一種光伏大棚智能監控系統及其監控方法
2023-06-16 18:14:41
一種光伏大棚智能監控系統及其監控方法
【專利摘要】本發明提供了一種有效提高了光伏大棚的能源利用率的光伏大棚智能監控系統及其監控方法。本發明的光伏大棚智能監控系統，包括大棚本體，位於大棚本體外的配電室、環境檢測系統和監控平臺，位於大棚本體頂部的光伏組件、通風天窗；位於大棚本體內的土壤環境監測系統、空氣環境監測系統、與監控平臺相連的智能控制器和與智能控制器相連的補光系統、風機、補溫設備、殺蟲設備、噴霧灌溉系統及二氧化碳發生器；所述環境檢測系統、所述土壤環境監測系統和所述空氣環境監測系統分別與監控平臺無線連接；所述光伏組件通過間隔排列的方式置於大棚頂部；所述配電室包括逆變器、蓄電池和控制器，所述配電室與電網相連；所述智能控制器與蓄電池、逆變器和電網相連。
【專利說明】一種光伏大棚智能監控系統及其監控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種太陽能監控系統及其監控方法，尤其是一種光伏大棚智能監控系統及其監控方法。
【背景技術】
[0002]光伏大棚作為光伏利用的新形式，還處於初級發展階段。光伏大棚的太陽能應用要綜合考慮光伏發電和農作物生長兩個方面。除考慮光伏發電的效率外，農作物生長涉及因素眾多，農作物生長過程中要考慮光照、溫度、溼度、二氧化碳濃度、土壤pH值等。在控制過程中較為複雜。目前控制系統僅考慮利用能源實現光伏大棚內部的環境調控，通風、光照、保溫等設施的應用還沒有充分考慮到外部環境變化、光伏發電效率，能源浪費嚴重。其次，在調節內部環境因子時，只考慮大棚設施啟動對直接作用環境因子的影響，沒有考慮到大棚設施啟動對大棚內其他環境因子影響。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種有效提高了光伏大棚的能源利用率的光伏大棚智能監控系統及其監控方法。
[0004]實現本發明目的之一的一種光伏大棚智能監控系統，包括大棚本體，位於大棚本體外的配電室、環境檢測系統和監控平臺，位於大棚本體頂部的光伏組件、通風天窗；位於大棚本體內的土壤環境監測系統、空氣環境監測系統、與監控平臺相連的智能控制器和與智能控制器相連的補光系統、風機、補溫設備、殺蟲設備、噴霧灌溉系統及二氧化碳發生器；所述環境檢測系統、所述土壤環境監測系統和所述空氣環境監測系統分別通過有線或者無線的方式與監控平臺連接；
[0005]所述光伏組件通過間隔排列的方式置於大棚頂部；所述配電室包括逆變器、蓄電池和控制器，所述配電室與電網相連；所述智能控制器與蓄電池、逆變器和電網相連。
[0006]所述大棚本體頂部還設有捲簾機，所述捲簾機與智能控制器相連；所述捲簾機上設有遮蔭簾。
[0007]所述補光系統為LED補光燈。農作物生長過程中光照強度高於光補償點，不同農作物不同時期所需波段不同，將這些數據都在作物生長初期存入農作物資料庫。不同顏色LED燈的排布方式可以針對特定農作物特定時期所需光照進行重新排布。
[0008]所述補溫設備包括地源熱泵和電加熱設備。可分別對土壤和空氣進行加熱，兩者可按照實際情況分別使用或者兩者結合應用。
[0009]所述空氣環境監測系統為對大棚本體內空氣溫度、空氣溼度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點進行監測的空氣監測儀。
[0010]所述土壤環境監測系統為對土壤溼度、土壤溫度、土壤肥力進行監測土壤環境監測儀。
[0011]所述監控平臺包括數據存儲模塊，數據處理模塊、控制平臺和用戶終端。所述監控平臺監測數據包括光伏發電系統數據，室外環境檢測系統，室內環境檢測系統數據，土壤監測系統數據。光伏發電系統數據包括光伏組件、逆變器、蓄電池充放電數據。所述農作物資料庫數據在作物種植前導入監控平臺，用於作物生長環境參數設置和指導用戶種植。所述天氣預報數據由網際網路下載，用於光伏發電預測和大棚環境預測。
[0012]所述監控平臺可對光伏發電系統及智能控制器進行控制。
[0013]實現本發明目的之二的一種光伏大棚智能監控方法，包括如下步驟:
[0014](I)根據農業資料庫設定大棚內的光照、溫度、溼度和二氧化碳濃度參數和土壤肥力參數；
