一种基于光伏农业的棚架一体多功能幕网系统及其调控方法与流程

本发明涉及人类生活用品，其作为遮挡装置用于光伏农业遮阳、保温，具体的是一种棚架一体多功能幕网系统及其调控方法。

背景技术：

1、在我国“双碳”政策的推动下，光伏产业近几年得到了很大的发展，光伏电站建设所需的土地供给日益紧张。在中东部地区，太阳能光伏发电土地资源稀缺，农业用地愈发成为可行的选择，在农用地上建设光伏设施，必需保证农作物的正常生长和农事操作不受影响，而引入农业设施装备可大幅提升农业生产技术水准，维持甚至提高农业产出，而其中改善农作物微气候环境的遮阳系统便是一种重要的农业设施。利用光伏支架安装适宜的遮阳系统，可有效降低遮阳设施初装成本，促进智慧设施农业发展，实现光伏发电和设施农业生产双赢。

2、已有一些光伏发电与现代农业设施相结合的遮阳系统专利获得授权，如专利号为zl201710260837.3 的“茶园的基于光伏板发电的大面积遮光装置”、 专利号为zl201920898875.6 的“基于柔性光伏支架的茶园遮阳系统”和专利号为zl201420823768.4的“一种光伏大棚的保温结构”等，然而，目前在光伏农业中应用的遮阳系统或多或少都可能存在以下不足或缺陷：

3、1.功能单一，没有发挥最大综合效能；

4、2.棚架一体化程度差，对光伏支架所提供的支撑功能利用不足；

5、3.对光伏板组件下农作物微气候环境的调控能力弱。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于光伏农业的棚架一体多功能幕网系统，以改善光伏板组件下农作物生长发育的微气候环境，并利用光伏支架所提供的框架支撑作用减少农业设施建设投入成本。

2、本发明的另一个目的是提供一种上述幕网系统的调控方法。

3、一种基于光伏农业的棚架一体多功能幕网系统，包括控制装置和至少一个幕网装置单元；控制装置对幕网装置单元进行控制使其做设定动作；

4、所述幕网装置单元包括光伏框架组件、传动组件、滑轮静线组件、幕网组件；

5、所述传动组件包括支座、轴承、传动轴、卷线滚筒、正向牵引绳、反向牵引绳；传动轴的两端通过轴承与支座配置，支座固定于光伏框架组件的左框架、右框架上，传动轴上配置有多个卷线滚筒，每个卷线滚筒上缠有做相反方向运动的正向牵引绳和反向牵引绳；

6、所述滑轮静线组件包括前变向双滑轮、后变向单滑轮、前张压钢索、后张压钢索、前张托钢索、后张托钢索、侧张钢索；前变向双滑轮固定于前张压钢索，前张压钢索两端分别固定于光伏框架组件的左框架和右框架，后变向单滑轮固定于后张压钢索，后张压钢索两端分别固定于光伏框架组件的左框架和右框架，前张托钢索两端分别固定于光伏框架组件的左框架和右框架，后张托钢索两端分别固定于光伏框架组件的左框架和右框架，侧张钢索两端分别固定于一侧框架，即左框架或右框架的两端立柱；

7、所述幕网组件包括侧联三滑轮组、导引索、前导引夹、双联三滑轮组、双头扣环、幕网；

8、传动组件的正向牵引绳正向缠绕于卷线滚筒，一端固定，另一端绕过前变向双滑轮连接到前导引夹或侧联三滑轮组上的固定环；所述传动组件的反向牵引绳反向缠绕于卷线滚筒，一端固定，另一端依次绕过前变向双滑轮、后变向单滑轮连接到前导引夹或侧联三滑轮组配套双头扣环的固定环上；

9、幕网后端固定不动，幕网两侧边分别通过双头扣环固定于两根侧张钢索，幕网前部固定于前导引夹和导引索，前导引夹以扣齿与幕网连接，导引索穿过前导引夹并使其两端固定于两侧侧联三滑轮组的限位刚性管，侧联三滑轮组固定于侧张钢索；双头扣环固定在前导引夹、侧联三滑轮组或双联三滑轮组的固定环上，用以配置正向牵引绳、反向牵引绳。

10、所述光伏框架组件具有光伏板、承压钢索、左框架、右框架；承压钢索的两侧分别固定在左框架和右框架上，光伏板固定在承压钢索上。

11、所述滑轮静线组件还包括压幕线、托幕线；压幕线一端固定于前张压钢索，另一端固定于后张压钢索，所述托幕线一端固定于前张托钢索，另一端固定于后张托钢索。

12、所述控制装置，包括信息采集模块、控制模块、执行模块；所述信息采集模块包括光照传感器、温度传感器和信息采集器，所述信息采集器收集光照传感器和温度传感器等检测的数据，并传输到控制模块；所述控制模块包括系统控制中心、联网模块、云端和移动终端，所述系统控制中心，基于信息采集器传输的检测数据或气象预报环境因子，根据预先设定的光伏板件下空气温度和光照的调控要求，自动控制幕网的展开和收拢，所述移动终端能够通过联网模块和云端与系统控制中心实现命令交互；所述执行模块包括程控开关、拉幕电机、警报器，所述程控开关接受系统控制中心传达的指令，控制拉幕电机的开闭和转动方向，所述拉幕电机为幕网的展开和收拢提供动力，所述警报器在拉幕电机运行情况异常时向系统控制中心报警，并由其决策和控制改变程控开关的运行状态。

