一種光伏大棚智能監(jiān)控系統及其監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)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(jiān)控系統及其監(jiān)控方法。本發(fā)明的光伏大棚智能監(jiān)控系統，包括大棚本體，位于大棚本體外的配電室、環(huán)境檢測系統和監(jiān)控平臺，位于大棚本體頂部的光伏組件、通風天窗；位于大棚本體內的土壤環(huán)境監(jiān)測系統、空氣環(huán)境監(jiān)測系統、與監(jiān)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(fā)生器；所述環(huán)境檢測系統、所述土壤環(huán)境監(jiān)測系統和所述空氣環(huán)境監(jiān)測系統分別與監(jiān)控平臺無線連接；所述光伏組件通過間隔排列的方式置于大棚頂部；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(jiān)控系統及其監(jiān)控方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能監(jiān)控系統及其監(jiān)控方法，尤其是一種光伏大棚智能監(jiān)控系統及其監(jiān)控方法。
【背景技術】
[0002]光伏大棚作為光伏利用的新形式，還處于初級發(fā)展階段。光伏大棚的太陽能應用要綜合考慮光伏發(fā)電和農作物生長兩個方面。除考慮光伏發(fā)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、濕度、二氧化碳濃度、土壤pH值等。在控制過程中較為復雜。目前控制系統僅考慮利用能源實現光伏大棚內部的環(huán)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(huán)境變化、光伏發(fā)電效率，能源浪費嚴重。其次，在調節(jié)內部環(huán)境因子時，只考慮大棚設施啟動對直接作用環(huán)境因子的影響，沒有考慮到大棚設施啟動對大棚內其他環(huán)境因子影響。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)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(jiān)控系統及其監(jiān)控方法。
[0004]實現本發(fā)明目的之一的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統，包括大棚本體，位于大棚本體外的配電室、環(huán)境檢測系統和監(jiān)控平臺，位于大棚本體頂部的光伏組件、通風天窗；位于大棚本體內的土壤環(huán)境監(jiān)測系統、空氣環(huán)境監(jiān)測系統、與監(jiān)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(fā)生器；所述環(huán)境檢測系統、所述土壤環(huán)境監(jiān)測系統和所述空氣環(huán)境監(jiān)測系統分別通過有線或者無線的方式與監(jiān)控平臺連接；
[0005]所述光伏組件通過間隔排列的方式置于大棚頂部；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卷簾機，所述卷簾機與智能控制器相連；所述卷簾機上設有遮蔭簾。
[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于光補償點，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數據庫。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?？煞謩e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(huán)境監(jiān)測系統為對大棚本體內空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點進行監(jiān)測的空氣監(jiān)測儀。
[0010]所述土壤環(huán)境監(jiān)測系統為對土壤濕度、土壤溫度、土壤肥力進行監(jiān)測土壤環(huán)境監(jiān)測儀。
[0011]所述監(jiān)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(jiān)控平臺監(jiān)測數據包括光伏發(fā)電系統數據，室外環(huán)境檢測系統，室內環(huán)境檢測系統數據，土壤監(jiān)測系統數據。光伏發(fā)電系統數據包括光伏組件、逆變器、蓄電池充放電數據。所述農作物數據庫數據在作物種植前導入監(jiān)控平臺，用于作物生長環(huán)境參數設置和指導用戶種植。所述天氣預報數據由互聯網下載，用于光伏發(fā)電預測和大棚環(huán)境預測。
[0012]所述監(jiān)控平臺可對光伏發(fā)電系統及智能控制器進行控制。
[0013]實現本發(fā)明目的之二的一種光伏大棚智能監(jiān)控方法，包括如下步驟:
[0014](I)根據農業(yè)數據庫設定大棚內的光照、溫度、濕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(huán)境智能檢測系統和設置在大棚本體內的空氣環(huán)境監(jiān)測系統與土壤環(huán)境監(jiān)測系統監(jiān)測天氣情況和大棚內的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點，以及土壤濕度、土壤溫度、土壤肥力，并將監(jiān)測到的數據發(fā)送給監(jiān)控平臺；
[0016](3)通過互聯網下載天氣預報數據傳輸到監(jiān)控平臺；
[0017](4)環(huán)境監(jiān)測出現異常時發(fā)出預警信息；
[0018](5)監(jiān)控平臺將監(jiān)測到的數據與設定參數進行比對得出調節(jié)預警環(huán)境因子可操控的備用設施同時調取大棚其他環(huán)境因子數據；
[0019](6)監(jiān)控平臺分析備用設備對其他環(huán)境因子產生的影響，選擇合適的設備；
[0020](7)監(jiān)控系統調取光伏系統發(fā)電數據，確定相關設備供電方式；
[0021](8)監(jiān)控平臺指令智能控制器啟動相應設備補償參數；
[0022](9)監(jiān)控平臺進行棚內環(huán)境監(jiān)測。
[0023]所述的一種光伏大棚智能監(jiān)控方法，還包括步驟(10):當棚內環(huán)境檢測系統檢測到異常情況，或環(huán)境因子到達設定的臨界值時發(fā)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(fā)電系統監(jiān)測，確定光伏發(fā)電系統穩(wěn)定性、安全性，并通過監(jiān)測光伏發(fā)電量確定系統何時給蓄電池供電，何時并入電網。
