微生物養殖系統的製作方法
2023-06-11 03:43:06
專利名稱：微生物養殖系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及微生物養殖系統，尤其涉及一種能夠提高太陽能綜合利用水平的微生物養殖系統。
背景技術：
光生物反應器是利用太陽光對具有光合能力的微生物進行養殖的裝置。微藻作為一種微生物，能有效利用光能、C02和無機鹽類合成蛋白質、脂肪、碳水化合物以及多種高附加值生物活性物質，可以通過微藻培養來生產保健食品、食品添加劑、飼料、生物肥料、化妝品及其他天然產品。因此，利用光生物反應器高密度養殖微藻已經越來越普遍。光合作用的條件主要包括光照強度、溫度、C02濃度等。目前的微藻培養裝置已經能夠很好地控制光合反應氣體中C02的濃度，而溫度的控制比較困難。在水環境中，溫度是一個極為重要的生態因子。生物的生長需要有一定的溫度範圍，在這一溫度範圍內，生物才能進行其正常的生長繁殖等生命活動，稱為適溫範圍。當溫度變化超出適溫範圍時，生物的生命活動就要受到影響，甚至死亡。特別是，生態學家認為，高溫對生物的生命活動影響更為嚴重，導致生物死亡更快。例如微藻生長的適溫範圍為8-32攝氏度，最適溫度範圍 20-25攝氏度，在35攝氏度時，能在一天內保持恢復繁殖的能力，38攝氏度只能維持2小時左右，40攝氏度時30分鐘便致死。因此，適當地控制溫度，以提高微生物例如微藻的生物量是微生物養殖的一個目標。為了控制微藻養殖的溫度，現有技術中，在日照強溫度高時，通常採用給光生物反應器噴淋冷水來降溫的方法，這樣本身消耗能量，而且耗費人工和水資源，使得光生物反應器溫度控制的成本提高。
實用新型內容本實用新型致力於解決上述現有技術中的問題，提出一種微生物養殖系統，其能夠低成本地控制光生物反應器的溫度，並能提高太陽能綜合利用效率。根據本實用新型，提出一種微生物養殖系統，包括光生物反應器，在所述光生物反應器中養殖微生物；太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置設置用於調節到達光生物反應器的太陽輻射，所述太陽能電池裝置為太陽能電池板的形式，所述太陽能電池板覆蓋在所述光生物反應器的上方。根據本實用新型的一個實施例，所述太陽能電池板包括多個並排布置的太陽能電池板。根據本實用新型的一個實施例，所述微生物養殖系統還包括水容器，所述水容器設置在太陽能電池板的表面上，用於吸收太陽輻射的熱量，從而生產生熱水。根據本實用新型的一個實施例，所述微生物養殖系統還包括蓄電池，太陽能電池裝置連接到蓄電池，以將光伏發電產生的電能儲存起來。根據本實用新型的一個實施例，所述微生物養殖系統還包括蓄熱裝置，用於儲存水容器中產生的熱水。根據本實用新型的一個實施例，太陽能電池板與光生物反應器間的角度可調節， 以調節到達光生物反應器的太陽輻射，所述太陽能電池裝置為薄膜電池的形式，所述薄膜電池覆蓋在光生物反應器的表面上。根據本實用新型的一個實施例，所述薄膜電池是按一定距離間隔地布置在光生物反應器的表面上的多個條狀電池的形式。根據各個實施例，可以通過選擇太陽能電池裝置來調節太陽能電池裝置的透光率 20-70% ο所述條狀電池的寬度與所述條狀電池間的間距的比可以為1 0. 1至1 100，優選為1 1。根據本實用新型，由於利用太陽能電池裝置來調節到達光生物反應器的太陽輻射，因此，能夠為微生物的養殖提供適宜的光照，以促進微藻的生長，提高微藻的生物量。同時，由於太陽能電池還起到遮陽的作用，因此，能夠降低光生物反應器的溫度，從而降低光生物反應器溫度控制的成本；另外，太陽能電池兼用作發電目的，能夠提高太陽能綜合利用的效率。為了使本實用新型的目的、特徵及優點能更加明顯易懂，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1是根據本實用新型的第一實施例的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的示意圖。圖2A和2B是根據圖1的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的變化實施例的示意圖。圖3是根據本實用新型的第二實施例的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的示意圖。圖4是根據本實用新型的第二實施例的變化實施方式的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的示意圖。圖5是採用圖1的電池布置的微生物養殖系統的一個示例的示意圖。
具體實施方式