[0015](2)通過設置在大棚本體外部的環境智能檢測系統和設置在大棚本體內的空氣環境監測系統與土壤環境監測系統監測天氣情況和大棚內的空氣溫度、空氣溼度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點，以及土壤溼度、土壤溫度、土壤肥力，並將監測到的數據發送給監控平臺；
[0016](3)通過網際網路下載天氣預報數據傳輸到監控平臺；
[0017](4)環境監測出現異常時發出預警信息；
[0018](5)監控平臺將監測到的數據與設定參數進行比對得出調節預警環境因子可操控的備用設施同時調取大棚其他環境因子數據；
[0019](6)監控平臺分析備用設備對其他環境因子產生的影響，選擇合適的設備；
[0020](7)監控系統調取光伏系統發電數據，確定相關設備供電方式；
[0021](8)監控平臺指令智能控制器啟動相應設備補償參數；
[0022](9)監控平臺進行棚內環境監測。
[0023]所述的一種光伏大棚智能監控方法，還包括步驟(10):當棚內環境檢測系統檢測到異常情況，或環境因子到達設定的臨界值時發出預警信號，可通過遠程通信通知用戶，提醒用戶進行操作。還包括步驟(11)進行光伏發電系統監測，確定光伏發電系統穩定性、安全性，並通過監測光伏發電量確定系統何時給蓄電池供電，何時併入電網。
[0024]另外包括步驟(12):當天氣預報顯示天氣突變時，用戶可通過用戶終端登錄監控平臺，通過智能控制器操作設備。
[0025]本發明的一種光伏大棚智能監控系統及其監控方法的有益效果如下:
[0026]本發明的一種光伏大棚智能監控系統及其監控方法，通過智能控制平臺可降低人工監控成本和誤差，可對光伏大棚內的作物進行高效、科學的管理，降低成本，提高經濟收益；不僅考慮利用能源實現光伏大棚內部的環境調控，通風、光照、保溫等設施的應用，還充分考慮到外部環境變化、光伏發電效率，有效提高了光伏大棚的能源利用率。大大提升了增值空間並有利於實現農業立體生產，是集低碳、節能、環保於一體的高科技農業生態建設項目。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的一種光伏大棚智能監控系統的設施分布示意圖。
[0028]圖2為本發明監控平臺結構示意圖
[0029]圖3為本發明的一種光伏大棚智能監控方法的示意圖。【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明的一種光伏大棚智能監控系統，包括大棚本體I，位於大棚本體I外的配電室2、環境檢測系統4和監控平臺16，位於大棚本體I頂部的光伏組件3、通風天窗8 ;位於大棚本體I內的土壤環境監測系統14、空氣環境監測系統15、與監控平臺16相連的智能控制器5和與智能控制器5相連的補光系統6、風機13、補溫設備9、殺蟲設備12、噴霧灌溉系統11及二氧化碳發生器10 ;所述環境檢測系統4、土壤環境監測系統14和空氣環境監測系統15分別與監控平臺16無線連接；所述光伏組件3與配電室2和智能控制器5相連；所述配電室2包括逆變器、蓄電池和控制器，所述配電室2與電網相連；所述智能控制器5與蓄電池、逆變器和電網相連。
[0031]所述大棚本體I頂部還設有捲簾機7，所述捲簾機7與智能控制器5相連；所述捲簾機7上設有遮蔭簾。
[0032]所述補光系統6為LED補光燈。LED燈節能效果好，顏色多變。農作物生長過程中光照強度高於光補償點，不同農作物不同時期所需波段不同，將這些數據都在作物生長初期存入農作物資料庫。不同顏色LED燈的排布方式可以針對特定農作物特定時期所需光照進行重新排布。可人為改變生長周期，讓植物提前成熟上市，提高經濟效益。
[0033]所述補溫設備9包括地源熱泵和電加熱設備。可分別對土壤和空氣進行加熱，兩者可按照實際情況分別使用或者兩者結合應用。
[0034]所述空氣環境監測系統15為對大棚本體內空氣溫度、空氣溼度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點進行監測的空氣監測儀。
[0035]所述土壤環境監測系統14為對土壤溼度、土壤溫度、土壤肥力進行監測土壤環境監測儀。
