本實(shí)用新型屬于園藝器械領(lǐng)域，具體涉及一種智能光伏溫室及其多功能骨架。

背景技術(shù)：

太陽能日光溫室是我國(guó)自主研發(fā)的溫室結(jié)構(gòu)，多年來作為具有典型中國(guó)特色、規(guī)模巨大的設(shè)施類型，一直是中國(guó)溫室園藝裝備升級(jí)的重點(diǎn)。截止2013年，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已達(dá)到350萬公頃，其中日光溫室達(dá)88萬公頃，占設(shè)施總面積的25％，設(shè)施農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值7080億元，約占到我國(guó)農(nóng)林牧漁業(yè)累計(jì)總產(chǎn)值89465.7億元的8％。在化石能源瀕臨枯竭的背景下，日光溫室已成為中國(guó)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)突破資源環(huán)境瓶頸制約，保持我國(guó)冬季設(shè)施產(chǎn)品的長(zhǎng)期有效供給的重要手段。

另外，設(shè)施園藝環(huán)境調(diào)控技術(shù)作為保障作物在寒冷、高溫及其他不利氣候條件下仍然能夠正常生長(zhǎng)的重要技術(shù)手段，克服了自然環(huán)境條件對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制，大大的提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。溫室作為設(shè)施園藝的一種表現(xiàn)形式，它的環(huán)境調(diào)控發(fā)展水平體現(xiàn)了現(xiàn)代化都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展程度。到2020年在我國(guó)各種清潔能源所能提供的預(yù)計(jì)資源量各不相同。風(fēng)能預(yù)計(jì)為3億千瓦時(shí)；太陽能光伏預(yù)計(jì)為2000萬千瓦時(shí)；

包括沼氣、風(fēng)力、淺層地能和太陽能等在內(nèi)的清潔能源技術(shù)被逐步研究和應(yīng)用于溫室。相比于其他清潔能源，太陽能具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)太陽能是人類可以利用的最豐富的能源；(2)太陽能在地球上無處不在，不需要運(yùn)輸；(3)太陽能在使用過程中對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。人們主要從兩個(gè)技術(shù)方向?qū)⑻柲軕?yīng)用于日光溫室中，一個(gè)是目前在日光溫室中應(yīng)用較多的太陽能蓄熱技術(shù)，另一個(gè)是太陽能發(fā)電技術(shù)。太陽能蓄熱系統(tǒng)得到的主要是低品位熱能，主要用來提高日光溫室冬季的保溫蓄熱能力，而太陽能發(fā)電技術(shù)可利用太陽能獲取高品位能源(電能)，應(yīng)用范圍更為廣泛，可為溫室環(huán)境調(diào)控設(shè)備提供能量。因此，日光溫室的光伏發(fā)電和內(nèi)部植物正常生長(zhǎng)直接的偶合關(guān)系研究仍然是太陽能日光溫室的亟待解決的問題。

針對(duì)實(shí)踐中光伏溫室的設(shè)計(jì)難題，本發(fā)明結(jié)合實(shí)踐中溫室通常都會(huì)確定種植作物，因此作物的需光特性也基本可以確定，進(jìn)而提出了本發(fā)明的不同覆蓋率的光伏溫室結(jié)構(gòu)。該光伏溫室可以根據(jù)內(nèi)部作物的不同而采用不同的覆蓋方式。

另外，在光伏溫室的生產(chǎn)方面，內(nèi)部植物的種植與上部光伏發(fā)電組件的覆蓋進(jìn)行了耦合設(shè)計(jì)，因此可以保證光伏發(fā)電組件的影陰落在作物的間隙，進(jìn)而最大限度提高光伏溫室內(nèi)部種植區(qū)域的遮陰率，最終保證光伏溫室內(nèi)部植栽的正常生長(zhǎng)。另外，由于光伏溫室密閉程度大大提高，因此溫室內(nèi)溫度濕度控制都變的困難，常規(guī)的光伏溫室都采用溫室傳統(tǒng)降溫方法，從而導(dǎo)致了溫室室內(nèi)溫度過高，進(jìn)而影響了內(nèi)部作物的正常生長(zhǎng)。不能適應(yīng)內(nèi)部作物的調(diào)整。

