專利名稱：一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中草藥培植領(lǐng)域，涉及稀有中草藥的培植技術(shù)領(lǐng)域，還涉及光伏農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，具體涉及利用光-電-光轉(zhuǎn)換技術(shù)為稀有中草藥的培植提供合適的種植光環(huán)境的技術(shù)領(lǐng)域，屬于中草藥培植與光伏產(chǎn)業(yè)的結(jié)合技術(shù)。
背景技術(shù)：
中草藥，是中醫(yī)學(xué)的重要組成部分，是被數(shù)千年中醫(yī)實(shí)踐證明了的具有有效藥理作用的植物藥材。在祖國歷代醫(yī)學(xué)家長期的醫(yī)療實(shí)踐中，大膽探索，不斷努力，積累了豐富的中草藥用藥經(jīng)驗(yàn)與方法。數(shù)千年來，中草藥作為紡織疾病的主要武器，在保障我國人民健康和民族繁衍中發(fā)揮了巨大作用?！暗赖刂胁菟帯蓖ǔＪ侵冈谔囟ǖ纳鷳B(tài)環(huán)境和土壤氣候等各個因素的綜合作用下所形成的產(chǎn)地適宜、品種優(yōu)良、炮制講究、療效突出、質(zhì)優(yōu)量大，帶有地域特點(diǎn)的中草藥。一些道地中草藥如石斛、人參、白木香等以其優(yōu)良的療效而被視為祖國醫(yī)學(xué)中的一顆顆閃亮的明珠。但是由于各地所處的地理環(huán)境的復(fù)雜性，包括水土、氣候、日照、生物分布的特異性決定了道地中草藥獨(dú)特的功效和藥理作用。由于這種獨(dú)特的地域限制性，決定了道地中草藥作為一種商品在經(jīng)濟(jì)市場上的自然資源稀缺性、唯一性、排他性及不可復(fù)制性。另外， 市場經(jīng)濟(jì)下促使中草藥種植者追求高產(chǎn)，長期大劑量使用無機(jī)肥以及植物生長素，擾亂了其自有的生物學(xué)特性，藥材栽培技術(shù)的濫用及生態(tài)環(huán)境的改變，使得道地中草藥的品種退化，農(nóng)藥濫用及其殘留量超標(biāo)同樣使得道地中草藥的質(zhì)量下降，這些原因都使得高品質(zhì)的道地中草藥資源更加的匱乏，加重了其稀缺性。高品質(zhì)道地中草藥的稀缺性與人們的日益增加的需求產(chǎn)生了激烈的矛盾，進(jìn)而導(dǎo)致了一些現(xiàn)代的培育技術(shù)開始建立。實(shí)現(xiàn)稀缺的道地中草藥的現(xiàn)代培育技術(shù)中主要依托的是模仿并盡可能還原野生道地中草藥的生長環(huán)境以保證人工培育生產(chǎn)的中草藥的高品質(zhì)。為此，我國提出了中藥材GAP (Good Agricultural Practice)即“中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”，它更側(cè)重于植地環(huán)境質(zhì)量和栽培管理，要求對從種子下地到藥材上市的全過程監(jiān)控、管理和規(guī)范，最關(guān)鍵的是植地環(huán)境質(zhì)量選擇，應(yīng)選擇大氣、水質(zhì)、土壤無污染地區(qū)，并在一定范圍內(nèi)沒有各種污染源。具體的項目包括農(nóng)田灌溉指標(biāo)，需檢測PH值、汞、鎘、鉛、砷、 鉻、氯化物、氰化物；加工用水除檢測上述項目外，還要檢測細(xì)菌總數(shù)、大腸菌數(shù)；大氣質(zhì)量指標(biāo)需檢測總懸浮微粒、二氧化硫、氫氧化物、氟化物；土壤質(zhì)量指標(biāo)主要檢測汞、鉛、銅、 鉻、砷及六六六、滴滴涕等殘留。同時，根據(jù)不同中草藥對大氣、土壤和水質(zhì)的需要進(jìn)行不同的配置，盡量模仿道地中草藥的野生環(huán)境，以便保留其生物活性成分，達(dá)到道地中藥材的藥效。事實(shí)上，按照中藥材GAP的標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)人工培育出來的中草藥，即使在產(chǎn)量和形態(tài)上達(dá)到甚至超過了道地中草藥，但其的生物活性成分及其藥理效用卻仍然不如道地中草藥；雖然一些生物活性指標(biāo)可以達(dá)到道地中草藥中的含量指標(biāo)，但大部分成分含量仍然不如道地中草藥，如在對人工栽培的石斛中的微量元素的檢測中僅有少數(shù)的微量元素可以勉強(qiáng)達(dá)到野生道地石斛的水平。而且，在達(dá)到道地中草藥含量標(biāo)準(zhǔn)的生物活性成分中， 也并非是全部都由中草藥在生長過程中自主產(chǎn)生，有的是通過人工給予含某些成分的養(yǎng)料或水分進(jìn)行栽培的結(jié)果，如一些氨基酸類成分。異地中草藥的成功種植不僅僅是在生物學(xué)性狀上達(dá)到道地中草藥的水平，還要對它的有效的生物活性成分進(jìn)行藥理學(xué)鑒定，確定其是否含有與道地中草藥相近的生物活性成分。