[0036]如圖2所示，所述監控平臺16包括數據存儲模塊，數據處理模塊、控制平臺和用戶終端。其中存儲數據包含光伏發電數據、外部環境數據、大棚內部環境數據、作物資料庫、天氣預報數據。所述監控平臺監測數據包括光伏發電系統數據，室外環境檢測系統，室內環境檢測系統數據，土壤監測系統數據。光伏發電系統數據包括光伏組件、逆變器、蓄電池充放電數據。所述農作物資料庫數據在作物種植前導入監控平臺，用於作物生長環境參數設置和指導用戶種植。所述天氣預報數據由網際網路下載，用於光伏發電預測和大棚環境預測。監控平臺分為光伏監控平臺和大棚環境監控平臺。控制平臺分別對光伏系統、充電和供電方式控制、大棚環境調節進行控制。
[0037]本系統與從氣象部門獲得的天氣預報相結合，一是對光伏發電系統進行發電預測，二是結合大棚內環境監測儀對大棚內環境進行調節，三可以確定光伏發電以何種方式給設施供電。
[0038]光伏大棚控制系統工作時，其數據處理模塊主要包含以下幾個方面內容:
[0039]1、改變單個環境因子可選擇多個設施達到目的。如溫度變化可通過補溫系統、噴淋加溼裝置、天窗、風機、遮陰簾達到目的。溼度變化可利用電加熱、噴淋加溼、天窗、風機達到目的。二氧化碳變化可通過二氧化碳發生器、開天窗、循環風機達到目的。光照可通過補光系統主動補光來完成。
[0040]2、大棚內的單個設備驅動時，可能對多個環境因子產生影響，如通風可降溫、增加二氧化碳含量及調節溼度；加熱設備可用於大棚內保溫和去溼；風機可用於降溫及；噴霧可用於增加溼度和降溫等。另外不同的大棚設施對環境因子的影響程度大小、快慢、適合時期使用都不同。因此將上述邏輯關係輸入資料庫中，經過綜合對比之後，選擇合適的設施對保持大棚內部適宜的環境具有重要作用。
[0041]3、其次，改變大棚內的一個環境因子將對其他環境因子產生影響。如溫度上升，溼度將會下降，呼吸作用增加，二氧化碳濃度將增加。溼度增加；溫度會降低，導致新陳代謝降低。光照強度加強，光合作用增強，二氧化碳濃度會下降，溫度也會上升。
[0042]4、光伏大棚中環境因子的設定主要以下方面:
[0043]I)溫度的設定:在作物種植之前，通過查閱資料庫和根據用戶經驗設定農作物三基點溫度，根據作物生育階段及生長活動的晝夜變化設定環境溫度。在三基點的溫度範圍內一般白天進行光合作用設定較高的溫度。晚上只有呼吸作用，溫度設定較低。溫度超出範圍時報警。
[0044]2)溼度的設定:在作物種植之前，通過通過查閱資料庫和根據用戶經驗設定農作物空氣溼度和土壤溼度範圍。通過實時監測，將精度誤差控制在5%之內。超出溼度範圍時報警器將報警，並在用戶終端顯示原因。
[0045]3) 二氧化碳濃度的設定:在作物種植之前，通過通過查閱資料庫和根據用戶經驗設定農作物二氧化碳濃度補償點和二氧化碳飽和點。二氧化碳濃度低，農作物不能進行旺盛的光合作用，難以早熟高產。當二氧化碳濃度過高時，嚴重將導致作物死亡。因此要控制二氧化碳濃度高於補償點不高於飽和點。當低於補償點或高於飽和點時報警器報警.[0046]如圖3所示，本發明的一種光伏大棚智能監控方法，包括如下步驟:
[0047](I)根據農業資料庫設定大棚內的光照、溫度、溼度和二氧化碳濃度參數和土壤肥力參數；
[0048](2)通過設置在大棚本體外部的環境智能檢測系統和設置在大棚本體內的空氣環境監測系統與土壤環境監測系統監測天氣情況和大棚內的空氣溫度、空氣溼度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點，以及土壤溼度、土壤溫度、土壤肥力，並將監測到的數據發送給監控平臺；
[0049](3)通過網際網路下載天氣預報數據傳輸到監控平臺；
[0050](4)環境監測出現異常時發出預警信息；
[0051](5)監控平臺將監測到的數據與設定參數進行比對得出調節預警環境因子可操控的備用設施同時調取大棚其他環境因子數據；
[0052](6)監控平臺分析備用設備對其他環境因子產生的影響，選擇合適的設備；
[0053](7)監控系統調取光伏系統發電數據，確定相關設備供電方式；
[0054](8)監控平臺指令智能控制器啟動相應設備補償參數；
[0055](9)監控平臺進行棚內環境監測。
[0056]所述的一種光伏大棚智能監控方法，還包括步驟(10):當棚內環境檢測系統檢測到異常情況，或環境因子到達設定的臨界值時發出預警信號，可通過遠程通信通知用戶，提醒用戶進行操作。步驟(11)進行光伏發電系統監測，確定光伏發電系統穩定性、安全性，並通過監測光伏發電量確定系統何時給蓄電池供電，何時併入電網。另外包括步驟(12):當天氣預報顯示天氣突變時，用戶可通過用戶終端登錄監控平臺，通過智能控制器操作設備。如下雨時關閉天窗及開啟儲雨池等。[0057]用戶可在數據分析平臺按照預警原因與其他環境因素相關性的密切程度進行選擇，然後結合外部環境監測儀數據，數據分析平臺給出分析結果和選擇方案，用戶按照需求選擇相關的大棚的設備，並通過監控平臺光伏發電量選擇供電方式，發送指令到智能控制器，智能控制器驅動相關設備。