因此，亟待開發(fā)一種既可以利用保持最大面積地光伏發(fā)電組件以保證發(fā)電量，另一方面也可以為植物提供充分光照，進(jìn)而達(dá)到控制光伏溫室內(nèi)植物生長(zhǎng)的環(huán)境，同時(shí)協(xié)調(diào)光伏發(fā)電和植物生產(chǎn)之間的關(guān)系，提高了光伏溫室對(duì)不同作物的適應(yīng)性，最大限度地提高光伏溫室的通用性，進(jìn)而為未來光伏農(nóng)業(yè)打好結(jié)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有日光溫室在采光結(jié)構(gòu)上存在的缺陷或不足，本發(fā)明目的在于，提供一種智能光伏溫室及其多功能骨架，該光伏溫室可以根據(jù)不同植物生長(zhǎng)的不同要求而靈活確定的光伏發(fā)電組件覆蓋率和覆蓋方式，從而實(shí)現(xiàn)光伏溫室組件覆蓋率和內(nèi)部植物種植的耦合，而且在光伏發(fā)電組件的覆蓋方式上也采用了詳細(xì)的光陰分析，使得光伏發(fā)電組件覆蓋方式和內(nèi)部種植的耦合，光伏發(fā)電組件的影陰最大限度地投射在內(nèi)部植栽的間隙，因此，從根本上突破了現(xiàn)有光伏溫室的采光設(shè)計(jì)瓶頸，進(jìn)而也達(dá)到了光伏溫室在保證植物生產(chǎn)的同時(shí)光伏發(fā)電的最大化，同時(shí)也提高了光伏溫室對(duì)不同作物和同一作物在不同生長(zhǎng)期的適應(yīng)性。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種智能光伏溫室，包括溫室前墻、溫室骨架及溫室后墻，所述的溫室骨架包括溫室骨架上弦桿、溫室骨架腹桿和溫室骨架下弦桿，在所述的溫室骨架上弦桿外固定貼設(shè)光伏發(fā)電組件，在所述的溫室骨架下弦桿內(nèi)穿設(shè)溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜。

一種可行的方案，所述的溫室骨架沿溫室橫向包括溫室前采光面和溫室后坡面，在溫室前采光面上靠近溫室后坡面的部分鋪設(shè)光伏發(fā)電組件。

另一種可行的方案，所述的溫室骨架沿溫室橫向包括溫室前采光面和溫室后坡面，沿溫室前采光面在溫室后坡面上方設(shè)置溫室前采光面延伸骨架，在溫室前采光面延伸骨架與溫室前采光面延伸的斜面上設(shè)置光伏發(fā)電組件。

或者，還在所述的溫室前采光面靠近溫室前墻的部分鋪設(shè)光伏發(fā)電組件。

進(jìn)一步的，在溫室后坡面上鋪設(shè)溫室后坡板，溫室后坡板通過溫室后坡板驅(qū)動(dòng)電機(jī)和溫室后坡板驅(qū)動(dòng)齒條實(shí)現(xiàn)開合。

具體的，所述的溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜通過溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

更進(jìn)一步的，溫室骨架上弦桿外通過光伏發(fā)電組件卡固件固定貼設(shè)光伏發(fā)電組件。

具體的，所述的溫室骨架上弦桿為頂面開口的中空腔體結(jié)構(gòu)，溫室骨架腹桿為連接溫室骨架上弦桿和溫室骨架下弦桿的傾斜設(shè)置的實(shí)心桿，溫室骨架下弦桿為底面開口的中空腔體結(jié)構(gòu)。

一種智能光伏溫室多功能骨架，沿豎向依次包括溫室骨架上弦桿、溫室骨架腹桿和溫室骨架下弦桿，在所述的溫室骨架上弦桿外固定貼設(shè)光伏發(fā)電組件，在所述的溫室骨架下弦桿內(nèi)穿設(shè)溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜；

