專利名稱：太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚的制作方法
技術領域：
本發明屬于農業生產技術的技術領域，涉及農業生產中的大棚技術，更具體地說，本發明涉及一種太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚。
背景技術：
大棚的溫室效應給寒冷地區或反季節的農業栽培提供了現代化農業生產的基本條件，但至今仍存在一些關鍵性技術瓶頸，制約著室內農業現代產業化的發展，特別是在高寒地區。隨著全球能源形勢的日趨緊張，節能與環保成為當今世界各國關注的熱點。傳統的燃煤、燃氣供熱方式以及多種恒功率電熱供熱方式等，已無法滿足現有城鄉建筑、設施供熱(暖)的環保、節能要求。 為了提高能源的利用效率和控制環境污染，近年來涌現出諸多供熱新技術和新模式，例如利用低谷電的供熱供暖技術，以及利用可再生能源的太陽能集熱器和水源或空氣源熱泵并、串聯供熱技術等。然而，現有新型供熱方式各自仍存在一定缺陷，甚至是無法解決的致命缺陷，直接影響著可再生能源的利用和發展。例如，低谷電供熱方式雖然提高了能源的有效利用，但只能滿足冬季供暖需求，更不用說非谷期電熱供暖，同時也都還是以二次能源為主；太陽能集熱器受地區、晝夜、氣候和季節日照采集率變化和儲能輸送方法等因素的影響，致使所提供熱水的溫度不穩定，即使采用大儲罐進行顯熱儲能儲水，也達不到供熱的要求，只能間接互補，儲存效率較低，得不償失；同時也帶來幾十噸甚至上千噸水箱的超重負荷，防凍、抗凍、分體與建筑結合難，以及各種器件存在無法克服或長期尚未克服的技術瓶頸；水源熱泵或空氣源熱泵易受水源或空氣源的自然條件影響，特別是在低溫制熱、高溫制冷時，其COP值并未達到、且很難達到“I I”；另外，自動化控制系統愈加復雜，因此設計開發新一代的集成供熱技術是非常必要的。目前，國內外在幾乎找不到任何適用于直流負載的情況下，只能通過蓄電、逆變技術將光電蓄電儲存，通過兩次轉換，將轉化后的基本穩定的直流變成交流，再并入電網，用電網充當虛擬負載。這兩次轉換，其轉化的效率低，會產生高達20%的損失。另外，逆變系統存在諸如高壓損壞、孤島效應、并網同步等技術問題。而離網發電系統又必須采用電化學儲能裝置(需要采用蓄電池或超級電容器等)，將電能轉化為化學能儲存起來。蓄電池的介入非但沒有降低應用難度，反而因蓄電池存在壽命和環境污染問題，使問題變得更為復雜。總之，目前并網和離網發電系統均存在成本高、效率低、環保隱患、應用不方便等缺陷。
發明內容
本發明提供一種太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其目的是節能、環保和可再生能源的充分利用。為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為本發明所提供的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，包括地面、墻體、大棚框架；所述的農業大棚內鋪設苗床；所述的農業大棚上設有太陽能光伏電池；所述的地面和墻體上設有電熱終端；所述的太陽能光伏電池通過導電電路與所述的電熱終端直接連接；所述的電熱終端設有智能型電熱器件和相變儲能材料。所述的智能型電熱器件采用的發熱材料是具有PTC效應的特種導電聚合物復合材料，所述的PTC效應為電阻正溫度系數效應；所述的相變儲能材料為高相變焓的固液相變儲能材料。 所述的農業大棚設小功率蓄電池，所述的小功率蓄電池置于所述的電熱終端中。所述的農業大棚的內外設有多個溫度控制器，所述的溫度控制器均通過通過信號線路與計算機連接；或者，所述的溫度控制器均通過通過信號線路與計算機網絡控制系統連接；所述的溫度控制器設有CPU處理器、儲存元器件、功能按鍵和顯示屏；所述的溫度控制器通過采暖控制器與所述的電熱終端連接。所述的電熱終端還通過采暖控制器與民用電網連接。所述的電熱終端還通過采暖控制器與風力發電機連接。