一种光热一体化农场及其工作方法

技术领域

本发明涉及光热一体化农场技术领域，特别是涉及一种光热一体化农场及其工作方法。

背景技术

农场，指农业生产单位、生产组织或生产企业以从事农业生产或畜牧养殖为主，经营各种农产品和畜牧产品的场所。农场可以作为一个企业，由个人、家庭或社群所有和经营，或由联合体、公司所有和经营，农场的规模可以从数亩到成百上千公顷不等。在美洲，一个农场的规模大的可以大到几万公顷或几十万公顷。农场养殖或者蔬菜大棚种植时，需要保持养殖场或种植厂内的温度，现有技术中通常通过采用锅炉或者电加热器进行加热，增加了能源的消耗，往往难以做到能源的有效利用和持续供应。因此需要一种解决上述问题的光热一体化农场及其工作方法。

申请号为202121904887.9的中国专利提出了一种光伏光热一体化构件，包括光伏组件；流道组件；聚热板组件以及边框组件，边框组件包括两个相对设置的第一边框、及用以连接第一边框的第二边框，第一边框和第二边框形成有第一卡槽和第二卡槽，光伏组件与第一卡槽卡合固定，聚热板组件与第二卡槽卡合固定，流道组件固定在光伏组件和聚热板组件之间；其中，第一边框上设置有介质通口、及用于连通介质通口和流道组件的至少两个分流口。通过上述方式，通过第一卡槽将光伏组件卡合固定，第二卡槽将聚热板组件卡合固定，而光伏组件和聚热板组件将流道组件固定，快捷方便，实现安装一体化，同时能够提高光伏光热一体化构件的发电供热功能；另外，在第一边框上设置有介质通口和与介质通口连通的分流口，以使得外部介质能够通过介质通口和分流口进入至流道组件内，从而将光伏组件产生的热量带走，再次提高光伏光热一体化构件的发电效果和供热效率。但其并没有提及如何将其应用到农场中以达到能源的有效利用和持续供应的效果。

申请号为CN201721816142.0的专利提供了一种可自动除雪的农业大棚，包括大棚本体、棚顶、横向导热管、纵向导热管、主控制箱、供暖电机、太阳能光伏板、wifi组件、主控制器和蓄电池，利用太阳能光伏板向蓄电池充电，然后利用蓄电池为供暖电机供电，使得横向导热管和纵向导热管帮助融化棚顶的积雪和对大棚起到保温作用，上述技术方案虽然解决了现有技术中通常通过采用锅炉或者电加热器进行加热，增加了能源的消耗的问题，实现了对太阳能的利用，但其在使用过程中不存在对太阳能光伏板因长时间光照而产生的热量的有效利用，在一定程度上也造成了能源的浪费，另外，上述技术方案没有对太阳能光伏板的高温保护，不能够有效保证整个农业大棚的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种光热一体化农场及其工作方法，利用太阳能对农场进行加热升温，对光伏板长时间光照而产生的热量进行回收利用的同时实现对光伏板的高温保护。

为实现上述目的，本发明提供了一种光热一体化农场及其工作方法，包括农场本体，所述农场本体的侧壁盘绕有换热缠绕管，所述换热缠绕管的一端通过出流管与热池连接，所述出流管上设有水泵和二号阀，所述换热缠绕管的另一端通过回流管与所述热池连接，所述回流管上设有电加热器和一号阀，所述回流管靠近所述换热缠绕管的一端通过带四号阀的排水管与冷水池连接，所述冷水池与辅助冷却组件连接，所述回流管和所述出流管之间连接有带三号阀的旁支管，所述旁支管的一端位于所述电加热器和所述一号阀之间，所述旁支管的另一端位于所述水泵和所述二号阀之间；

所述农场本体的顶面设有倾斜支架，所述倾斜支架的顶部连接有光伏板，所述光伏板上设有散热流道，所述散热流道的一端通过带上水泵的上水管与所述冷水池连通，所述散热通道的另一端通过下流管与所述热池连通，所述光伏板通过电线与太阳能储能电站连接，所述太阳能储能电站与所述电加热器、所述水泵、所述一号阀、所述二号阀、所述三号阀、所述四号阀和所述上水泵电连接。

优选的，所述冷水池内设有靠近其顶部设置的滤网。

优选的，所述辅助冷却组件包括从下到上依次连接的内热管、切换盒和外热管，所述内热管位于所述冷水池内，所述内热管的底部设有沿其长度方向均匀分布的内翅片，所述内热管的顶端穿出所述冷水池与所述切换盒连接，所述切换盒内设有流体热介质，且所述切换盒的一侧与缸筒连接，所述缸筒内的活塞与伸缩缸连接，所述伸缩缸与所述太阳能储能电站电连接，所述外热管上设有沿其长度方向均匀分布的外翅片。

