一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂及建造方法

摘要

本发明提出了一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂及建造方法，通过建设成本低的带保温结构的简易厂房，在厂房屋顶全屋顶面积铺设光伏发电板，从而实现光伏发电与植物工厂全面积的耦合，且利用植物工厂用能及供电的精细化控制，全额消纳光伏发电产生的电量；以及利用一定容量的储能电池，维持夜间的植物工厂空调和营养液循环用电，从而就地消纳新能源光伏发电，如果连接电网，还可以响应电网的调峰调频辅助服务信号，从而解决新能源发电波动性负荷带来的电网频率波动及新能源发电就地消纳的难题。

说明书

技术领域

本发明涉及植物工厂制造技术领域，特别涉及到一种耦合光伏发电的简易保温房植物工厂及其建造方法。

背景技术

植物工厂作为一种颠覆传统农业种植的全新方式，不受土地、气候等自然条件的限制和影响，可完全按照计划、精准定时、定量生产出无污染的种苗及蔬菜、花卉等作物，受到了前所未有的关注。与传统的田间耕作相比，其生产过程不使用农药，用水量可减少90％，并可节省多达95％以上的土地，且由于取消了运输环节，可以极大地降低食品供应链的碳排放。此外，植物工厂的植物种植具有高密度的特点，在人工光照的照射下，植物吸收二氧化碳，根系吸收矿物质和水分并输送到叶片，在合适的温度条件下，叶片中的叶绿体进行光合作用，生产出碳水化合物并释放出能量和氧气。因此，植物工厂是高效率吸收和利用CO

为了应对气候变化及全球人口的增长，迫切需要发展生产环境可控的现代化设施农业。植物工厂作为一种颠覆传统农业种植的全新方式，不受土地、气候等自然条件的限制和影响，可完全按照计划、精准定时、定量生产出无污染的种苗及蔬菜、花卉等作物，受到了前所未有的关注。植物工厂是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、CO

现有的农光互补项目均是在温室大棚或玻璃温室屋顶部分面积铺设光伏发电板，但光伏铺设的面积不能全部覆盖温室大棚或玻璃温室屋顶，因为，温室大棚和玻璃温室还需要太阳光给植物提供光合作用的光源，而且现有温室大棚和玻璃温室方案欠缺保温设施，冬季很难维持温室大棚和玻璃温室的室内温度，为了维持温度往往需要高能耗的锅炉供热。现有的植物工厂项目均需要建设水泥砖墙的大型厂房，成本巨大，然后在屋顶上铺设屋顶光伏，而且这种水泥砖墙建筑会改变土地性质。

因此，如何提供一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，在现有农业用地地块上实现全面积铺设光伏发电板，从而实现光伏发电与植物工厂全面积的耦合，且能在冬季维持较高的室内温度，实现植物工厂在冬季高效地实现植物种植是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提出了一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，通过建设成本低的带保温结构的简易厂房，在厂房屋顶全面积铺设屋顶光伏发电板，从而实现光伏发电与植物工厂全面积的耦合，且利用植物工厂用能及供电的精细化控制，全额消纳光伏发电产生的电量；以及利用一定容量的储能电池，维持夜间的植物工厂空调和营养液循环用电，从而就地消纳新能源光伏发电，如果连接电网，还可以响应电网的调峰调频辅助服务信号，从而解决新能源发电波动性负荷带来的电网频率波动及新能源发电就地消纳的难题。

有鉴于此，本发明提出了一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，包括厂房、设置在厂房内的种植架、种植盘、全人工光LED照明灯；种植盘为若干个设置在种植架上；全人工光LED照明灯设置在种植架上，位于种植盘上方；

新能源发电供电装置；发电和向植物工厂供电；

水培溶液循环装置；其中水培溶液循环装置为种植盘内的植物植株提供水培溶液。

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，新能源发电供电装置包括新能源发电装置和供电装置；其中新能源发电装置发电后将电能储存到蓄电池或直接供给供电装置；供电装置向植物工厂供电。

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，新能源发电装置利用光伏发电板发电；光伏发电板分别连接蓄电池和供电装置；蓄电池和电装置连接。