在現(xiàn)有的控制生產(chǎn)環(huán)境及栽培技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善異地中草藥的種植成為實(shí)現(xiàn)稀有道地中草藥的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵性問題，而縱觀以往的現(xiàn)代化培育方案，無論是土壤、氣候還是水質(zhì)都已經(jīng)幾乎實(shí)現(xiàn)完全模仿野生道地環(huán)境，但是就光照來講，卻仍始停留在光照強(qiáng)度及光照時間上，忽略了不同的光譜成分對中草藥生長的作用。事實(shí)上，不同的光譜成分對植物的生長有著不同的作用，對中草藥亦是一樣。各地由于經(jīng)緯度及地理地勢的影響，接受的太陽光成分比例不盡相同，導(dǎo)致一些非道地區(qū)域的天然太陽光即可造成道地藥材的葉片灼傷，生長代謝受限，這些不僅與光照時間長短、強(qiáng)度大小有關(guān)，還與太陽光中不同譜段的光線的比例不同有關(guān)。有研究表明，植物是在420nm和620nm波長的光線下進(jìn)行光合作用，這兩個譜段的光線比例的減少及其他譜段光線的比例增多，即光譜比例系數(shù)的變化都會影響植物葉片的構(gòu)型及植物的光和作用，進(jìn)而影響其他的生長代謝，包括一些有效生物活性成分的合成。然而控制太陽光的光譜比例一直是中草藥現(xiàn)代化培育技術(shù)方案中的盲點(diǎn)，這可能限制著異地栽培中草藥有效生物活性成分的合成，導(dǎo)致了異地中草藥與道地中草藥的生物活性成分的差異。因此，控制道地中草藥異地種植光照的光譜比例將成為推動并完善高品質(zhì)道地中草藥異地種植的關(guān)鍵性問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對我國稀有中草藥資源匱乏的問題，我們應(yīng)該對稀有中草藥資源培育關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行開拓性研究，解決光合作用系統(tǒng)調(diào)控中草藥活性成分的中藥現(xiàn)代化瓶頸問題。本發(fā)明目的就在于提供或創(chuàng)造稀有中草藥種植的光環(huán)境，借此結(jié)合中草藥培育過程中“水、肥、土、 種、溫濕度、病蟲害控制”等關(guān)鍵參數(shù)，在異地生產(chǎn)出與道地中草藥活性成分相近的中草藥， 有效解決道地中草藥的栽培難題，還可以大規(guī)模在陽光充足的貧困地區(qū)建立大型光伏稀有中草藥培育示范中心，為光伏稀有中草藥的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供專項技術(shù)支持和示范平臺。作為本發(fā)明的一個目的，本發(fā)明提供了一種光伏稀有中草藥培植方法，即一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法。本發(fā)明所述的“光伏稀有中草藥培植方法”，即一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法。是指通過光-電-光轉(zhuǎn)化為稀有中草藥提供其生長必須的或適配的光環(huán)境或光源的方法，具體是指，通過建立大型集成太陽能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，電能又被半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)轉(zhuǎn)化為稀有中草藥所需要的專用譜段的光源的方法。第一個方面，“光-電-光”轉(zhuǎn)換總體思路。本發(fā)明的思路在于將天然的太陽光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換生成電，再經(jīng)電光轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換成特定的光譜比例，將會有效的解決這一問題，研究表明，利用太陽能板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的比例大約為10%，而利用半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換的比例大約為50%，因此經(jīng)過光-電-光這一轉(zhuǎn)換過程，約有5%的天然太陽光被轉(zhuǎn)換成特定的光譜比例進(jìn)行利用，如此
