一种植物工厂的太阳光综合利用系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳光综合利用技术领域，尤其涉及一种植物工厂的太阳光综合利用系统。
【背景技术】
[0002]随着经济发展水平的提高，人们对食品和环境的质量也提出了更高的要求，低碳生活、生态农业的概念应运而生，而植物工厂无疑是对生态农业的一个很好的诠释。长期以来，由于投资成本高、能耗高等问题限制了植物工厂的发展，其种植品种也主要是花丼、药草等。太阳光利用型植物工厂较人工光型植物工厂其投资成本、能耗等要小很多，便于我国现阶段大面积的推广种植。
[0003]业内普遍认为，红光、蓝光处于植物光合作用谱的两峰值处，两者是影响植物生长最主要的光源，也是植物需求量最大的光源，其他波长的光对光合作用等影响相对较小；有研宄表明，绿光对某些植物的生长还具有一定的反向作用。尤其在夏季，很多时候强烈的阳光不但使农作物处于光抑制状态，还使农作物和土壤中的水分大量蒸发，对植物生长严重不利。
[0004]普通的太阳光利用型植物工厂是将接收到的全部太阳光用于种植；有些利用太阳能的植物工厂或太阳能发电站等，它们是将全部的太阳光都用于发电，再用所发的电能来驱动LED灯用植物照明，其光电转换效率很低，在使用直流电直接驱动LED的情况下其转化效率远小于50%，这对于红光、蓝光等对植物生长影响较大的光源来说造成了不必要的损失。
[0005]因此，如何开发出一种既可以兼顾植物生长、又可以达到太阳能回收利用的太阳光综合系统，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种植物工厂的太阳光综合利用系统，满足了植物生长和太阳能光伏发电的双重功能，实现了植物工厂中太阳能的高效综合利用。
[0007]本发明提出的一种植物工厂的太阳光综合利用系统，包括聚光系统和分光系统；其中，聚光系统包括N个菲涅尔透镜模块，分光系统包括N个分光模块，N个菲涅尔透镜模块分别与N个分光模块对应；
[0008]菲涅尔透镜模块用于对太阳光进行汇聚并照射到分光模块上；
[0009]分光模块包括太阳能电池板、反射板和连接杆，太阳能电池板和反射板通过连接杆固定连接，太阳能电池板受光面与反射板反射面相对设置；
[0010]在太阳能电池板受光面覆盖光学薄膜，光学薄膜用于反射预定波长范围的光并透射其余波长范围的光；经光学薄膜的反射光反射到反射板上并经反射板二次反射用于植物生长，经光学薄膜的透射光照射到太阳能电池板上用于光伏发电。
[0011]优选地，聚光系统为在有机材料板的一面注压成型N个菲涅尔透镜模块；优选地，菲涅尔透镜模块的焦距直径比大于等于I ;优选地，有机材料板采用亚克力板或者PC板；优选地，有机材料板的另一面为光滑面，光滑面处于外侧用于接收太阳光；优选地，N个菲涅尔透镜模块均匀排布；优选地，N个菲涅尔透镜模块的尺寸相同；优选地，将聚光系统作为植物工厂的屋顶；优选地，聚光系统的有机材料板与水平面之间具有预定的倾角；优选地，对于北半球地区屋顶向南具有一个倾角，对于南半球地区屋顶向北具有一个倾角；优选地，倾角的数值为10° -25。，更优选地，倾角的数值为15°。
[0012]优选地，根据不同植物生长的光照需求设计光学薄膜的反射特性，反射特性包括反射光谱、反射光强、反射带宽。
[0013]优选地，光学薄膜反射预定波长范围的光包括红光和蓝光等其他有利于植物生长的光。
[0014]优选地，太阳能电池板与反射板平行布置；或者，太阳能电池板与反射板之间具有预定夹角α，其中α ( 15°，优选地，α ( 12°，优选地，α ( 10°，优选地，α彡8°，优选地，α < 5°，优选地，α < 3°，优选地，α < 2°。
[0015]优选地，太阳能电池板与反射板错位布置，太阳能电池板的中心轴线与反射板的中心轴线不在同一直线上并保持预定距离；优选地，入射到太阳能电池板上光学薄膜的入射光线与光学薄膜的反射法线之间的夹角β >0°，以使得入射光线与反射光线之间没有重叠部分；优选地，入射光线处于太阳能电池板与反射板之间；优选地，经反射板二次反射的反射光线处于太阳能电池板之外。
[0016]优选地，太阳能电池板采用单晶硅背栅电极太阳能电池或者宽光谱太阳能电池；优选地，宽光谱太阳能电池采用锑化镉或者铜铟镓砸；
