[发明专利]一种基于作物生长模式的光伏温室太阳能分配方法及其装置

摘要

一种基于作物生长模式的光伏温室太阳能分配方法，首先建立基于温室作物的光照需求模型、光伏电池等效数学模型和作物冠层的光环境数学模型，建立多参数、多变量、非线性耦合对时间微分方程，通过微分方程的求解实现不同光照强度、光照角度和温度条件下，利用优化算法对光伏温室电池阵列进行设计和调控，实现满足温室作物生长条件下光伏电池最大发电量的太阳能能量合理分配。以及提供一种实现基于作物生长模式的光伏温室太阳能分配方法的装置。本发明提供一种有效实现温室光伏发电和作物生长、能量有效调控的基于作物生长模式的光伏温室太阳能分配方法及其装置。

主权项

1.一种基于作物生长模式的光伏温室太阳能分配方法，其特征在于：所述分配方法包括以下步骤：1）建立基于温室作物的光照需求模型、光伏电池等效数学模型和作物冠层的光环境数学模型，其中，所述光伏电池等效数学模型和基于温室作物的光照需求模型由下列物理模型表示：在温室作物单叶气孔阻力r_s，忽略CO₂浓度的微小影响，采用湿度因素和阻止在设定的叶温度下增加气孔阻力，得出的关系如下：rs=rminf(Is‾)f(Tc)f(Xc-Xa)]]>其中，为单位叶面积的平均短波辐射；T_c单位是℃；x单位是gm^-3；r_min最小气孔阻力最优系数；根据作物生长整个过程的需求，对光伏面板面积a，b值，以及面板个数进行有效的约束；所述作物冠层的光环境数学模型的建立过程：根据不同光伏电池阵列面积、布局和角度等对太阳光直接辐射、散射辐射的影响，并考虑作物生长对辐射影响等因素，基于双向光线跟踪技术，建立光伏电池阵列影响下的室内光环境模型；温室光伏面板影响下的改进双向光线跟踪技术采用整体光照模型表示为:I=kcG+∫sIi′dωi[kdKd(N0·L0)+kmKm(N0·H0)n]+∫sIi′dωiπ[kd′Kd′|(N0·L0)|+ktKt(N0·H0)n]]]>（1）式中，k_cG为传统光线跟踪技术求出的光伏温室内部辐射强度，G为室外太阳辐射强度，k_c为遮挡材料的透光率。如果被光伏面板遮档，则k_c为光伏面板的透光率；如无遮挡，k_c的为温室覆盖材料的透光率；第二项为对光源经镜面反射后形成的所有间接点光源求和；第三项为对光源经规则透射后产生的所有间接点光源求和；I_i'是间接点光源的入射光亮度；K_d为漫反射率;K_d′为漫透射率;k_d为漫反射系数;k_d'为漫透射系数;K_m为镜面反射率;k_m为镜面反射系数;K_t为规则透射率;k_t为规则透射系数;N₀为单位法向量;L₀为单位光线向量;dω_i为入射角的立体角。室外光源假设为理想的点光源，针对电池面板安装对作物冠层的光环境影响进行有效的建模，确定位置比例系数K_i；并利用整体光照明模型计算作物冠层的光照强度和光环境部分，选取作物生长周期内关键时期不同气候条件下太阳直射的关键角度作为模拟的对象；2）建立多参数、多变量、非线性耦合对时间微分方程，通过微分方程的求解实现不同光照强度、光照角度和温度条件下，并结合优化算法对光伏温室电池阵列进行设计和调控，实现满足温室作物生长条件下光伏电池最大发电量的太阳能能量合理分配。