具體的，所述的溫室骨架上弦桿為頂面開口的中空腔體結(jié)構(gòu)，溫室骨架腹桿為連接溫室骨架上弦桿和溫室骨架下弦桿的傾斜設(shè)置的實(shí)心桿，溫室骨架下弦桿為底面開口的中空腔體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

其一，采用多功能特異化設(shè)計(jì)的光伏溫室專用骨架，大大方便了光伏板和配套的內(nèi)部保溫系統(tǒng)的安裝,同時(shí)設(shè)計(jì)了不同的光伏組建覆蓋率使光伏溫室建筑從根本上提高了光伏發(fā)電組件的覆蓋率，光伏發(fā)電組件覆蓋率可以在30％～81％之間根據(jù)內(nèi)部作物進(jìn)行選配,大大提高了光伏溫室對(duì)不同光照需求作物的適應(yīng)性。經(jīng)過我們的科研實(shí)驗(yàn)表明，光伏溫室采光面透光率維持在30％以上即可完全不影響溫室中喜光果菜類作物的生長(zhǎng)，因此新型的可調(diào)透光率光伏溫室完全可以滿足溫室生產(chǎn)對(duì)設(shè)施結(jié)構(gòu)的要求，不會(huì)對(duì)溫室生產(chǎn)造成影響，同時(shí)可以提供光伏電力供應(yīng)。

其二，運(yùn)用光陰分析對(duì)光伏發(fā)電組件的影陰進(jìn)行了細(xì)致分析,將內(nèi)部植物的種植與光伏發(fā)電組件的鋪設(shè)進(jìn)行了巧妙地耦合。進(jìn)而達(dá)到了在不影響植物生長(zhǎng)的情況下,實(shí)現(xiàn)最大限度地提高光伏組建覆蓋率。

其三，為了最大限度提高光伏發(fā)電組件的采光面積，本發(fā)明利用了溫室屋頂?shù)奶舫霾糠职惭b光伏發(fā)電組件也設(shè)計(jì)了在溫室前屋腳的種植盲區(qū)增設(shè)光伏發(fā)電組件的方法。進(jìn)而保證了在最大限度提高光伏發(fā)電組件覆蓋率的同時(shí)，不影響內(nèi)部植栽的生長(zhǎng)。

其四，光伏溫室采用了全開型的溫室后坡板和內(nèi)懸掛保溫裝置，因此，可以全面協(xié)調(diào)光伏溫室發(fā)電和內(nèi)部環(huán)境控制的問題。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的第一種智能光伏溫室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的第二種智能光伏溫室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的第三種智能光伏溫室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的多功能骨架的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖5是本實(shí)用新型的多功能骨架的結(jié)構(gòu)放大圖；

圖6是本實(shí)用新型的多功能骨架上光伏發(fā)電組件與多功能骨架的連接關(guān)系放大圖；

圖中標(biāo)號(hào)代表：1-溫室前墻、2-溫室骨架、2-1溫室骨架上弦桿、2-2溫室骨架腹桿、2-3溫室骨架下弦桿、3-光伏發(fā)電組件、4-光伏發(fā)電組件卡固件、5-溫室后坡板驅(qū)動(dòng)電機(jī)、6-溫室后坡板驅(qū)動(dòng)齒條、7-溫室后坡板、8-溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)電機(jī)、9-溫室后墻、10-溫室后墻絕熱板、11-溫室前采光面延伸骨架、12-溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜；

以下結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做具體說明。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的智能光伏溫室的溫室骨架采用了上下弦桿均為內(nèi)卷邊C型鋼的設(shè)計(jì)方案，該骨架不僅是光伏溫室的承力構(gòu)件，同時(shí)光伏發(fā)電組件可以直接固定在該多功能骨架的上弦桿上。另外，為了避免光伏發(fā)電組件遭到破壞，光伏溫室無法采用通常溫室所采用的外保溫被保溫方式，因此該多功能骨架的下弦桿也采用了內(nèi)卷邊C型鋼，該下弦桿也同時(shí)為光伏溫室懸掛內(nèi)保溫被的導(dǎo)軌，因此實(shí)現(xiàn)了骨架的多功能利用。