优选的，所述农场本体的侧壁外侧设有保温层。

优选的，所述保温层的材质为聚苯板、聚氨酯泡沫板、矿物棉板、玻璃棉板或者聚氨酯喷涂材料。

优选的，所述光伏板和地面之间的角度范围为20度到45度。

光热一体化农场的工作方法：

当发生降雨时，雨水流到冷水池储存，当雨水酸性较大时采用碱性物质中和；

白天时，通过光伏板发电将电能存储到太阳能储能电站内，同时，上水泵工作将冷水池中的水经过上水泵进入到散热流道中与光伏板进行换热，以对光伏板进行降温达到高温保护的作用，换热后得到的热水通过下流管进入到热池内以备对农场本体的热水供暖；

夜晚时，三号阀和四号阀关闭，一号阀和二号阀打开，水泵工作将热池内的水通过出流管抽出到换热缠绕管，通过换热缠绕管对农场本体进行升温，然后通过回流管流回，进行循环；热池内水温较低时，二号阀、一号阀和四号阀关闭，三号阀打开，同时电加热器打开，进而通过电加热器中的电加热管对水进行加热后，通过出流管、换热缠绕管和回流管进行循环，实现对农场本体的加热，电加热器采用太阳能储能电站电能进行供电；

当冷水池内缺水时，三号阀、一号阀关闭，四号阀、二号阀打开，水泵工作对冷水池送水；

夜晚时，伸缩缸启动使得液体热介质进入到切换盒内，使冷水池内水的热量通过内翅片进入到内热管然后经过流体热介质后传递给外热管，最后经过外翅片实现最终的散热，以保证冷水池内的水温足够低，进而保证冷水池内的水进入到散热流道时能够对光伏板起到有效的降温作用；白天时，伸缩缸复位带动活塞反向运动使得流体热介质从切换盒内排到缸筒内，阻断内热管和外热管之间的热传递，不对冷水池内的水进行热交换冷却。

因此，本发明采用上述结构的光热一体化农场及其工作方法，具有如下

有益效果：

1、能够利用太阳能对农场进行加热升温，以解决现有技术中通常采用锅炉或者电加热器进行加热的方式而造成的能源消耗的问题；

2、能够对光伏板因长时间光照而产生的热量进行回收利用，提高能源利用率的同时实现了对光伏板的高温保护；

3、能够利用辅助冷却组件确保冷水池中水的温度，进而确保能农场工作过程中能够实现对光伏板的高温保护，有效保证了光伏板的使用寿命。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明光热一体化农场的实施例的示意图。

附图标记

1、农场本体；2、保温层；3、换热缠绕管；4、出流管；5、热池；6、水泵；7、二号阀；8、回流管；9、电加热器；10、一号阀；11、四号阀；12、排水管；13、冷水池；14、三号阀；15、旁支管；16、滤网；17、辅助冷却组件；171、内热管；172、切换盒；173、外热管；174、内翅片；175、流体热介质；176、缸筒；177、活塞；178、伸缩缸；179、外翅片；18、太阳能储能电站；19、倾斜支架；20、光伏板；21、散热流道；22、上水泵；23、上水管；24、下流管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1所示，一种光热一体化农场，包括农场本体1，农场本体1的侧壁外侧设有保温层2，保温层2的材质为聚苯板、聚氨酯泡沫板、矿物棉板、玻璃棉板或者聚氨酯喷涂材料。农场本体1的侧壁盘绕有换热缠绕管3，换热缠绕管3的一端通过出流管4与热池5连接，出流管4上设有水泵6和二号阀7。换热缠绕管3的另一端通过回流管8与热池5连接，回流管8上设有电加热器9和一号阀10，回流管8靠近换热缠绕管3的一端通过带四号阀11的排水管12与冷水池13连接。回流管8和出流管4之间连接有带三号阀14的旁支管15，旁支管15的一端位于电加热器9和一号阀10之间，旁支管15的另一端位于水泵6和二号阀7之间。三号阀14打开，一号阀10、二号阀7和四号阀11关闭时，换热缠绕管3、出流管4、旁支管15和回流管8内的水在水泵6的驱动下形成循环回路；三号阀14和四号阀11关闭，一号阀10和二号阀7打开时，换热缠绕管3、出流管4、热池5和回流管8内的水在水泵6的驱动下形成循环回路；二号阀7和四号阀11打开，一号阀10和三号阀14关闭时，热池5内的水能够在水泵6的驱动下依次经过出流管4、换热缠绕管3、回流管8和排水管12进入冷水池13，为冷水池13补充水源。

