劉釗銘

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

多棟光伏大棚的智能監(jiān)控

劉釗銘

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

隨著資源的匱乏，光伏技術(shù)逐漸受到人們的重視，也嘗試著在農(nóng)業(yè)上進(jìn)行應(yīng)用。文章介紹了多棟光伏大棚的智能監(jiān)控技術(shù)，總結(jié)了現(xiàn)階段我國(guó)智能系統(tǒng)在光伏大棚中的應(yīng)用，對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向提出展望。

光伏；蔬菜大棚；光伏大棚；智能監(jiān)控

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，能源危機(jī)逐漸受到人們的重視，發(fā)展可再生、無(wú)污染能源成為人類的共識(shí)。太陽(yáng)能特別是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，受到人們的高度重視，人們加大了對(duì)此方面的研究。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，溫室大棚數(shù)量眾多，溫室大棚突破了傳統(tǒng)作物種植受季節(jié)、環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，可以返季節(jié)種植作物。但目前我國(guó)溫室大棚多依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，自動(dòng)化程度不高，這種生產(chǎn)方式生產(chǎn)效率較低。近年來(lái)，光伏大棚逐漸走入人們的視線，而智能型光伏溫室大棚能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境各基本要素的控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化生產(chǎn)，并解決了無(wú)電、缺電地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的供電問(wèn)題，是未來(lái)蔬菜大棚的生產(chǎn)方向。

1 光伏大棚和智能監(jiān)控

光伏是一種利用太陽(yáng)電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。光伏大棚就是將太陽(yáng)輻射分為植物需要的光能和太陽(yáng)能發(fā)電的光能，既滿足了植物生長(zhǎng)的需要，又實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換，一舉兩得。光伏大棚的覆蓋薄膜一般是非晶薄膜式太陽(yáng)能電池，使光伏與溫室大棚能夠更好的融合，在不影響大棚內(nèi)作物正常生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，能夠借用大棚的向陽(yáng)而直接低成本發(fā)電，供大棚內(nèi)的各種設(shè)備使用。光伏大棚的工作原理如圖1所示。

圖1 光伏大棚系統(tǒng)原理

智能系統(tǒng)是指能產(chǎn)生人類智能行為的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，我國(guó)的大棚自動(dòng)化程度比較低，而且菜農(nóng)建設(shè)大棚的時(shí)候一般不會(huì)只建設(shè)一棟大棚，會(huì)在一個(gè)地點(diǎn)連片建設(shè)。通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蔬菜大棚內(nèi)的若干個(gè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)溫濕濃度的即時(shí)采集和控制，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可以省去菜農(nóng)很大一部分時(shí)間和精力，從而為菜農(nóng)騰出更多的時(shí)間，有更多的時(shí)間可以用在蔬菜的護(hù)理上。實(shí)現(xiàn)多棟大棚的智能監(jiān)控系統(tǒng)是確保大棚蔬菜順利生長(zhǎng)的重要環(huán)節(jié)，是確保菜農(nóng)取得期望經(jīng)濟(jì)利益的重要保證。

2 多棟光伏大棚的智能監(jiān)控系統(tǒng)

在作物的生長(zhǎng)過(guò)程中，影響其生長(zhǎng)的因素主要有溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤含水量等，在多棟光伏大棚之中實(shí)現(xiàn)對(duì)此因素進(jìn)行智能化監(jiān)控不僅可以減輕種植者的負(fù)擔(dān)，還能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。而整個(gè)系統(tǒng)的用電可以由太陽(yáng)能薄膜電池提供，即使將大棚建在無(wú)法利用電網(wǎng)電能的偏遠(yuǎn)地區(qū)，也不會(huì)受到限制。

多棟光伏大棚中溫度的調(diào)節(jié)：根據(jù)棚內(nèi)作物設(shè)置適合的溫度范圍，并在多個(gè)大棚中設(shè)置溫度傳感器，通過(guò)溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)大棚內(nèi)的溫度比設(shè)定值低時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)棚外陽(yáng)光情況（通過(guò)光照傳感器檢測(cè)）利用太陽(yáng)能加熱器（陽(yáng)光充足時(shí)）或者電加熱設(shè)備（陽(yáng)光不足時(shí)）進(jìn)行升溫，電加熱部分由蓄電池組供電。當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，采用濕簾——風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行降溫，濕簾是利用水蒸發(fā)吸熱原理降溫，風(fēng)機(jī)則通過(guò)產(chǎn)生的風(fēng)壓強(qiáng)制空氣流動(dòng)進(jìn)行降溫。