所述的農業大棚內設有非逆變的LED照明器件。 所述的農業大棚內設有散熱器。本發明采用上述技術方案，采用非蓄電、非逆變太陽能光伏電熱，在太陽能光熱大棚溫室效應的基礎上，結合顯熱、潛熱蓄能材料的蓄能技術；可以分棚實現基本控制；或進行近程或遠程計算機網絡集中分棚控制，遠距離近況視屏顯示；因地區太陽能輻照條件的優良，可以完全不需要輔助互補能源；如果陽光不足時，也可以與其他能源如民用電網、風力發電互補，而達到最完美的節能、環保和可再生能源、生態環境材料等光伏、光熱、地熱栽培領先技術的集成綜合應用。
下面對本說明書各幅附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明圖I為本發明的結構示意圖；圖2為圖I所示結構的立體示意3為本發明中的計算機網絡系統示意圖；圖4為本發明的計算機控制的示意圖；圖5為網絡控制器與采暖電源的連接關系示意圖。圖中標記為I、地面，2、墻體，3、大棚框架，4、太陽能光伏電池，5、電熱終端，6、采暖控制器，7、
溫度控制器，8、苗床。
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。如圖I和圖2所表達的本發明的結構，是太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，包括地面I、墻體2、大棚框架3 ;所述的農業大棚內鋪設苗床8。墻體2的外表面為保溫材料。上面與朝向陽光的前面形成一個整體，為傾斜的透光材料，其強度能承受溫度變化、形狀變化產生的應力，以及惡劣天氣，如雨、雪、冰雹的壓力、沖擊力。其透光率高，導熱性低，溫室效應好。一、本發明的核心技術方案及分析為了解決現有技術存在的問題并克服其缺陷，實現節能、環保和可再生能源的充 分利用的發明目的，本發明采取的技術方案為如圖I和圖2所示，本發明所提供的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，設有太陽能光伏電池4 ;所述的地面I和墻體2上設有電熱終端5 ;所述的太陽能光伏電池4通過導電電路與所述的電熱終端5直接連接；所述的電熱終端5設有智能型電熱器件和相變儲能材料。如圖I所示，太陽能光伏電池4設在不易于遮擋太陽光的大棚頂部的后方。其也應傾斜設置，其傾斜方向與大棚頂部的透光材料的傾斜方向一致。在有白天且為晴天時，太陽大棚吸收太陽能，足以使大棚內的溫度保持在適宜的溫度；同時，太陽能光伏電池4發電，使電熱終端5產生熱量，并被相變儲能材料吸收，通過相變儲能材料的形態變化，形成潛熱，儲存其能量備用，因為此時大棚內不需要太陽能光伏電池4提供熱能；也不需要其它電源提供能量；在沒有太陽光的夜間或陰、雨雪天氣，大棚無法吸收太陽光的熱能，這時相變儲能材料再通過相反的形態變化，將潛熱轉化為顯熱，給大棚內提供熱量，使大棚內的溫度升聞。本發明針對現有城鄉建筑、設施供熱系統在節能環保方面所存在的瓶頸問題，特別是冬冷夏熱的南方集中供暖的可行性問題提出了適用于區域建筑供熱系統的的新模式，可以做到在一年四季中，低谷電熱轉換與儲存、非谷期電的利用。將新一代安全節能型變功率電熱器件“特種專用自控溫加熱器”與“相變儲能材料”及應用技術有機結合在一起作為變功率潛熱、潛顯熱、顯熱蓄能電熱轉化體。本發明提供的現代農業智能大棚，采用非蓄電、非逆變的太陽能光伏電熱，在太陽能光熱大棚溫室效應的基礎上，結合顯熱、潛熱蓄能材料及蓄能技術；若地區太陽能輻照條件的優良，可以完全不需要輔助互補能源；也可以在太陽能不足的地區，與其他能源互補，從而實現完美的節能、環保和可再生能源的充分利用，因此本發明是生態環境材料等光伏、光熱、地熱栽培領先技術的集成綜合應用。本發明可以分棚基本控制；或進行近程或遠程計算機集中分棚控制，遠距離近況視屏顯示。本發明集成的兩項主要技術I、以低谷電與太陽能非蓄電、非逆變光伏電互補能源的、變功率分體蓄能供熱技術；