冷水池13内设有靠近其顶部设置的滤网16，滤网16能够有效防止冷水池13的顶部开口承接天然降水时进入杂物进而造成管道堵塞的问题。冷水池13与辅助冷却组件17连接，辅助冷却组件17包括从下到上依次连接的内热管171、切换盒172和外热管173。内热管171位于冷水池13内，内热管171的底部设有沿其长度方向均匀分布的内翅片174，内翅片174能够增加冷水池13内水的热量传导到内热管171上的速度。内热管171的顶端穿出冷水池13与切换盒172连接，切换盒172内设有流体热介质175，流体热介质175可以是矿物油、合成热油、硅油和氟碳化合物热油等常见的导热油。切换盒172的一侧与缸筒176连接，缸筒176内的活塞177与伸缩缸178连接，伸缩缸178与太阳能储能电站18电连接，太阳能储能电站18能够为伸缩缸178提供电源，使得伸缩缸178能够带动活塞177进行往复运动，进而将流体热介质175推入或者吸出切换盒172。外热管173上设有沿其长度方向均匀分布的外翅片179，外翅片179能够增加外热管173与外界空气的换热效率。

农场本体1的顶面设有倾斜支架19，倾斜支架19的顶部连接有光伏板20，光伏板20和地面之间的角度范围为20度到45度。倾斜支架19能够使得光伏板20和地面之间的角度范围保持在20度到45度，具体角度和纬度有关，例如南方地区可选用30度，北方地区选用45度。光伏板20上设有散热流道21，散热流道21的一端通过带上水泵22的上水管23与冷水池13连通，散热通道的另一端通过下流管24与热池5连通，上水泵22能够为冷水池13内的水提供动力，使得水从冷水池13依次经过上水管23、散热流道21和下流管24进入到热池5中，水经过散热流道21时能够对光伏板20进行降温起到高温保护的作用，同时将光伏板20上的热量吸走成为热水进入热池5中以供对农场本体1的供暖，实现了对热能源的高效利用。

光伏板20通过电线与太阳能储能电站18连接，光伏板20将太阳能转化为电能储存在太阳能储能电站18中。太阳能储能电站18与电加热器9、水泵6、一号阀10、二号阀7、三号阀14、四号阀11和上水泵22电连接，太阳能储能电站18能够为电加热器9、水泵6、一号阀10、二号阀7、三号阀14、四号阀11和上水泵22提供电源。

光热一体化农场的另一种实施方式可以是：在倾斜支架19的底部增设导水口，同时利用与导水口对应设置的下水管将农场本体1顶部的天然降水引入到冷水池13中，增加对天然降水的利用量。

光热一体化农场的工作方法为：

当发生降雨时，雨水流到冷水池13储存，当雨水酸性较大时采用碱性物质中和；

白天时，通过光伏板20发电将电能存储到太阳能储能电站18内，同时，上水泵22工作将冷水池13中的水经过上水泵22进入到散热流道21中与光伏板20进行换热，以对光伏板20进行降温达到高温保护的作用，换热后得到的热水通过下流管24进入到热池5内以备对农场本体1的热水供暖；

夜晚时，三号阀14和四号阀11关闭，一号阀10和二号阀7打开，水泵6工作将热池5内的水通过出流管4抽出到换热缠绕管3，通过换热缠绕管3对农场本体1进行升温，然后通过回流管8流回，进行循环；热池5内水温较低时，二号阀7、一号阀10和四号阀11关闭，三号阀14打开，同时电加热器9打开，进而通过电加热器9中的电加热管对水进行加热后，通过出流管4、换热缠绕管3和回流管8进行循环，实现对农场本体1的加热，电加热器9采用太阳能储能电站18电能进行供电；

当冷水池13内缺水时，三号阀14、一号阀10关闭，四号阀11、二号阀7打开，水泵6工作对冷水池13送水；

夜晚时，伸缩缸178启动使得液体热介质进入到切换盒172内，使冷水池13内水的热量通过内翅片174进入到内热管171然后经过流体热介质175后传递给外热管173，最后经过外翅片179实现最终的散热，以保证冷水池13内的水温足够低，进而保证冷水池13内的水进入到散热流道21时能够对光伏板20起到有效的降温作用；白天时，伸缩缸178复位带动活塞177反向运动使得流体热介质175从切换盒172内排到缸筒176内，阻断内热管171和外热管173之间的热传递，不对冷水池13内的水进行热交换冷却。

因此，本发明采用上述结构的光热一体化农场及其工作方法，利用太阳能对农场进行加热升温，对光伏板因长时间光照而产生的热量进行回收利用的同时实现对光伏板的高温保护。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。