以下僅通過例子說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型亦可通過其它不同的方式加以施行或應用，本說明書中的各項細節可在不背離本實用新型的總體構思的情況下進行各種調整與變更。再者，附圖僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，故圖示不一定按比例繪製，並且圖示中僅顯示與本實用新型有關的部件，但顯然本實用新型可根據實際應用包括其它的部件。在各視圖中，相同的附圖標記表示相同或類似的部件。圖1是根據本實用新型的第一實施例的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的示意圖。圖2A-2B是根據圖1的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的變化實施例的示意圖。如圖1和圖2A-2B所示，以太陽能電池板1作為頂棚搭建在光生物反應器2的上方。在光生物反應器2中養殖例如微藻的微生物。太陽能電池板1設置用於調節到達光生物反應器2的太陽輻射。圖1所示的太陽能電池板1為平直板形狀，覆蓋在平板式光生物反應器2的上方。 圖2A所示的太陽能電池板1為彎曲板形狀，也覆蓋在平板式光生物反應器2的上方。雖然圖中未示出，但可以理解，太陽能電池板1也可以具有其它形狀，光生物反應器2也可以是其它形式的反應器，例如管式或柱式反應器。另外，搭建在光生物反應器上方的太陽能電池板1可以為多個並排的太陽能電池板，如圖2B所示。這樣，需要的時候，可以通過堆疊多個電池板或以拉門方式移動電池板之間的間隔，來調節到達光生物反應器的太陽輻射。如圖1所示的太陽能電池板1可以是半透明太陽能電池板。通過選擇電池材料可獲得不同的透光性能。根據本實用新型的一個實施例，半透明太陽能電池板由單結透光型非晶矽製成，透光率為20 % 70 %，優選為20 %。太陽能電池板1也可以採用不透明材料， 以利用光生物反應器2周圍的散光進行微藻養殖。另外，透光率也可以通過調節太陽能電池板1與光生物反應器2之間的角度來調節。當希望增加透光率時，儘量使太陽能電池板的受光面與太陽光線接近水平，當希望減小透光率時，儘量使太陽能電池板的受光面與太陽光線接近垂直。關於這一點，可以根據當地所處地理位置來確定，比如在接近赤道的緯度比較低的地方，太陽能電池板可以與地面接近垂直放置，而在緯度較高的地區，可以減小與地面的傾斜角度。傾斜角度一般在5 40 度，最好在30度左右。另外，可以根據每天的太陽升落情況來調節太陽能電池板的傾斜角度，儘量實現受光面與太陽光水平。發明人發現，當太陽輻射強度達到一定程度，特別是對於直射到光生物反應器的太陽輻射，會對微藻的生長產生不利的影響。而利用太陽能電池板將太陽輻射的透光率降到10% 70%，特別是20%，從而利用透過太陽能電池板的一部分太陽輻射以及光生物反應器周圍的散光進行微藻養殖，能夠為微生物的養殖提供適宜的光照，以促進微藻的生長， 提高微藻的生物量。同時，由於太陽能電池還起到遮陽的作用，因此，能夠降低光生物反應器的溫度，從而降低光生物反應器溫度控制的成本；另外，太陽能電池兼用作發電目的，能夠提高太陽能綜合利用的效率。圖3是根據本實用新型的第二實施例的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的示意圖。圖3所示的太陽能電池裝置為薄膜電池1』的形式，所述薄膜電池1』覆蓋在光生物反應器2的表面上。所述薄膜電池1』可以是單結透光型非晶矽光伏電池，也可以是非透光型雙結矽基薄膜電池。與圖1和2所示的第一實施例相同，通過選擇電池材料可獲得不同的透光性能。例如選擇單結透光型非晶矽光伏電池，透光率為10 % 70 %，優選為20 %。 該實施例可以獲得與圖1和2所示的實施例相同的效果。圖4是根據本實用新型的第二實施例的變更實施方式的微生物養殖系統的太陽能電池的布置的示意圖。如圖4所示的作為太陽能電池裝置的薄膜電池是按一定距離間隔地布置在光生物反應器2的表面上的多個條狀電池1」的形式。條狀電池1」可以是單結透光型非晶矽光伏電池，也可以是非透光型雙結矽基薄膜電池.所貼條狀電池1」的寬度與電池之間的間隔的比例是1 0. 1 1 100，優選1 0. 1 1 10，最好是1 1。同樣， 可以通過堆疊或拉門方式控制條狀電池的寬度與條狀電池之間的間隔的比例，從而控制光反應器2的表面上貼電池部分與暴露部分的比例。由於細胞處於不斷運動中，有時被電池部分遮擋，有時通過暴露部分暴露，因此，通過設計條狀電池1」的寬度與電池之間的間隔的比例，可以使得光生物反應器2內的細胞被透過暴露部分的太陽輻射照射的持續時間在 I-IOOms範圍內，而被電池部分遮蔽的持續時間在10-1000範圍內，即細胞被照射和遮蔽的明暗時間長比控制在大於0. 1的範圍內。與第一實施例和第二實施例相同，通過選擇電池材料可獲得不同的透光性能。此外，本實施例通過在光生物反應器表面上按一定距離間隔配置太陽能電池，可以將照射到光生物反應器上的連續光轉變成非連續光，從而能夠為微生物的養殖提供適宜的光照，以促進微藻的生長，提高微藻的生物量。同時，由於太陽能電池還起到遮陽的作用， 因此，能夠降低光生物反應器的溫度，從而降低光生物反應器溫度控制的成本；另外，太陽能電池兼用作發電目的，能夠提高太陽能綜合利用的效率。