2、結合建筑住宅區所處地理位置的特點，可以是非蓄電、非逆變“光電熱”利用和非蓄電“風電熱”利用，以及太陽能光熱溫室效應與非蓄電、非逆變光伏電熱變功率蓄能利用。本發明除了重點在全國部分城鄉區域性住宅建筑中推廣應用，更可以在廣大農村，特別是西部現代農業溫室大棚或特種養殖、畜牧等或邊遠無網電供應的地區進行推廣應用，甚至可以是在高寒、南北極地區，對太陽能進行無蓄電池、無逆變器、光伏直接變功率電熱利用，在國際上引領太陽能光伏集成供熱技術的發展方向。光伏發電作為可再生能源，已列入我國科技發展與高技術產業發展的優先領域。其特點是適應氣候條件的改變，提供一個功率變化的電力供應系統，而這種系統只能與同樣是變功率工作的接收系統“負載”相匹配，才能充分發揮功效。為此，本發明提供了非逆變、非蓄電的離網光伏電熱變功率蓄能技術，即直接將變功率光伏電能，通過變功率電熱轉化積累性潛熱、潛顯熱、顯熱大容量儲能，滿足建筑及生 活設施的熱需求，其中，尤其適用于現代農業溫室大棚、養殖、畜牧等，是一項市場需求極大的新技術。本發明的技術已成功地應用于4000平米的科華研發中心和西部現代農業大棚的示范工程。可以使我國光伏產業走向健康發展之路。二、智能型電熱器件及相變儲能材料的分析本發明所述的智能型電熱器件采用的發熱材料是具有PTC效應的特種導電聚合物復合材料，所述的PTC效應為電阻正溫度系數效應；所述的相變儲能材料為高相變焓的固液相變儲能材料。智能型電熱器件技術本發明采用的智能型電熱器件是特種專用自控溫電熱帶，并不只是自限溫電熱帶就可以，而是專用產品，所采用發熱材料是具有PTC特性(即電阻正溫度系數效應)的特種導電聚合物復合材料。因此，自控溫電熱帶的電阻會隨著被加熱體系溫度的升高而增大，從而自動調節輸出功率，以達到控溫和節能的目的。與其它電熱器件相比，具有以下優點I、交直流兩用，±50%寬幅工作電壓；2、3_6000V交直流電壓系列化等級可供選用；3、低溫加熱快捷，電熱轉化效率高，可達100%轉化；4、可自動限制加熱溫度，具有開關特性和記憶特性等特點；5、可任意切斷或接長使用，安裝使用簡便；6、產品內外材料為阻燃材料，承受溫度高達160°C，自身不燃，安全可靠，使用壽命長，可達到50年。鑒于此，必須采用這種與光伏器件匹配的專用變功率光伏電熱轉化器件特種自控溫電熱帶或電熱器件為建筑(其中特別是農業溫室大棚)及生活設施供熱是非常理想的。潛熱蓄熱技術潛熱蓄熱技術是利用無機、無毒、無害的高相變焓的相變儲能材料的固液相變過程，來實現能量的貯存和釋放，在能源的有效利用和全球氣候保護方面發揮了重要作用。相變潛熱蓄能技術用于住宅建筑等相關領域呈現以下諸多優點I、相變潛熱大，積累性蓄熱能力強，相變時溫度基本恒定，具有溫度自控調節能力，從而減小室內空氣溫度波動，較長時間保持所需溫度，提高人體舒適度，以及滿足動植物的不同溫度需求；2、非供熱時實現主動蓄能控溫，供熱時被動蓄能時序編程，通過吸熱Λ Tl與放熱ΔΤ2的大小變化，可實現谷期(夜間)用電蓄熱，非谷期(白天)停電供熱；或白天的光伏電熱蓄熱，夜間釋放利用；3、潛熱蓄能系統可以將峰期用電負荷向谷期轉移，在電力上削峰填谷，緩解能量的供求矛盾，是國家用電政策“電力需求側管理”鼓勵節約用電的有效途徑；4、減輕建筑物的承載負荷，降低建筑造價；5、白天光熱溫室效應與光伏電熱變功率蓄熱共存，白天供熱、蓄能，夜間釋放、供熱。實現只要白天陽光充足時，24小時完全由太陽能光伏供熱。 鑒于特種自控溫電熱器件具有交直流兩用、變功率、寬幅電壓、多級系列化工作電壓、開關記憶特性，以及節能、安全、特別是安全低壓、使用壽命長等特點，相變材料擁有蓄熱(冷)能力強的優點，將二者有機結合起來，在“光伏利用”領域內進行變功率、積累性電熱轉換與積累性潛熱、潛顯熱、顯熱儲存，既解決了大面積離網發電、非蓄電、非逆變的光伏變功率電力直接利用問題，又大大提高了低谷電的利用率。三、小功率蓄電池的補充作用本發明所述的農業大棚設小功率蓄電池，所述的小功率蓄電池置于所述的電熱終端5中。