[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(jiān)控平臺，通過智能控制器操作設備。
[0025]本發(fā)明的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統及其監(jiān)控方法的有益效果如下:
[0026]本發(fā)明的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統及其監(jiān)控方法，通過智能控制平臺可降低人工監(jiān)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(huán)境調控，通風、光照、保溫等設施的應用，還充分考慮到外部環(huán)境變化、光伏發(fā)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并有利于實現農業(yè)立體生產，是集低碳、節(jié)能、環(huán)保于一體的高科技農業(yè)生態(tài)建設項目。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統的設施分布示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明監(jiān)控平臺結構示意圖
[0029]圖3為本發(fā)明的一種光伏大棚智能監(jiān)控方法的示意圖。【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統，包括大棚本體I，位于大棚本體I外的配電室2、環(huán)境檢測系統4和監(jiān)控平臺16，位于大棚本體I頂部的光伏組件3、通風天窗8 ;位于大棚本體I內的土壤環(huán)境監(jiān)測系統14、空氣環(huán)境監(jiān)測系統15、與監(jiān)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(fā)生器10 ;所述環(huán)境檢測系統4、土壤環(huán)境監(jiān)測系統14和空氣環(huán)境監(jiān)測系統15分別與監(jiān)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頂部還設有卷簾機7，所述卷簾機7與智能控制器5相連；所述卷簾機7上設有遮蔭簾。
[0032]所述補光系統6為LED補光燈。LED燈節(jié)能效果好，顏色多變。農作物生長過程中光照強度高于光補償點，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數據庫。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?？扇藶楦淖兩L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?？煞謩e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(huán)境監(jiān)測系統15為對大棚本體內空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點進行監(jiān)測的空氣監(jiān)測儀。
[0035]所述土壤環(huán)境監(jiān)測系統14為對土壤濕度、土壤溫度、土壤肥力進行監(jiān)測土壤環(huán)境監(jiān)測儀。
[0036]如圖2所示，所述監(jiān)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(fā)電數據、外部環(huán)境數據、大棚內部環(huán)境數據、作物數據庫、天氣預報數據。所述監(jiān)控平臺監(jiān)測數據包括光伏發(fā)電系統數據，室外環(huán)境檢測系統，室內環(huán)境檢測系統數據，土壤監(jiān)測系統數據。光伏發(fā)電系統數據包括光伏組件、逆變器、蓄電池充放電數據。所述農作物數據庫數據在作物種植前導入監(jiān)控平臺，用于作物生長環(huán)境參數設置和指導用戶種植。所述天氣預報數據由互聯網下載，用于光伏發(fā)電預測和大棚環(huán)境預測。監(jiān)控平臺分為光伏監(jiān)控平臺和大棚環(huán)境監(jiān)控平臺?？刂破脚_分別對光伏系統、充電和供電方式控制、大棚環(huán)境調節(jié)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(fā)電系統進行發(fā)電預測，二是結合大棚內環(huán)境監(jiān)測儀對大棚內環(huán)境進行調節(jié)，三可以確定光伏發(fā)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(huán)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、噴淋加濕裝置、天窗、風機、遮陰簾達到目的。濕度變化可利用電加熱、噴淋加濕、天窗、風機達到目的。二氧化碳變化可通過二氧化碳發(fā)生器、開天窗、循環(huán)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(huán)境因子產生影響，如通風可降溫、增加二氧化碳含量及調節(jié)濕度；加熱設備可用于大棚內保溫和去濕；風機可用于降溫及；噴霧可用于增加濕度和降溫等。另外不同的大棚設施對環(huán)境因子的影響程度大小、快慢、適合時期使用都不同。因此將上述邏輯關系輸入數據庫中，經過綜合對比之后，選擇合適的設施對保持大棚內部適宜的環(huán)境具有重要作用。
[0041]3、其次，改變大棚內的一個環(huán)境因子將對其他環(huán)境因子產生影響。如溫度上升，濕度將會下降，呼吸作用增加，二氧化碳濃度將增加。濕度增加；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(huán)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，通過查閱數據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(huán)境溫度。在三基點的溫度范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。溫度超出范圍時報警。
[0044]2)濕度的設定:在作物種植之前，通過通過查閱數據庫和根據用戶經驗設定農作物空氣濕度和土壤濕度范圍。通過實時監(jiān)測，將精度誤差控制在5%之內。超出濕度范圍時報警器將報警，并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，通過通過查閱數據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于補償點不高于飽和點。當低于補償點或高于飽和點時報警器報警.[0046]如圖3所示，本發(fā)明的一種光伏大棚智能監(jiān)控方法，包括如下步驟:
[0047](I)根據農業(yè)數據庫設定大棚內的光照、溫度、濕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(huán)境智能檢測系統和設置在大棚本體內的空氣環(huán)境監(jiān)測系統與土壤環(huán)境監(jiān)測系統監(jiān)測天氣情況和大棚內的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點，以及土壤濕度、土壤溫度、土壤肥力，并將監(jiān)測到的數據發(fā)送給監(jiān)控平臺；
[0049](3)通過互聯網下載天氣預報數據傳輸到監(jiān)控平臺；
[0050](4)環(huán)境監(jiān)測出現異常時發(fā)出預警信息；
[0051](5)監(jiān)控平臺將監(jiān)測到的數據與設定參數進行比對得出調節(jié)預警環(huán)境因子可操控的備用設施同時調取大棚其他環(huán)境因子數據；
[0052](6)監(jiān)控平臺分析備用設備對其他環(huán)境因子產生的影響，選擇合適的設備；
[0053](7)監(jiān)控系統調取光伏系統發(fā)電數據，確定相關設備供電方式；
[0054](8)監(jiān)控平臺指令智能控制器啟動相應設備補償參數；
[0055](9)監(jiān)控平臺進行棚內環(huán)境監(jiān)測。
[0056]所述的一種光伏大棚智能監(jiān)控方法，還包括步驟(10):當棚內環(huán)境檢測系統檢測到異常情況，或環(huán)境因子到達設定的臨界值時發(fā)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(fā)電系統監(jiān)測，確定光伏發(fā)電系統穩(wěn)定性、安全性，并通過監(jiān)測光伏發(fā)電量確定系統何時給蓄電池供電，何時并入電網。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(jiān)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(huán)境因素相關性的密切程度進行選擇，然后結合外部環(huán)境監(jiān)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，并通過監(jiān)控平臺光伏發(fā)電量選擇供電方式，發(fā)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(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種光伏大棚智能監(jiān)控系統，其特征在于:包括大棚本體，位于大棚本體外的配電室、環(huán)境檢測系統和監(jiān)控平臺，位于大棚本體頂部的光伏組件、通風天窗；位于大棚本體內的土壤環(huán)境監(jiān)測系統、空氣環(huán)境監(jiān)測系統、與監(jiān)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(fā)生器；所述環(huán)境檢測系統、所述土壤環(huán)境監(jiān)測系統和所述空氣環(huán)境監(jiān)測系統分別通過有線或無線的方式與監(jiān)控平臺無線連接；所述光伏組件通過間隔排列的方式置于大棚頂部；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(jiān)控系統，其特征在于:所述大棚本體頂部還設有卷簾機，所述卷簾機與智能控制器相連；所述卷簾機上設有遮蔭簾。
3.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統，其特征在于: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(jiān)控系統，其特征在于: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(jiān)控系統，其特征在于:所述空氣環(huán)境監(jiān)測系統為對大棚本體內空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點進行監(jiān)測的空氣監(jiān)測儀。
6.根據權利要求1所述的一種光伏大棚智能監(jiān)控系統，其特征在于:所述土壤環(huán)境監(jiān)測系統為對土壤濕度 、土壤溫度、土壤肥力進行監(jiān)測土壤環(huán)境監(jiān)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(jiān)控系統，其特征在于:所述監(jiān)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(jiān)控方法，包括如下步驟: (1)根據農業(yè)數據庫設定大棚內的光照、溫度、濕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(huán)境智能檢測系統和設置在大棚本體內的空氣環(huán)境監(jiān)測系統與土壤環(huán)境監(jiān)測系統監(jiān)測天氣情況和大棚內的空氣溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、大氣壓、光照量、風速、風量、露點，以及土壤濕度、土壤溫度、土壤肥力，并將監(jiān)測到的數據發(fā)送給監(jiān)控平臺； (3)通過互聯網下載天氣預報數據傳輸到監(jiān)控平臺； (4)環(huán)境監(jiān)測出現異常時發(fā)出預警信息； (5)監(jiān)控平臺將監(jiān)測到的數據與設定參數進行比對得出調節(jié)預警環(huán)境因子可操控的備用設施同時調取大棚其他環(huán)境因子數據； (6)監(jiān)控平臺分析備用設備對其他環(huán)境因子產生的影響，選擇合適的設備； (7)監(jiān)控系統調取光伏系統發(fā)電數據，確定相關設備供電方式； (8)監(jiān)控平臺指令智能控制器啟動相應設備補償參數； (9)監(jiān)控平臺進行棚內環(huán)境監(jiān)測。
9.根據權利要求8所述的一種光伏大棚智能監(jiān)控方法，其特征在于:還包括步驟(10):當棚內環(huán)境檢測系統檢測到異常情況，或環(huán)境因子到達設定的臨界值時發(fā)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(fā)電系統監(jiān)測，確定光伏.發(fā)電系統穩(wěn)定性、安全性，并通過監(jiān)測光伏發(fā)電量確定系統何時給蓄電池供電，何時并入電網；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(jiān)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(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】吳敏, 秦鋼, 柳朋 申請人:中節(jié)能綠洲(北京)太陽能科技有限公司