[0017]优选地，反射板为可见光全光谱范围内全反射板；
[0018]优选地，连接杆为金属杆；优选地，金属杆与太阳能电池板上的管脚连接用于传输光伏发电电能。
[0019]优选地，还包括联动控制系统，联动控制系统与分光系统连接，联动控制系统用于根据太阳光的入射角度调整分光系统中分光模块的位置和角度。
[0020]优选地，联动控制系统包括平行四边形框架，平行四边形框架由第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆围成，第一连杆与第三连杆相对设置并且其长度较长，第二连杆与第四连杆水平相对设置并且其长度较短，第一连杆与第三连杆的一端分别与第二连杆的两端铰接，第一连杆与第三连杆的另一端分别与第四连杆的两端铰接，N个反射板的两端分别铰接在第一连杆和第三连杆上，并且，N个反射板与第二连杆和第四连杆平行；
[0021]优选地，联动控制系统还包括支架，平行四边形框架安装在支架上，在支架与平行四边形框架之间设有驱动机构，驱动机构用于驱动平行四边形框架中第一连杆与第二连杆相对转动以调整反射板的位置与角度；
[0022]优选地，平行四边形框架中第一连杆或第三连杆的端部或中部固定在支架上，驱动机构与第二连杆或第四连杆连接；或者，平行四边形框架中第二连杆和第四连杆的端部或中部可转动地安装在支架上，驱动机构与平行四边形框架中任一连杆连接；
[0023]优选地，支架包括两根支腿，两根支腿高度可调；优选地，支腿由两个套筒套接而成，通过调节两个套筒的重合长度实现支腿高度可调；优选地，在支腿上设有锁紧机构用于两个套筒进行锁紧；
[0024]优选地，驱动机构为直线驱动机构，优选为气缸或油缸；优选地，驱动机构为转动驱动机构和钢丝牵弓I机构，优选为电机。
[0025]优选地，分光系统处于聚光系统所覆盖的密闭空间之内；优选地，联动控制系统处于聚光系统所覆盖的密闭空间之内。
[0026]本发明中，通过聚光系统对太阳光进行汇聚，并通过分光系统对汇聚的太阳光进行分光，其中一部分太阳光经过光学薄膜反射到反射板上进行二次反射之后用于植物生长，另一部分太阳光经过光学薄膜透射到太阳能电池板上进行光伏发电，兼顾了植物生长和太阳能光伏发电的双重功能，实现了植物工厂中太阳能的高效综合利用。进一步地，通过设置联动控制系统与分光系统连接，联动控制系统可以根据太阳光的入射角度来调整分光系统中分光模块的位置和角度，以实现分光系统的追日运行，实现了对太阳光能量利用的最大化。
【附图说明】
[0027]图1为本发明提出的一种植物工厂的太阳能综合利用系统的光学原理图。
[0028]图2为图1中分光模块的结构示意图。
[0029]图3为图2中分光模块的反射光学原理图。
[0030]图4为图1中联动控制系统的结构示意图。
[0031]图5为图1中分光系统与联动控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]如图1至图3所示，图1为本发明提出的一种植物工厂的太阳能综合利用系统的光学原理图，图2为图1中分光模块的结构示意图，图3为图2中分光模块的反射光学原理图，图4为图1中联动控制系统的结构示意图，图5为图1中分光系统与联动控制系统的结构示意图。
[0033]参照图1，本发明实施例提出的一种植物工厂的太阳光综合利用系统，包括聚光系统和分光系统；其中，聚光系统包括N个菲涅尔透镜模块1，分光系统包括N个分光模块2，N个菲涅尔透镜模块I分别与N个分光模块2 对应；
[0034]菲涅尔透镜模块I用于对太阳光进行汇聚并照射到分光模块2上；
[0035]参照图2和图3，分光模块2包括太阳能电池板21、反射板22和连接杆23，太阳能电池板21和反射板22通过连接杆23固定连接，太阳能电池板21受光面与反射板22反射面相对设置；
[0036]在太阳能电池板21受光面覆盖光学薄膜24，光学薄膜24用于反射预定波长范围的光并透射其余波长范围的光；太阳光经过汇聚之后照射到太阳能电池板21的光学薄膜24上进行分光，经光学薄膜24的反射光反射到反射板22上并经反射板22 二次反射用于植物生长，经光学薄膜24的透射光照射到太阳能电池板21上用于光伏发电。