由于采用了上述蓄能終端，蓄電池置放于其中，這種優良的工作環境有利于使酸鉛電池使用效率更好，壽命更長。滿足在沒有任何太陽能、風能、民用電源的極端情況下的補充電源需求。四、計算機及其網絡在本發明中的應用如圖3和圖4所示，本發明所述的農業大棚的內外設有多個溫度控制器7，所述的溫度控制器7均通過通過信號線路與計算機連接；所述的溫度控制器7均通過通過信號線路與計算機網絡控制系統連接；所述的溫度控制器7設有CPU處理器、儲存元器件、功能按鍵和顯示屏；所述的溫度控制器7通過采暖控制器6與所述的電熱終端5連接。當太陽能采集率彡70%時，計算機網絡控制系統可以省略。計算機網絡控制系統能夠對非蓄電、非逆變太陽能光伏電與低谷電互補系統的以下功能實現集中智能控制變功率蓄能供熱、地面輻射供暖質量、用電負荷特性、儲放熱隨環境溫度及時間變化特性的用電行為。通過“供暖網站、采暖服務器、網絡控制器、數據交互機、室內外溫度控制器、自限溫蓄熱地面終端”形成該智能控制系統。(一)、計算機網絡控制主要功能包括授權許可申請功能；報表統計及分析功能；數據存儲、備份功能；遠程監視功能；入網校驗功能；操作歷史記錄功能。(二)、計算機系統軟件功能技術要求I、使用配置有CPU處理器和儲存系統的硬件設備，使智能判斷得以實現，能通過戶外溫度、地面溫度、變壓器負載情況、溫度異常變化等情況智能判斷，使最需要供熱的地方立即可以升溫，使溫度精確控制，使電能得利用，達到最佳化、合理化。 2、能在變壓器負荷滿載時釋放部分壓力，實現變壓器負載自動調配。
3、設立供熱優先級制度，實現用戶信息儲存化、供熱信息數據化，能與企業管理建立erp系統化，使供熱系統模塊化。(三)、計算機系統溫度控制技術要求I、控制器采用集中控制弱電系統，分戶(分棚)控制強電系統(強弱電分離體系)的網狀對應關系，并且一個戶式控制器設計為對應一戶的最終末端控制單位。2、控制器應配有CPU處理器、儲存系統、功能按鍵和顯示屏，可組合成實現溫控器體系自身所不具備的智能系統。3、控制器能使溫控器的功能與該戶二級配電箱的作用進行整合，成為了一個設備。4、控制器應在安裝、維修、調試、升級等方面采用便捷、簡單原則。 5、控制器一般安裝于戶(棚)外或隱蔽處，使棚內再無任何明裝的強電設備和接線安裝漏洞。五、電能互補方案I、本發明所述的電熱終端5還通過采暖控制器6與民用電網連接。2、本發明所述的電熱終端5還通過采暖控制器6與風力發電機連接。如圖5所示，采暖電源由網絡控制器通過固態繼電器控制其通斷。在相當長的時間里沒有太陽光的時候，大棚無法吸收太陽光的熱能，這時如果相變儲能材料潛熱已經消耗殆盡可以通過上述電源進行補充，給大棚內提供熱量，使大棚內的溫度升高。也可以在任何時候將風能產生的電能通過相變儲能材料轉化為潛熱儲存起來，供沒有陽光時提供熱量。六、照明方案本發明所述的農業大棚內設有非逆變的LED照明器件。采用非逆變LED照明技術來滿足夜間照明之需要。綜上所述I、本發明的技術是當今國內外利用太陽能光伏電熱(不用蓄電池，不用逆變器)、光熱溫室效應技術唯一領先集成應用技術，切實可行；2、本發明的技術是一種可以不用輔助能源的太陽能光伏電熱變功率蓄能技術，完全利用太陽能在我國西部(例如青海)、東北部地區太陽能光照條件很好時(太陽能采集率達到70%以上)，將不再需要其他能源互補。僅僅在連續陰雨7-10天以上時，才會用其他能源互補；3、本發明的一次投資較大，主要是光伏電池板投資額較大。而如果利用本發明的技術向當地省市有關政府部門或國家發改委申報可再生能源利用的項目立項，可獲得9元/W的政策補貼。此時，應用本發明技術進行投資的任何單位和個人皆可承受，可提高項目投資的回報。20年內無維護費用，也無運行費用。無污染，安全電壓無隱患。4、當太陽能采集率較低地區，本發明采用計算機遠程集中分棚控制，低谷電互補實現了產業化現代農業自動化水平的要求。本發明的技術極具發展潛力，能全面推動可再生能源利用行業與時俱進的創新性發展。