4不僅節(jié)約成本，而且增加其可行性?！半?光”轉(zhuǎn)換即半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)是最常用的特定光譜生成方式，然而由于中草藥的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)地域廣闊，且中草藥生長所需的光照時間很長， 直接用電轉(zhuǎn)換成光所需的電量將非常巨大；本發(fā)明的“光-電-光”轉(zhuǎn)換與單純的“電-光” 轉(zhuǎn)換相比，大大降低了增加了中草藥產(chǎn)業(yè)化所需的電量和生產(chǎn)成本。第二個方面，光伏稀有中草藥培植方法中選擇性照射光電轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案。綜合考慮太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率、規(guī)模化可能性、組件可靠性及系統(tǒng)成本等因素， 薄膜太陽能電池中的CIGS(銅銦鎵硒)太陽能電池的優(yōu)勢最為明顯；CIGS電池組件具有在日光曝曬下性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率提升空間大、可淀積在柔性襯底上、較好的功率溫度系數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。所以，本發(fā)明選用CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池進(jìn)行中草藥人工培植選擇性照射光電轉(zhuǎn)換。第三個方面，光伏稀有中草藥培植方法中選擇性照射電光轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案。首先考慮，光伏稀有中草藥培植過程中光合作用系統(tǒng)色光參數(shù)的調(diào)控。第一，紅光(620 660nm)LED和遠(yuǎn)紅光(710 740 nm)LED對稀有中草藥培植的影響。由于植物光合作用可利用的光譜波長范圍在400-700nm左右，其中400-500nm(藍(lán)色)的光線以及610-720nm (紅色)的光線對于光合作用貢獻(xiàn)最大，吸光峰值定點(diǎn)分別為 410-460nm (藍(lán)色)和610_660nm (紅色)。其中，光譜中紅光與遠(yuǎn)紅光光通量的比值(R/FR) 對植物形態(tài)建成、調(diào)節(jié)植株高度具有重要影響，R/FR比值已成為控制植株形態(tài)的一個重要評價參數(shù)。稀有中草藥資源人工培育過程中LED光源紅光與遠(yuǎn)紅光光通量的比值(R/FR) 為 1 0. 67-1. 87。第二，紅光與藍(lán)光組合對稀有中草藥培植的影響。紅光LED、藍(lán)光(410 460 nm) LED組合可以通過增加凈光合速率以提高植物的生長和發(fā)育，是因?yàn)榧t光與藍(lán)光的光譜能量分布與葉綠素吸收光譜一致。LED植物燈的紅藍(lán)LED比例一般在4-9 1之間為宜，通常優(yōu)選為4-7 1，但是有關(guān)紅藍(lán)LED組合的配比，不同組培植物作為試驗(yàn)材料所開展研究的報道結(jié)果并不一致。本專利合適珍稀中草藥植物的最佳紅光藍(lán)光配光比例是5-7. 8:1。第三，光照強(qiáng)度對稀有中草藥培育的影響。光照強(qiáng)度對植物次生代謝物的生物合成和積累過程起重要作用，這已被不同試材的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)。人參喜光但怕強(qiáng)光直射，隨著光強(qiáng)的變化，體內(nèi)的藥用物質(zhì)含量會有所不同。參根中萜和生物堿含量隨光照強(qiáng)度的減少而增加；人參中氮的含量隨著光照強(qiáng)度的增加而減少，而磷和鉀卻隨光照強(qiáng)度的增加而增加；在50%透光率蔭棚下，人參對磷和鉀的吸收量最高。通過測定5%，20%, 35%和50%等4種透光棚下人參植株各器官可溶性糖、淀粉和參根皂苷含量的變化發(fā)現(xiàn)，淀粉含量隨著光強(qiáng)的增加而增加；在5%和20%透光棚下，參根皂苷含量隨著淀粉含量的增加而增加，并達(dá)到最大值；在35%和50%透光棚下， 參根皂苷含量則隨著淀粉含量的增加而下降，參根淀粉含量與參根干重呈顯著正相關(guān)。本 LED植物燈補(bǔ)光系統(tǒng)光照強(qiáng)度為300-1200LUX，并在一天內(nèi)按照稀有中草藥原產(chǎn)地的照度進(jìn)行周期性波動。