在本實(shí)用新型的智能光伏溫室的溫室骨架外鋪設(shè)光伏發(fā)電組件的整體設(shè)計(jì)上，采用了主體結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，但是具體鋪設(shè)方案不同的結(jié)構(gòu)：第一種鋪設(shè)方案見圖1，溫室骨架沿溫室橫向包括溫室前采光面和溫室后坡面，在溫室前采光面上靠近溫室后坡面的部分鋪設(shè)光伏發(fā)電組件；

第二種鋪設(shè)方案見圖2，采用了將溫室前采光面向溫室后坡延伸一段的做法，進(jìn)而可以最大限度地提高光伏發(fā)電組件的覆蓋率。

另外，溫室前屋腳部分由于高度較低，通常無法種植作物，利用實(shí)踐種植中的這一特點(diǎn)，在第二種鋪設(shè)方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了第三種鋪設(shè)方案，見圖3，即還在靠近溫室前墻的溫室前采光面上部分設(shè)計(jì)了一排光伏發(fā)電組件，因此也在不影響內(nèi)部作物的同時(shí)，提高了光伏發(fā)電組件覆蓋率，進(jìn)而增大了發(fā)電量。

同時(shí)，由于本實(shí)用新型的智能光伏溫室內(nèi)部密閉程度高，因此溫室內(nèi)部環(huán)境的控制變得非常必要。本實(shí)用新型中采用了全開型溫室后坡板，該溫室后坡板配合溫室懸掛內(nèi)保溫系統(tǒng)(鋼纜上懸掛保溫被)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏溫室內(nèi)部環(huán)境的全方位控制。

發(fā)明人經(jīng)過科學(xué)地研究光伏發(fā)電組件的影陰分布規(guī)律，提出一種根據(jù)不同植栽而確定的不同覆蓋率溫室，設(shè)計(jì)出一種影陰可控和高效發(fā)電的光伏溫室，以突破現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的限制瓶頸，為光伏發(fā)電溫室的發(fā)展提供新的思路和方向。

實(shí)施例一：

結(jié)合圖1～6，本實(shí)用新型的智能光伏溫室，包括溫室前墻1、溫室骨架2及溫室后墻9，溫室骨架2沿包括溫室骨架上弦桿2-1、溫室骨架腹桿2-2和溫室骨架下弦桿2-3，在溫室骨架上弦桿2-1外固定貼設(shè)光伏發(fā)電組件3，在溫室骨架下弦桿2-3內(nèi)穿設(shè)溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜12；

具體的，首先溫室骨架2安裝在溫室后墻9和溫室前墻1上，溫室后墻9最好為預(yù)裝配式固化土主動(dòng)蓄熱后墻，溫室后墻9外邊有溫室后墻絕熱板10，溫室后墻絕熱板10為EPS板。溫室骨架2沿溫室橫向包括溫室前采光面和溫室后坡面，在溫室前采光面上靠近溫室后坡面的部分鋪設(shè)光伏發(fā)電組件3；溫室后坡面上安裝可開啟式溫室后坡板7，溫室后坡板7由溫室后坡板驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和溫室后坡板驅(qū)動(dòng)齒條6的直接推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉，進(jìn)而達(dá)到對(duì)光伏溫室內(nèi)部溫度和氣流的控制。溫室骨架下弦桿2-3內(nèi)部穿設(shè)溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜12，溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜12上懸設(shè)保溫被，該驅(qū)動(dòng)鋼纜在溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)內(nèi)懸掛保溫被的開啟和閉合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)保溫的主動(dòng)控制。