上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用 其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，包括地面(I)、墻體(2)、大棚框架(3);所述的農業大棚內鋪設苗床(8)； 其特征在于 所述的農業大棚上設有太陽能光伏電池(4)； 所述的地面(I)和墻體(2 )上設有電熱終端(5 ); 所述的太陽能光伏電池(4 )通過導電電路與所述的電熱終端(5 )直接連接； 所述的電熱終端(5)設有智能型電熱器件和相變儲能材料。
2.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于 所述的智能型電熱器件采用的發熱材料是具有PTC效應的特種導電聚合物復合材料，所述的PTC效應為電阻正溫度系數效應； 所述的相變儲能材料為高相變焓的固液相變儲能材料。
3.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于 所述的農業大棚設小功率蓄電池，所述的小功率蓄電池置于所述的電熱終端(5)中。
4.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于 所述的農業大棚的內外設有多個溫度控制器(7)，所述的溫度控制器(7)均通過通過信號線路與計算機連接； 所述的溫度控制器(7)設有CPU處理器、儲存元器件、功能按鍵和顯示屏； 所述的溫度控制器(7 )通過采暖控制器(6 )與所述的電熱終端(5 )連接。
5.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于 所述的農業大棚的內外設有多個溫度控制器(7)，所述的溫度控制器(7)均通過通過信號線路與計算機網絡控制系統連接； 所述的溫度控制器(7)設有CPU處理器、儲存元器件、功能按鍵和顯示屏； 所述的溫度控制器(7 )通過采暖控制器(6 )與所述的電熱終端(5 )連接。
6.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于所述的電熱終端(5 )還通過采暖控制器(6 )與民用電網連接。
7.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于所述的電熱終端(5)還通過采暖控制器(6)與風力發電機連接。
8.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于所述的農業大棚內設有非逆變的LED照明器件。
9.按照權利要求I所述的太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，其特征在于所述的農業大棚內設有散熱器。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能光伏電熱變功率蓄能農業大棚，包括地面(1)、墻體(2)、大棚框架(3)；所述的農業大棚內鋪設苗床(8)；所述的農業大棚上設有太陽能光伏電池(4)；所述的地面(1)和墻體(2)上設有電熱終端(5)；所述的太陽能光伏電池(4)通過導電電路與所述的電熱終端(5)直接連接；所述的電熱終端(5)設有智能型電熱器件和相變儲能材料。上述技術方案采用非蓄電、非逆變太陽能光伏電熱，在太陽能光熱大棚溫室效應的基礎上，結合顯熱、潛熱蓄能材料的蓄能，可以全不需要輔助互補能源；也可以與其他能源互補，而達到最完美的節能、環保和可再生能源、生態環境材料等技術的集成綜合應用。
文檔編號A01G9/14GK102823458SQ201210337419
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月12日 優先權日2012年9月12日
發明者程崇鈞, 程巍, 宋文波, 程曉龍, 肖毅 申請人:蕪湖市科華新型材料應用有限責任公司