第四，建立稀有中草藥有效活性成分品質(zhì)與光譜照射之間對應(yīng)關(guān)系。光質(zhì)對中草藥植物的生理代謝、生長發(fā)育有著廣泛的調(diào)節(jié)作用，對產(chǎn)量品質(zhì)也有重要影響。AnickR等從定量的角度闡述了光質(zhì)的生物效應(yīng)，建立不同光質(zhì)的通量密度與西洋參皂苷含量的線性回歸方程，得出紅光、遠(yuǎn)紅光及二者的比率對Rd、Rc和Rgl三種皂苷含量有顯著影響，由此推斷，光敏色素作為受光影響的光感受器，能夠影響皂苷合成路徑中介質(zhì)的基因表達(dá)及酶的活性。果崇真等研究不同光質(zhì)對人參生長中的過氧化物酶活性變化的影響。發(fā)現(xiàn)藍(lán)紅光對人參葉片中的過氧化物酶活性具有直接的促進(jìn)作用。珍稀中草藥的實(shí)際需光規(guī)律，有效增加中草藥中藥用成分和產(chǎn)量的光譜組成，是410-460nm的藍(lán)光譜段和610-660nm的紅光譜段。綜上，稀有中草藥資源人工培育過程中光合作用系統(tǒng)的調(diào)控涉及多個光環(huán)境因素，設(shè)計出適合珍稀中草藥植物生長的紅光與紅外光比例、紅光及藍(lán)光的波長范圍、紅藍(lán)光的配光比例、光強(qiáng)、光照周期等等參數(shù)組合，是本發(fā)明光伏中草藥培植方法中選擇性照射電光轉(zhuǎn)換平臺建設(shè)過程中的最主要關(guān)鍵問題。其次，考慮光伏稀有中草藥培植過程中光合作用系統(tǒng)色光參數(shù)的調(diào)控的實(shí)現(xiàn)方式。LED光源光譜窄，其波譜寬度小于士30 nm，可按照需要組合獲得純正單色光與復(fù)合光譜，并且其波長類型豐富，可與植物光合作用高效特定的光譜范圍吻合，光能有效利用率可達(dá)80% 90% ；可以集中特定波長的光均衡地照射作物，不僅可以調(diào)節(jié)植物開花與結(jié)實(shí)，而且還能控制株高和植物的營養(yǎng)成分；其系統(tǒng)發(fā)熱少，占用空間小，可用于多層栽培立體組合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了低熱負(fù)荷和生產(chǎn)空間小型化；其極低耗能而超長壽命等特點(diǎn)，是其他普通補(bǔ)光燈不可相比的，廣泛用于植物栽培場所等照明使用，可以代替太陽光給室內(nèi)花卉、大棚蔬菜、園林苗圃等進(jìn)行補(bǔ)光以助長、調(diào)節(jié)花期、維持生存等，補(bǔ)光效果絕對優(yōu)于高壓鈉燈、 低壓鈉燈、金鹵燈、飛利浦植物補(bǔ)光燈、稀土植物補(bǔ)光燈等傳統(tǒng)植物補(bǔ)光燈。因此，基于LED 半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)的LED植物生長燈具有諸多優(yōu)點(diǎn)，LED植物生長燈是達(dá)到節(jié)能高效培植、實(shí)現(xiàn)人工培植選擇性光電轉(zhuǎn)換平臺的最佳光源。發(fā)明人將針對各珍稀中草藥進(jìn)行針對性的實(shí)驗(yàn)研究，以確定以上人工培植中所需的參數(shù)，積極進(jìn)行LED電光轉(zhuǎn)換技術(shù)的研發(fā)，最終建成一高效節(jié)能的中草藥人工培植選擇性照射電光轉(zhuǎn)換平臺。近十年來，我國設(shè)施園藝面積發(fā)展迅速，植物生長的光環(huán)境控制照明技術(shù)也得到迅速發(fā)展。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般使用普通電光源補(bǔ)充光照和應(yīng)用不同覆蓋材料等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，如采用單色熒光燈或彩色塑料薄膜，改變光環(huán)境以調(diào)控設(shè)施栽培環(huán)境中植物的生長發(fā)育。但這些措施存在著不同程度的問題，如缺乏對具體光譜成分的分析導(dǎo)致光質(zhì)處理不純，光強(qiáng)不一致、接近甚至或低于植物的光補(bǔ)償點(diǎn)，照射光源能效低等。LED作為第四代新型照明光源，其在植物生長光環(huán)境控制領(lǐng)域的作用也得到廣泛研究。研究表明采用LED 照明，生菜的生長速率、光合速率都提高20%以上。與熒光燈相比，混合波長的LED光源能夠顯著促進(jìn)菠菜、蘿卜和生菜的生長發(fā)育，提高形態(tài)指標(biāo)；能夠使甜菜生物積累量最大，毛根中甜菜素積累最顯著，并在毛根中產(chǎn)生最高的糖分和淀粉積累。與金屬鹵化燈相比，生長在符合波長LED下的胡椒、紫蘇植株，其莖、葉的解剖學(xué)形態(tài)發(fā)生顯著的變化，并且隨著光密度提高，植株的光合速率提高。此外復(fù)合波長的LED可引起萬壽菊和鼠尾草兩種植物的