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，植物工厂还包括CO

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，空调设备包括制冷空调设备或供暖空调设备；制冷空调设备包括电压缩空调、太阳能空调、吸收式制冷空调、水源热泵制冷设备或水源直接制冷设备的一种或两种以上组合；供暖空调设备包括热泵、电加热供热设备、太阳能集热供热设备、燃气燃煤锅炉、火电厂余热供热设备中的一种或两种以上组合。

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，植物工厂还包括供能控制平台，控制供电装置的放电量及新能源发电装置的供电量，从而响应区域电网的调峰调频辅助服务信号。

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，厂房包括包括内、外层的钢板、以及设置在钢板内部的保温材料夹层。

前述耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，保温材料夹层为岩棉、玻璃棉、聚氨酯发泡材料、苯板、挤塑板、聚苯乙烯泡沫、聚苯颗粒保温浆料、酚醛泡沫等材料中的任意一种或组合。

根据本发明的第二个目的，提出了建造如权利要求1-7任一的植物工厂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)规划设计的植物工厂的厂房类型和厂房全屋顶铺设光伏发电板的面积；

(2)规划设计种植架的数量、排列方式及全人工光LED照明灯的LED光谱和室内环境参数；选择并安装空调设备、水培溶液循环装置和CO

(3)根据植物工厂的用电容量，设置对应容量的蓄电池容量及新能源发电装置的供电量；

(4)植物工厂厂房为带保温层的彩钢板搭建、泡沫成型或3D打印成型简易房屋。

通过以上技术方案，本发明提出了一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，具有如下技术效果：

1)实现在现有农业用地地块上实现全面积铺设光伏发电板的方案，并同时实现高效利用农业用地的全人工光立体垂直植物工厂的现代农业方案。

2)全人工室内环境保证植物工厂生产不受自然环境和季节的影响，非常适合东北及西北冬季寒冷季节的蔬菜生产。

3)带保温层的简易厂房结构可以极大降低建筑成本，同时保证厂房室内环境达标的节能高效运营。

4)利用全人工光照明植物工厂技术，实现大规模新能源发电的就地消纳。

5)利用储能技术和植物工厂供电，响应电网的调峰调频信号，解决新能源发电的波动性给电网造成的频率波动影响。

6)在西北及其他边远地区，解决大规模风电或光伏发电等新能源发电的就地消纳问题，和弃风弃光问题。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中提供的耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂结构示意图。

其中，厂房-1，种植架-2，种植盘-3，全人工光LED照明灯-4，水培溶液循环装置-5，光伏发电板-6，CO

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1，有鉴于此，本实施例提出了一种耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂，包括厂房1、设置在厂房1内的种植架2、种植盘3、全人工光LED照明灯4；种植盘3为若干个设置在种植架2上；全人工光LED照明灯4设置在种植架2上，位于种植盘3上方；

新能源发电供电装置；发电和向植物工厂供电；

水培溶液循环装置5；其中水培溶液循环装置5为种植盘3内的植物植株8提供水培溶液。

本实施例具体可以理解为：厂房1设置在农业用地上，厂房1内设置若干平行排列的种植架2，种植盘3为若干个设置在种植架2上；全人工光LED照明灯4设置在种植架2上，位于种植盘3上方；水培溶液循环装置5依次为种植盘3内的植物植株8提供水培溶液，其中水培溶液循环装置5使得水培溶液依次在种植盘3内循环，为种植盘3内的植物植株8提供养分的同时提供氧气。

发电供电装置发电、储存电能并向水培溶液循环装置5和全人工光LED照明灯4提供电能。本实施例中的全人工光LED照明灯4为LED灯，符合种植的蔬菜或瓜果植物产品品种对应的LED光谱及室内环境参数，为全人工光照明生产，可以完全替代阳光，实现植物的健康安全成长。

为进一步优化本实施例提出了，新能源发电供电装置包括新能源发电装置和供电装置；其中新能源发电装置发电后将电能储存到蓄电池或直接供给供电装置；供电装置向植物工厂供电。