多棟光伏大棚中濕度的調(diào)節(jié)：濕度的調(diào)節(jié)跟溫度調(diào)節(jié)原理基本相同，在大棚內(nèi)部設(shè)置濕度傳感器來(lái)感應(yīng)大棚內(nèi)部的濕度，并根據(jù)作物的生長(zhǎng)情況來(lái)設(shè)定當(dāng)時(shí)大棚內(nèi)的適宜濕度，當(dāng)棚內(nèi)濕度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能水泵工作，通過(guò)大棚頂端的噴嘴噴出的噴霧來(lái)提高濕度，這樣也避免了濕度過(guò)大。當(dāng)濕度高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)窗開啟進(jìn)行通風(fēng)，利用濕度差來(lái)進(jìn)行室內(nèi)外的空氣交換，以降低濕度，必要時(shí)可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)加快空氣流動(dòng)和交換。

多棟光伏大棚中光照的調(diào)節(jié)：光照對(duì)于生物是不可缺少的，但并不是所有的陽(yáng)光對(duì)作物生長(zhǎng)都有益處，作物生長(zhǎng)主要需要波長(zhǎng)440nm的藍(lán)光和660nm的紅光區(qū)。由于光伏大棚中的薄膜是太陽(yáng)能電池，這類太陽(yáng)能薄膜電池有分光作用，可以將對(duì)作物生長(zhǎng)沒有用處的光吸收作為電能，而將有用的光正常穿透。當(dāng)檢測(cè)到光照過(guò)于強(qiáng)烈時(shí)，系統(tǒng)打開遮陽(yáng)網(wǎng)功能進(jìn)行避光，當(dāng)光照弱于正常值時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的光照度，控制開啟相應(yīng)數(shù)量的補(bǔ)光燈，以滿足作物生長(zhǎng)的光照要求。另外，還可以根據(jù)作物的特性適當(dāng)延長(zhǎng)光照時(shí)間，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，甚至也可以用來(lái)反季節(jié)培植作物。

多棟光伏大棚中二氧化碳的調(diào)節(jié)：CO2是作物進(jìn)行光合作用的重要原料，適宜的濃度可以使作物活力增強(qiáng)、產(chǎn)量增加，溫室大棚是相對(duì)封閉的環(huán)境，使得對(duì)CO2濃度進(jìn)行控制成為可能。提高CO2濃度是通過(guò)CO2發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的，棚內(nèi)濃度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)控制CO2發(fā)生器工作；濃度過(guò)高時(shí)，則驅(qū)動(dòng)電動(dòng)窗開啟進(jìn)行通風(fēng)。

多棟光伏大棚中土壤含水量的調(diào)節(jié)：在大棚內(nèi)的土壤中設(shè)置土壤水分含量測(cè)定裝置，根據(jù)作物的生長(zhǎng)階段和環(huán)境情況設(shè)計(jì)適合的土壤含水量，當(dāng)土壤中水分低于一定水平時(shí)開啟棚內(nèi)的灌溉設(shè)施，為作物澆水。根據(jù)作物的需要按照提前設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行供水，即節(jié)約了水源又避免作物澇害的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

智能型光伏溫室大棚利用光伏技術(shù)和智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)棚內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境條件的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化，在減輕種植者負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也提高了農(nóng)作物的生產(chǎn)效率。但目前，光伏技術(shù)和智能控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高對(duì)我國(guó)有著重要意義，將溫室大棚透光屋充分利用，作為光伏發(fā)電的建筑基礎(chǔ)，可以節(jié)約大量的土地資源，有助于實(shí)現(xiàn)低成發(fā)電。將多棟光伏大棚的智能控制系統(tǒng)推廣開來(lái)，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)智能發(fā)展、節(jié)約勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)效率有重要意義，這必將成我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

［1］龍澄，張立基于太陽(yáng)能供電的溫室環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（2）：198-200.

［2］光伏溫室大棚若干問(wèn)題的研究［J］.昝錦羽.云南師范大學(xué)，2013，（3）：56-58.

［3］茍鴻婭.太陽(yáng)能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合［J］.河南科技，2014，（19）：45-46.

Intelligent Monitoring of Multiple Photovoltaic Greenhouses

LIU Zhao-ming

（School of Information Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China）

With the lack of resources，photovoltaic technology has gradually been attached great importance，which has beengradually used in agriculture.This paper introduces the intelligent monitoring and control technology of multi building solar greenhouses，summarizes the application of intelligent system in the solar greenhouse in our country at the present stage，and puts forward the future development direction.

photovoltaic；vegetable greenhouse；solar greenhouse；intelligent monitoring

TP273.5

A

2095-980X（2017）01-0097-01

2016-12-13

劉釗銘（1994-），男，黑龍江大慶人，碩士研究生，主要研究方向：農(nóng)業(yè)信息化智能光伏大棚。