13、基于光伏农业的棚架一体多功能幕网系统的调控方法：

14、a.当需要幕网展开时，系统控制中心发出正向转动指令，通过程控开关控制拉幕电机开始正向转动，并将动力传输到传动轴;传动轴转动，带动正向牵引绳收紧，正向牵引绳将拉力经由前变向双滑轮变向传至前导引夹和侧联三滑轮组;传动轴转动，带动反向牵引绳放线，反向牵引绳被前导引夹依次通过后变向单滑轮、前变向双滑轮拉动，和被侧联三滑轮组依次通过后变向单滑轮、前变向双滑轮拉动；前导引夹以及穿过前导引夹、两端分别固定于两侧的侧联三滑轮组的限位刚性管中的导引索共同带动幕网前端移动，使幕网展开；

15、b.当需要幕网收拢时，系统控制中心发出反向转动指令，通过程控开关控制拉幕电机开始反向转动，并将动力传输到传动轴；传动轴转动，带动正向牵引绳放线，正向牵引绳被前导引夹和侧联三滑轮组经由前变向双滑轮拉动；传动轴转动，带动反向牵引绳收紧，反向牵引绳依次通过前变向双滑轮、后变向单滑轮拉动前导引夹，和依次通过前变向双滑轮、后变向单滑轮拉动侧联三滑轮组；前导引夹以及导引索共同带动幕网前端移动，使幕网收拢。

16、本发明的有益效果是：

17、1.由于采用上述技术方案，棚架一体多功能幕网系统特别适合在大跨度和地形复杂的光伏农业场景中应用，可实现对光伏板下农作物的多种微气候环境因子进行调控，并且降低相关农业设施建设投入成本。

18、2.棚架一体多功能幕网系统采用柔性钢索结构和滑轮静线组件，可容易地实现不同单元之间的左右并联和前后串联，与传统遮阳系统结构相比，更适用于大跨度和地形复杂的光伏农业场景，并且解决了相邻两套遮阳网的间隔区域存在漏光空隙的缺陷。由于幕网装置单元适用于大跨度光伏农业场景，在实际应用中可以很方便地将需布置幕网的地块划分为大小和数量合适的分区；柔性钢索结构使得其在大面积地块的应用中对立柱等刚性支撑的需求大幅下降，使得立柱等支撑之间可设置较大间隔，为幕网系统下方的田间农事操作和机械化作业留出了足够的空间。

19、3.棚架一体多功能幕网系统的前/后张压钢索与前/后张托钢索上布置的压幕线与托幕线将幕网限制在一定区域，压幕线减小了大跨度光伏农业场景中幕网在风等作用因素下出现的飘动，托幕线减小了幕网的下垂幅度。侧张钢索也控制和减小了幕网两侧边的变形。导引索在安装时预先张紧，能够在大跨度下比较均匀地带动幕网前端的移动，同时还具有比传统幕网系统中金属管型驱动边更轻的质量。另外，前导引夹在减轻荷载的同时，将正/反向牵引绳的拉力比较均匀地分布在幕网上，避免了幕网因局部受拉力过大而过快损坏，延长了幕网使用寿命，节省了运营维护成本。

20、4.棚架一体多功能幕网系统具有为光伏板下农作物提供遮阳、保温、抗倒春寒和发电增益等多种功能。在夏季和冬季，基于光伏农业园微气候环境传感器的检测数据，依据预先设定的光伏板下农作物对微气候环境的调控要求，自动控制幕网的展开和收拢。通过控制幕网的展开和收拢，幕网系统可对光伏板下农作物的多个微气候环境因子进行调控，满足农作物生长需求，减轻低温、高温和过强光照对农作物的伤害。在倒春寒易发季节，基于光伏农业园地域的气象预报相关环境因子，提前调控幕网的展开和收拢，减轻或消除倒春寒对农作物的伤害。

21、5.幕网选用铝箔遮阳幕布，当幕网展开时，所使用的铝箔遮阳幕布会将穿过光伏板之间空挡的太阳光中相当一部分反射至光伏板的正面和背面，从而增加光伏板的发电量，实现更高收益。这种增益效果在光伏板具有双面发电功能时尤其显著，能够可观地降低平准化度电成本。

22、6.棚架一体多功能幕网系统使用柔性钢索结构和滑轮静线组件，且光伏支架与幕网系统支架高度融合，使幕网系统用钢量大幅减少，降低了其建设成本。