为进一步优化本实施例提出了，新能源发电装置利用光伏发电板发电；光伏发电板分别连接蓄电池和供电装置；蓄电池和电装置连接。

本实施例中，植物工厂利用新能源发电、蓄电池给植物工厂供电，从而降低植物工厂的用电成本。本实施例优选为厂房1屋顶全面积铺设屋顶光伏发电板6，利用储能技术将电能储存至蓄电池，可以利用蓄电池供电也可以将电能直接发送到供电装置，直接向植物工厂供电。厂房1用地仍然为农业用地，真正实现农光互补，可以在所有现有农业用地范围开展植物工厂耦合光伏发电的项目。厂房1利用建筑光伏一体化和建筑保温，开发利用农业用地建设大型植物工厂，屋顶设置分布式全面积屋顶光伏，厂房1墙体内设置蓄电池，实现农业用地的大面积光伏发电项目开发。

为进一步优化本实施例提出了，植物工厂还包括CO

为进一步优化本实施例提出了，空调设备包括制冷空调设备或供暖空调设备；制冷空调设备包括电压缩空调、太阳能空调、吸收式制冷空调、水源热泵制冷设备或水源直接制冷设备的一种或两种以上组合；供暖空调设备包括热泵、电加热供热设备、太阳能集热供热设备、燃气燃煤锅炉、火电厂余热供热设备中的一种或两种以上组合。

本实施例中，供暖空调设备优选为太阳能集热供热设备和热泵组合，其中太阳能集热供热设备为常规玻璃管太阳能集热器、平板太阳能集热器或槽式聚光集热器中的任意一种，产生的热水或蒸汽用于满足植物工厂内部的供热需求；利用热泵(燃气热泵或电压缩热泵)技术满足植物工厂冬季阴天或连续雨天的植物工厂内部采暖供热，维持植物工厂内部温度22度以上。

为进一步优化本实施例提出了，植物工厂还包括供能控制平台，控制供电装置的放电量及新能源发电装置的供电量，从而响应区域电网的调峰调频辅助服务信号。

供能控制平台可根据植物工厂用能及供电进行精细化控制，全额消纳光伏发电产生的电量。

为进一步优化本实施例提出了，厂房1包括内、外层的钢板、以及设置在钢板内部的保温材料夹层。

本实施例中厂房1最外部为带有美观度的彩钢板，中间夹层为保温材料，保温材料为岩棉、玻璃棉、聚氨酯发泡材料、苯板、挤塑板、聚苯乙烯泡沫、聚苯颗粒保温浆料、酚醛泡沫等材料中的任意一种或组合。且厂房1为一层、两层或多层，本实施例可优选为一层，层高不超过2米，从而尽量降低厂房1固定资产投资额；本实施例中厂房1为带保温层的彩钢板搭建，或其他低成本的泡沫成型或3D打印成型简易房屋。

本实施例中耦合光伏发电系统的简易保温房植物工厂的制备方法为：

1)根据规划的实施植物工厂项目的农业用地面积，规划设计植物工厂的厂房类型和厂房全屋顶铺设光伏发电板的面积；

2)根据当地或附近城市计划销售蔬菜或瓜果的植物产品品种，规划设计种植架的数量、排列方式及全人工光LED照明灯的LED光谱和室内环境参数；选择并安装空调设备、水培溶液循环装置和CO

3)根据植物工厂的用电容量，设置蓄电池容量及新能源发电装置的供电量；

4)设计植物工厂简易厂房1为带保温层的彩钢板搭建，或其他低成本的泡沫成型或3D打印成型简易房屋；

5)在植物工厂厂房1屋顶全面积铺设光伏发电板6；

6)植物工厂的供能控制平台根据植物工厂的用能情况，控制蓄电池充放电量及新能源的供电量，从而响应区域电网的调峰调频辅助服务信号。

本发明相较于现有温室大棚或玻璃温室无法全屋顶铺设大面积光伏发电板，无法实现大面积的农业用地的农光互补光伏项目开发；本实施例利用厂房屋顶全面积铺设屋顶光伏发电板，利用储能技术将电能储存至蓄电池，利用蓄电池供电，真正实现农光互补，且全人工光照明植物工厂利用超洁净车间生产，可以实现无公害无农药和无病虫害。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。