6氣孔數(shù)目增多?；贚ED在植物設(shè)施栽培環(huán)境中的大量應(yīng)用研究結(jié)果表明，LED能夠解決傳統(tǒng)光源應(yīng)用中的種種難題，特別適合應(yīng)用于人工光控制型植物設(shè)施栽培環(huán)境。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)，發(fā)明人通過開展封閉式稀有中草藥培植方法研究， 獲得了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的可行性方案。封閉式稀有中草藥培植方法指的是人工控制稀有中草藥的生長要素而展開的生產(chǎn)系統(tǒng)，也稱植物工廠。在與外界隔離的設(shè)施內(nèi)，光的照射強(qiáng)度和照射時間、水份、養(yǎng)份、二氧化碳濃度及溫度等都得到有效控制。為了讓高品質(zhì)的稀有中草藥生長茂盛，最重要的是實(shí)現(xiàn)這些環(huán)境因素的平衡。在植物工廠，完善每個栽培品種的最適合生長環(huán)境是最重要的課題。而且，植物工廠不受天氣影響，封閉設(shè)施是準(zhǔn)無菌室，生產(chǎn)過程中可以不用農(nóng)藥和其他有害添加物，能穩(wěn)定且有計劃地生產(chǎn)安全、放心的稀有中草藥。但是，由于設(shè)備投資和光熱費(fèi)用，因此比露天栽培成本高。于是，人們期待著能夠降低生產(chǎn)工序和生產(chǎn)成本的技術(shù)以及開發(fā)高附加值農(nóng)作物例如稀有中草藥。因此，作為本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明提供了一種利用光伏稀有中草藥培植方法的設(shè)施。即建立光伏稀有中草藥培植選擇性照射光電轉(zhuǎn)換平臺及示范工程，將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚、薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)和半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)三者結(jié)合成為“光伏農(nóng)業(yè)大棚”?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚可以模擬出最適合中草藥生長所需的土壤、空氣、溫度、濕度等自然條件并避免惡劣天氣的影響，同時利用薄膜太陽能電池組件阻止紫外光線對植物的破壞作用并且隔斷紅外線從而抑制大棚內(nèi)溫度過度上升和熱能的流失，解決農(nóng)業(yè)大棚的保溫、升溫問題，薄膜太陽能電池產(chǎn)生的電能用于半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)以產(chǎn)生最適于中草藥生長的具有特殊光譜的光線，多余的電力還可并網(wǎng)及供其他需要，最終形成光伏發(fā)電、節(jié)能減排、節(jié)約土地、產(chǎn)量質(zhì)量均提高的綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)?？傊景l(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)優(yōu)勢和創(chuàng)新點(diǎn)(1)成功建立擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性光伏稀有中草藥培育示范基地及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)平臺；(2)解決中藥現(xiàn)代化過程中對稀有中草藥資源人工培育過程中光合作用系統(tǒng)調(diào)控的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)，建立人工培育中草藥產(chǎn)品和道地中草藥藥材中的有效活性成分品質(zhì)與光譜照射之間對應(yīng)關(guān)系； 建立人工培育中草藥產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，及相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)品臨床治療效果的評估標(biāo)準(zhǔn)，為傳統(tǒng)中藥現(xiàn)代化提供示范模板及有益于人民群眾健康的系列中醫(yī)藥產(chǎn)品；(3)成功建立擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性光伏稀有中草藥培育示范基地及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)平臺。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅限于以下實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)或調(diào)整本發(fā)明的步驟方法即可實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。