圖5是採用圖1的電池布置的微生物養殖系統的一個示例的示意圖。如圖5所示， 微生物養殖系統還包括水容器3，所述水容器3設置在太陽能電池板1的表面上，用於吸收太陽輻射的熱量，從而產生熱水。所述水容器3選擇可透過太陽光的透明材料。所述微生物養殖系統還包括蓄電池4，太陽能電池板1連接到蓄電池4，以將光伏發電產生的電能儲存起來備用，例如夜間為光生物反應器2的人工光源提供電力。所述微生物養殖系統還包括蓄熱裝置5，用於儲存水容器3中產生的熱水，從而儲存熱量備用，例如夜間為光生物反應器2加溫。本實用新型的優點有一下幾方面1、將太陽能電池和微藻養殖一起結合，提高了光利用率。2、同樣面積的土地，既養殖微藻又進行太陽能發電，節約空間，提高土地利用率。3、實現了微藻養殖過程中低成本溫度控制，使得反應器內溫度能達到穩態，避免溫度過高或過低影響微藻存活和生長速度，使微藻養殖周期縮短。4、由於能低成本控制溫度，因此，在任何地理位置、任何季節均能養殖微藻，使年產量提高。試驗發明人進行了根據本實用新型的微生物養殖系統以及根據現有技術的光生物反應器培養微生物的試驗，試驗條件如下以小球藻(Chlorella)為對象(其他藻類均可)，分別在作為對照的現有技術的光生物反應器和本實用新型的如圖5的微生物養殖系統中，採用改良SM培養基(培養基成分及其含量見下表1-6)，以相同密度接種對數期藻種(轉培後5-7天形成)，初始0D750 (細胞數量)為0.2。在自然光照下培養該綠藻，從反應器底部通過曝氣頭通入空氣與C02混合氣體，氣液體積比為1 16。培養周期為6天。表1.改良SM培養基的組成及其含量
權利要求1.一種微生物養殖系統，其特徵在於，包括光生物反應器，在所述光生物反應器中養殖微生物；太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置設置用於調節到達光生物反應器的太陽輻射，所述太陽能電池裝置為太陽能電池板的形式，所述太陽能電池板覆蓋在所述光生物反應器的上方。
2.根據權利要求1所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述太陽能電池板包括多個並排布置的太陽能電池板。
3.根據權利要求1或2所述的微生物養殖系統，其特徵在於，太陽能電池板與光生物反應器間的角度可調節，以調節到達光生物反應器的太陽輻射。
4.根據權利要求1所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述微生物養殖系統還包括水容器，所述水容器設置在太陽能電池板的表面上，用於吸收太陽輻射的熱量，從而生產生熱水。
5.根據權利要求1所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述微生物養殖系統還包括蓄電池，太陽能電池裝置連接到蓄電池，以將光伏發電產生的電能儲存起來。
6.根據權利要求1所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述微生物養殖系統還包括蓄熱裝置，用於儲存水容器中產生的熱水。
7.—種微生物養殖系統，其特徵在於，包括光生物反應器，在所述光生物反應器中養殖微生物；太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置設置用於調節到達光生物反應器的太陽輻射，所述太陽能電池裝置為薄膜電池的形式，所述薄膜電池覆蓋在光生物反應器的表面上。
8.根據權利要求7所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述薄膜電池是按一定距離間隔地布置在光生物反應器的表面上的多個條狀電池的形式。
9.根據權利要求1或7所述的微生物養殖系統，其特徵在於，通過選擇太陽能電池裝置來調節太陽能電池裝置的透光率為20-70%。
10.根據權利要求8所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述條狀電池的寬度與所述條狀電池間的間距的比為1 0. 1至1 100。
11.根據權利要求8所述的微生物養殖系統，其特徵在於，所述條狀電池的寬度與所述條狀電池間的間距的比為1 1。
專利摘要本實用新型公開了一種微生物養殖系統，包括光生物反應器，在所述光生物反應器中養殖微生物；太陽能電池裝置，所述太陽能電池裝置設置用於調節到達光生物反應器的太陽輻射。根據本實用新型，由於利用太陽能電池裝置來調節到達光生物反應器的太陽輻射，因此，能夠為微生物的養殖提供適宜的光照，以促進微藻的生長，提高微藻的生物量。同時，能夠降低光生物反應器的溫度，從而降低光生物反應器溫度控制的成本；另外，太陽能電池兼用作發電目的，能夠提高太陽能綜合利用的效率。
文檔編號C12M1/00GK202193783SQ2011203163
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者張凱, 朱振旗 申請人:新奧科技發展有限公司