电量大于等于储能站总容量的95%（约570千瓦时），开启过充保护，光伏电板所产生电能经逆变器转化后为负载供电，且光伏电板产生的多余的电能不经由逆变器直接为储能站充电；否则，不开启过充保护，光伏电板所产生电能经由逆变器转化为负载供电，且光伏电板产生的多余的电能不经由逆变器直接为储能站充电；

17、所述等负载执行流程是在微网负载和光伏板产生的电能正好相等的时候电能的调度情况，光伏电板产生的电能经由逆变器转化为负载供电；

18、所述小负载检验流程中包含故障报警流程，该故障报警流程是对微网控制流程中逻辑层面的检验，若执行了该流程则表明微网中某些传感器可能存在问题，提醒操作员和管理员尽早排除问题并保证在此之前微网还能够运行。

19、为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：一种智能光热平衡节能设施温室，包括温室、光伏发电与储能系统、温室ai控制系统，其特征在于，所述温室采用钢架作为骨架结构并将漫反射玻璃作为幕墙搭建成全包式屋面，该温室顶部镶嵌光伏电板构成多脊单坡屋顶，该脊单坡屋顶上方支架上安装气象站，该温室主体空间被划分为四个独立的空间，该空间采用双层钢化玻璃内夹50mm以上厚度的聚氨酯保温板作为隔墙，该空间具备独立的双层门出入通道，该出入通道两端分别装有一扇m1020尺寸的金属框钢化玻璃门，两道门之间大约1.5m宽长与隔间等宽的范围内设置为准备间，该准备间是温室内部与外界环境的隔离区域，该温室顶部与墙角安装有铝合金风口和中大型风机组成，该温室的所有开口的外部均安装有防雨型电控百叶窗封口、空气过滤网与防虫网三道防线，该光伏发电与储能系统主要由光伏电板、发电板驱动架和储能站组成，该光伏电板与发电板驱动架安装在温室顶部，该储能站设于温室旁边，该储能站中接入外部商用电网，该温室ai控制系统设于温室内部。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1.本发明通过控制系统读取时钟模块、倾角传感器、电子罗盘模块的数据控制步进电机调节发电板驱动架，进而把安装在发电板驱动架上的光伏电板板面粗调大致指向太阳，实现光伏电板随太阳位置变化移动，提高发电效率；

22、2.本发明控制系统通过读取光照度传感器的数据，并采用夸父算法控制东西、南北两个方向的电机进行精确调节，对光伏电板进行智能化、精细化调控，使光伏电板板面实时朝向太阳，让光伏电板发电效率在白天始终处于最佳状态；

23、3.本发明通过设置有温室ai控制系统，智能电气控制柜与传感器、控制器、执行机构、储能站及其他温室内用电器连接，合理调节光伏发电板与储能站和这些用电器之间的电能供给，提高了资源的利用率，综合考虑了植物生长条件与光伏、热与发电平衡。