本實(shí)施例的目標(biāo)是模擬控制珍稀中草藥資源，如人參、石斛、白木香等道地藥材產(chǎn)地的氣候、土壤等環(huán)境條件，建立組織培養(yǎng)道地藥材示范生物模擬廠房，研究總結(jié)出切實(shí)可行的封閉式人參、石斛和白木香無公害人工培植選擇性照射培育綜合配套技術(shù)，特別是明確有利于人參、石斛、白木香等中草藥活性化合物合成和積累的特定光譜使人工控制照射條件下人參、石斛和白木香產(chǎn)品達(dá)到或超過優(yōu)質(zhì)道地藥材的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。封閉式稀有中草藥培植太陽能溫室大棚的建設(shè)如下(一)土建部分，光伏稀有中草藥大棚的結(jié)構(gòu)框架。a) 溫室基礎(chǔ)基礎(chǔ)采用矩形獨(dú)立式基礎(chǔ)，基礎(chǔ)之內(nèi)的縱橫兩方向配筋都是受力鋼筋，通過螺桿與法蘭連接，承重比較大的地方地基為1. OmX 1. Om,法蘭為40cmX 50cm，一般承重的地方地基為1. OmX 1. 0m，法蘭為40cmX30cm。地基承載力特征值取fk=70kn/m2， 深度為1. O米。內(nèi)部由東向西排列24個養(yǎng)殖臺階6. 8mXO. 8mXO. 3m，混泥土磚墻結(jié)構(gòu)。養(yǎng)殖區(qū)四周預(yù)留作業(yè)通道，南側(cè)主控制機(jī)，東側(cè)做控制機(jī)房。b) 溫室主體鋼架采用焊接法蘭連接，螺栓拉緊使其連接起來，拆卸方便、強(qiáng)度高、密封性好。立柱雙面熱鍍鋅矩型鋼管200mmX IOOmmX 4. Omm ；大梁雙 面熱鍍鋅矩形鋼管 200mmX IOOmmX 4. Omm ；鋼檁條雙面熱鍍鋅C型鋼IOOmmX 50mmX 2. 5mm ；水平拉桿雙面熱鍍鋅矩型鋼管50 X 30mm ；柱間支撐雙面熱鍍鋅矩型鋼管80 X 60mm ；山墻固定桿雙面熱鍍鋅矩形鋼管50 X 30mm。c) 溫室頂棚材料棚頂南面主要鋪設(shè)太陽能電池板，通過一定的組合設(shè)計排列，中間鋪設(shè)5mm的鋼化玻璃，北面鋪設(shè)5mm的鋼化玻璃。采用房屋用的塑鋼材料和橡膠條、做幕墻用的玻璃膠安裝，不漏水，使用年限達(dá)到房屋的要求。d)溫室四周材料聚碳酸酯透明板，簡稱陽光板，另外被稱為“不碎玻璃”。陽光板外表經(jīng)過防紫外線工藝處理，陽光板具有透光性強(qiáng)、彎曲性、抗沖擊、隔熱、耐候、防結(jié)露、 阻燃、隔聲和良好的加工性能等。陽光板的抗沖擊性為普通玻璃的100倍。在溫室的應(yīng)用中，性能比雙層薄膜要好，面對冰雹和大雪、大風(fēng)等災(zāi)難時表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，并且沒有紅色污染。比普通玻璃的保溫效果好，比中空玻璃的價格便宜很多。采用嵌入式安裝，支架邊框用的房屋用的塑鋼材料及橡膠條，可以拆卸，同時是落地窗戶式，可以隨時打開。使用年限能達(dá)到溫室的需求。e) 溫室規(guī)格寬9米、長75米、總面積675平方米、四周立面高3米、總高6. O 米。太陽能電池鋪設(shè)傾斜30度，四周每4米一個，東西面兩側(cè)各一個3米X2米的移門。f) 結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載基本風(fēng)壓0. 35KN/ m2 ；基本雪壓0. 30KN/ m2 ；恒載0. 30KN/ m2 ；活載0. 30KN/ m2 ；太陽能板恒載0. 30KN/ m2 ；地震設(shè)防烈度為按6度設(shè)防。g) 調(diào)溫系統(tǒng)(1)水冷空調(diào)調(diào)溫系統(tǒng)利用環(huán)境溫度與地下水溫度差距比較大的時候，把地下水抽上來，通過一個水箱式的管道，帶走空氣中的熱量，水再回到地下形成一個循環(huán)。同時也可以用處理過的水，當(dāng)環(huán)境溫度太低時，用加熱過的水循環(huán)可以提高環(huán)境的溫度。(2)鋼管內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)因?yàn)殇摴艿膶?dǎo)熱性能很好，吸收了大量的熱量，在其內(nèi)部加循環(huán)水，可以有效的能量回收。以上的調(diào)溫方式相互配合，很容易達(dá)到我們理想的環(huán)境溫度，并保持恒溫；節(jié)能效果好，改變傳統(tǒng)大棚能耗高、能量損失嚴(yán)重的缺陷；無任何污染， 能量的產(chǎn)生過程中不同于鍋爐和純粹的電加熱，沒有任何二氧化碳和二氧化硫等污染環(huán)境的氣體排放，有效解決城市、企業(yè)、及農(nóng)村的環(huán)境污染問題；這種科學(xué)適用的模式有利于科學(xué)的普及和民眾文化素養(yǎng)的提高。