[0058]上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本發明技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:包括大棚本體，位於大棚本體外的配電室、環境檢測系統和監控平臺，位於大棚本體頂部的光伏組件、通風天窗；位於大棚本體內的土壤環境監測系統、空氣環境監測系統、與監控平臺相連的智能控制器和與智能控制器相連的補光系統、風機、補溫設備、殺蟲設備、噴霧灌溉系統及二氧化碳發生器；所述環境檢測系統、所述土壤環境監測系統和所述空氣環境監測系統分別通過有線或無線的方式與監控平臺無線連接；所述光伏組件通過間隔排列的方式置於大棚頂部；所述配電室包括逆變器、蓄電池和控制器，所述配電室與電網相連；所述智能控制器與蓄電池、逆變器和電網相連。
2.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:所述大棚本體頂部還設有捲簾機，所述捲簾機與智能控制器相連；所述捲簾機上設有遮蔭簾。
3.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:所述補光系統為LED補光燈。
4.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:所述補溫設備包括地源熱泵和電加熱設備。
5.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:所述空氣環境監測系統為對大棚本體內空氣溫度、空氣溼度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點進行監測的空氣監測儀。
6.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:所述土壤環境監測系統為對土壤溼度 、土壤溫度、土壤肥力進行監測土壤環境監測儀。
7.根據權利要求1~6任一所述的一種光伏大棚智能監控系統，其特徵在於:所述監控平臺包括數據存儲模塊，數據處理模塊、控制平臺和用戶終端。
8.一種光伏大棚智能監控方法，包括如下步驟: (1)根據農業資料庫設定大棚內的光照、溫度、溼度和二氧化碳濃度參數和土壤肥力參數； (2)通過設置在大棚本體外部的環境智能檢測系統和設置在大棚本體內的空氣環境監測系統與土壤環境監測系統監測天氣情況和大棚內的空氣溫度、空氣溼度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點，以及土壤溼度、土壤溫度、土壤肥力，並將監測到的數據發送給監控平臺； (3)通過網際網路下載天氣預報數據傳輸到監控平臺； (4)環境監測出現異常時發出預警信息； (5)監控平臺將監測到的數據與設定參數進行比對得出調節預警環境因子可操控的備用設施同時調取大棚其他環境因子數據； (6)監控平臺分析備用設備對其他環境因子產生的影響，選擇合適的設備； (7)監控系統調取光伏系統發電數據，確定相關設備供電方式； (8)監控平臺指令智能控制器啟動相應設備補償參數； (9)監控平臺進行棚內環境監測。
9.根據權利要求8所述的一種光伏大棚智能監控方法，其特徵在於:還包括步驟(10):當棚內環境檢測系統檢測到異常情況，或環境因子到達設定的臨界值時發出預警信號，可通過遠程通信通知用戶，提醒用戶進行操作；步驟(11):進行光伏發電系統監測，確定光伏.發電系統穩定性、安全性，並通過監測光伏發電量確定系統何時給蓄電池供電，何時併入電網；另外包括步驟(12):當天氣預報顯示天氣突變時，用戶可通過用戶終端登錄監控平臺，通過智能控制器操作設備，如下雨時關閉天窗及開啟儲雨池。
【文檔編號】A01G9/26GK103592924SQ201310601285
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】吳敏, 秦鋼, 柳朋 申請人:中節能綠洲(北京)太陽能科技有限公司