其中，溫室骨架上弦桿2-1和溫室骨架下弦桿2-3均采用內(nèi)卷邊C型鋼結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)能保證，在溫室骨架上弦桿2-1上通過光伏發(fā)電組件卡固件4固定光伏發(fā)電組件3，在溫室骨架下弦桿2-3內(nèi)穿設(shè)溫室內(nèi)保溫驅(qū)動(dòng)鋼纜12，既保證了外部光伏發(fā)電的需要，又滿足了內(nèi)部保溫的要求；且本實(shí)用新型的光伏發(fā)電組件3為太陽能光伏發(fā)電板，光伏發(fā)電組件卡固件4即為螺栓和螺母的卡固結(jié)構(gòu)，保證光伏發(fā)電組件3能牢固的固定在溫室骨架上弦桿2-1上。

圖1中的光伏發(fā)電組件在溫室前采光面上的覆蓋率為47％，在北緯30～40°緯度范圍內(nèi)，冬至日(12月22日)當(dāng)日正午，47％覆蓋率的光伏溫室，光伏發(fā)電組件3與內(nèi)部植物生長(zhǎng)完全互不影響。但如果再增加光伏發(fā)電組件3的覆蓋率到58％～81％，內(nèi)部植物的種植位置需要和光伏發(fā)電組件3的設(shè)置位置結(jié)合起來，也即采用光伏發(fā)電組件3的布置位置和植物種植位置列錯(cuò)位布置時(shí)，也可以達(dá)到完全不影響。

為了最大限度地提高光伏發(fā)電組件3的覆蓋率，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了溫室前采光面延伸骨架11，在溫室前采光面延伸骨架11與溫室前采光面延伸的斜面上設(shè)置光伏發(fā)電組件3，可以在不影響內(nèi)部植栽生長(zhǎng)的情況下最大限度地提高光伏發(fā)電組件的覆蓋率，進(jìn)而可以最大限度地提高光伏溫室的發(fā)電量，具體布置方式如圖2所示，圖2中的帶有箭頭的線條表示冬至日09：00至15：00之間的光線方向，由于增加了溫室前采光面延伸骨架11，可將多出的覆蓋面轉(zhuǎn)移到溫室前采光面延伸骨架11上，此時(shí)58％～81％覆蓋率的光伏溫室在冬至日09：00至15：00之間的6個(gè)小時(shí)內(nèi)，種植區(qū)域的遮蔭率最高僅為20％，最低為4.46％，因此對(duì)內(nèi)部植物生長(zhǎng)基本不造成影響。

由于還有一種溫室的結(jié)構(gòu)為溫室前墻部分高度較低，通常無法種植作物，利用實(shí)踐種植中的這一特點(diǎn)，在第二種鋪設(shè)方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了第三種鋪設(shè)方案，見圖3，圖3中的帶有箭頭的線條表示冬至日09：00至15：00之間的光線方向，即還在靠近溫室前墻1的溫室前采光面上設(shè)計(jì)了一排光伏發(fā)電組件3，在采用了光伏發(fā)電組件3與溫室內(nèi)植栽相耦合的設(shè)計(jì)方式后，光伏發(fā)電組件3對(duì)內(nèi)部植物的遮光影響幾乎可以控制在2.5％以內(nèi)，而于此同時(shí)光伏發(fā)電組件的截光面積增加了10％～34％，因此實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電與內(nèi)部作物生產(chǎn)互不影響的目的。采用47％或58％光伏覆蓋率的溫室，對(duì)后排溫室不產(chǎn)生新增的遮蔭面積，因此對(duì)溫室內(nèi)植物的生長(zhǎng)不產(chǎn)生影響。采用81％光伏覆蓋率的溫室除在09:00點(diǎn)和15:00點(diǎn)在種植區(qū)域產(chǎn)生了23.96％和12％的新增遮蔭率外，在冬至日正午及前后4個(gè)小時(shí)時(shí)段內(nèi)，均對(duì)后排溫室內(nèi)不產(chǎn)生新增的遮蔭面積。因此，81％光伏覆蓋率溫室會(huì)對(duì)后排溫室內(nèi)的前屋角附近2m內(nèi)的作物產(chǎn)生最多僅2h內(nèi)的遮光影響。因此，從總體外部遮蔭分析來看，三種覆蓋率的光伏溫室互相之間的影響較小，不對(duì)內(nèi)部植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。