(二)30KW 電氣部分。a) 設(shè)計依據(jù)IEC 60904-1《光伏器件第一部分光伏電流-電壓特性的測量》;IEC 60904-2《光伏器件第二部分標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的要求》;GB/T 19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》；IEC 60364-7-712《建筑電氣安裝_7_712部分》；IEC 62093《光伏系統(tǒng)中的系統(tǒng)平衡部件-設(shè)計鑒定》;SJ/T11127《光伏系統(tǒng)發(fā)電過電壓保護(hù)-導(dǎo)則》;GB50057-94 《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》；GB50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》；GB4208-84《外殼防護(hù)等級分類》。b) 光 伏系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行方式采用并網(wǎng)運(yùn)行方式.將太陽能電池方陣發(fā)出直流電逆變成交流三相電，并入電網(wǎng)中，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以省去蓄電池，而將電網(wǎng)作為自己的儲能單元.相比采用蓄電池儲能的能量損失， 并網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能，且維護(hù)簡單、方便。c) 系統(tǒng)電路構(gòu)成太陽電池發(fā)電系統(tǒng)由非晶硅薄膜太陽電池吸收光照，在每一塊太陽電池組件上產(chǎn)生相同的直流電壓和直流電流，將其按照設(shè)計方案進(jìn)行串并聯(lián)的組合，達(dá)到逆變器需要的電壓要求、功率要求、電流要求。通過電纜輸送到控制逆變器。輸出正弦波交流電并入電網(wǎng)。逆變器功能控制逆變器對轉(zhuǎn)換的交流電頻率、電壓、電流、相位、有功與無功、同步、電能品質(zhì)(電壓波動、高次諧波)等進(jìn)行控制。有如下功能①自動開關(guān)，根據(jù)日照的條件，盡量發(fā)揮太陽能電池輸出功率的潛力，自動開關(guān)機(jī)。②MPPT控制，最大功率跟蹤點(diǎn)控制，使方陣經(jīng)常保持最大輸出功率的狀態(tài)，以獲得最大功率。③防止孤島運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)停電的時候，自動停止并網(wǎng)，防止負(fù)載過大對電氣設(shè)備的損壞和對人身安全的危害。④自動電壓調(diào)整，對電網(wǎng)電參數(shù)的檢查，自動調(diào)整與電網(wǎng)相同的電，不會對電網(wǎng)造成污染。⑤異常情況排除與停止運(yùn)行。逆變器參數(shù)輸出電流畸變率THD 額定功率下小于3% ；功率因數(shù)額定功率下大于99%;最大功率94. 5%;允許電網(wǎng)電壓范圍(三相)330V-450V ；允許電網(wǎng)頻率范圍 49-51/59-61HZ ；夜間耗電0 W ；防護(hù)等級:IP65 (室外)；允許最高海拔6000米。d)太陽能電池陣列向南固定安裝，大棚頂部。非晶硅薄膜太陽能電池板90W/塊；總數(shù)量336塊；總功率30KW ；連接方式每 3塊電池板串聯(lián)為一組；每10組并聯(lián)為一個單元；總計12個單元，12個單元并聯(lián)到匯流箱，分兩路進(jìn)逆變器。太陽電池方陣的輸出電纜太陽電池陣列各組和支架單元之間連接采用電纜。電纜符合歐洲和美國標(biāo)準(zhǔn)。電纜規(guī)格耐壓1000V，多芯雙線銅質(zhì)電纜，線徑1. 50mm2，太陽電池方陣內(nèi)電纜連接采用埋設(shè)方式，電纜外套PVC管以保護(hù)電纜不被損傷。e)防雷設(shè)計(1)防直擊雷措施直接雷是指直接落到太陽能電池陣列、低壓配電路、電氣設(shè)備及其配線等處，以及在其近旁的雷擊.防直擊雷的基本措施是安裝避雷針。(2)防感應(yīng)雷措施太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電浪涌入侵途徑，除了太陽能電池陣列夕卜，還有配電線路、接地線以及它的組合.從接地線侵入是由于近旁的雷擊使大地電位上升，相對比電源電壓高，從而產(chǎn)生從接地線向電源的反向電流引起的。本系統(tǒng)主要采取以下措施a，在接線箱內(nèi)及配電盤內(nèi)安裝避電器AC380V(內(nèi)設(shè)切斷裝置)；b，在太陽能光伏陣列的主回路內(nèi)安裝浪涌保護(hù)器。(3):接地措施防雷接地包括避雷針、避雷帶以及低壓避雷器。保護(hù)接地光伏電池組件接地、逆變器外殼接地。接地裝置人工垂直接地體采用角鋼、鋼管或者圓鋼，水平接地采用扁鋼或金屬外皮在入口處可靠接地，沖擊電阻不宜大于30歐姆，接地的方式采用電焊。(三)自動化控制系統(tǒng)建立由信號采集系統(tǒng)、中心計算機(jī)、控制系統(tǒng)三大部分組成的現(xiàn)代化智能溫室，配備由計算機(jī)控制的可移動天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫、濕窗簾/風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動化設(shè)施。然后在溫室透光部分安裝半透明式的CIGS (銅銦鎵硒) 薄膜太陽能電池組件，將其按照設(shè)計方案進(jìn)行串并聯(lián)的組合，達(dá)到逆變器需要的電壓要求、功率要求、電流要求。通過電纜輸送到控制逆變器，輸出正弦波交流電并入電網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，其特征在于，它包括如下步驟通過建立大型集成太陽能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換獲得電能的步驟；電能被轉(zhuǎn)化為稀有中草藥所需要的光源的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，其特征在于，所述的光電轉(zhuǎn)換是選用銅銦鎵硒薄膜太陽能電池進(jìn)行中草藥人工培植選擇性照射光電轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，其特征在于，所述的電能被轉(zhuǎn)化為稀有中草藥所需要的光源的步驟包括如下過程稀有中草藥培植過程中光合作用系統(tǒng)色光參數(shù)的調(diào)控。
4.如權(quán)利要求3所述的一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，其特征在于，稀有中草藥培植過程中光合作用系統(tǒng)色光參數(shù)包括稀有中草藥植物生長的紅光與紅外光比例、紅光及藍(lán)光的波長范圍、紅藍(lán)光的配光比例、光強(qiáng)、光照周期及其參數(shù)組合。
5.如權(quán)利要求3所述的一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，其特征在于，稀有中草藥培植過程中光合作用系統(tǒng)色光參數(shù)中，選擇對于光合作用貢獻(xiàn)最大的400-500nm 藍(lán)色光線以及610-720nm紅色光線，紅光和藍(lán)光配光比例是5 7. 8 :1 ；光譜中620 660nm紅光與710 740 nm遠(yuǎn)紅光光通量的比值為1 :0.67-1.87 ；補(bǔ)光系統(tǒng)光照強(qiáng)度為 300-1200LUX，并在一天內(nèi)按照稀有中草藥原產(chǎn)地的照度進(jìn)行周期性波動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，本發(fā)明屬于中草藥培植領(lǐng)域，還涉及光伏農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，具體涉及利用光-電-光轉(zhuǎn)換技術(shù)為稀有中草藥的培植提供合適的種植光環(huán)境的技術(shù)領(lǐng)域。針對我國稀有中草藥資源匱乏的問題，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生培植稀有中草藥所需光源的方法，即通過建立大型集成太陽能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，電能又被半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)轉(zhuǎn)化為稀有中草藥所需要的專用譜段的光源的方法。本發(fā)明可以有效解決道地中草藥的栽培難題，還可以大規(guī)模在陽光充足的貧困地區(qū)建立大型光伏稀有中草藥培育示范中心，為光伏稀有中草藥的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供專項技術(shù)支持和示范平臺。
文檔編號F21S9/03GK102326497SQ20111025491
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者劉煥亮, 林彬, 顧懷宇 申請人:廣州崴凱醫(yī)藥科技有限公司