CN108513822A - 一种节能植物培养架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能植物培养架，所述培养架包括植物放置架、平板灯和***驱动电路，还包括采光器和光纤；所述植物放置架包括多层植物放置层；所述平板灯置于除底层外的每层植物放置层的底部，所述***驱动电路置于所述植物放置架的顶层；所述光纤的一端与所述采光器连接，另一端与所述植物放置架的底层连接；在两层植物放置层之间的位置，所述光纤在远离所述植物放置架的外表面上设置有粗糙面。在太阳光充足的时候通过采光器采集太阳光进行照射，在太阳光不足的时候利用LED平板灯进行照射，采用太阳光和LED灯结合的方式，有效降低LED能耗、降低成本、提高光能利用率。
Description
技术领域
本发明涉及植物培养架技术领域，特别涉及一种节能植物培养架。
背景技术
植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，是一种高投入、高精准的生产方式，由于其受自然条件影响小、作物生产周期短、无污染、占地面积小等优点，而代表未来农业的发展方向。植物工厂以节省能源、环境保护、健康无污染为出发点，高生产为目标，因可持续发展的特点，被社会公认为21世纪解决人口、资源、环境问题的主要途径，也是航天领域实现宇航员探索星球时食物自给自足的重要手段。
其工作方式主要是将所培育植株的组织孕育在装有培养液的培养器皿中再置于培养架上，通过人工或自动化控制CO2、温度、培养液、光源等植物生长因素来无土培育植株。其研究的前景主要在于未来可以在荒漠、戈壁、海岛等不可种植的地方进行植株的培育，充分利用土地。目前受成本限制，植物工厂仍没有实际的利用价值。主要成本是温度设置和光源造成的，因此光源是植物工厂实现高生产、低成本的重要部分，普通农作物是吸收太阳能进行生长，既由太阳能转换为生物能，植物工厂种植农作物是利用电能转换为光能从而变为生物能，据估计光源在成本中的占比为15％-20％；同时植物工厂中所采用的光源为多色灯珠混光后的光源，灯珠排列阵列十分简单，造成其混光均匀度差。如果能有效地改善此部分，即降低LED能耗与提高光的利用率，那么这对植物工厂将是一个突破。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种节能植物培养架，在太阳光充足的时候通过采光器采集太阳光进行照射，在太阳光不足的时候利用LED平板灯进行照射，采用太阳光和LED灯结合的方式，有效降低LED能耗、提高光能利用率。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种节能植物培养架，所述培养架包括植物放置架、平板灯和***驱动电路，还包括采光器和光纤；所述植物放置架包括多层植物放置层；所述平板灯置于除底层外的每层植物放置层的底部，所述***驱动电路置于所述植物放置架的顶层；所述光纤的一端与所述采光器连接，另一端与所述植物放置架的底层连接；在两层植物放置层之间的位置，所述光纤在远离所述植物放置架的外表面上设置有粗糙面。
作为优选的技术方案，所述采光器包括镜像焦点重叠式聚光器、圆柱镜反射器、抛物面偏振器和复合抛面聚光器，所述镜像焦点重叠式聚光器与所述圆柱镜反射器连接，所述抛物面偏振器嵌入所述圆柱镜反射器内部，所述复合抛面聚光器黏合在所述抛物面偏振器的下部。由镜像焦点重叠式聚光器、圆柱镜反射器、抛物面偏振器和复合抛面聚光器组成多曲面复合采光器，实现太阳光的采集。
作为优选的技术方案，所述采集器还包括太阳能电池。太阳能电池可将太阳能转化为电能，为采集器供电，多余的电能还能存储起来，用于平板灯的供电。
作为优选的技术方案，在两层植物放置层的中间位置，所述光纤在远离所述植物放置架的外表面上设置有粗糙面。粗糙面可以通过对光纤进行磨砂处理，或者在光纤外表面设置多个凸点或凹点等途径得到。粗糙面会破坏光线在光纤内的全反射，使光线射出。在两层植物放置层的中间位置设置粗糙面，可使光线从两层植物放置层的中间位置射出，植物被光线照射的面积较大。
作为优选的技术方案，所述平板灯为LED灯。
作为优选的技术方案，所述LED灯的灯珠以多个正六边形的阵列排布。正六边形的阵列排布使LED灯照射的光线具有更高的均匀度。
作为优选的技术方案，所述植物放置架设有多个种植位点，所述种植位点为长方形。种植位点用于放置盛放植物的培养器皿，固定培养器皿，防止因晃动而摔碎。
作为优选的技术方案，所述***驱动电路通过脉冲宽度调制对所述平板灯进行光谱调制。通过***驱动电路的调制，使植物接收到最佳光谱照射。
作为优选的技术方案，所述采光器具有自动追踪太阳光的功能。采光器可以外接控制电路，从而实现自动追踪太阳光的功能，根据太阳所在位置计算出采光器的角度，保证太阳光垂直入射至采光器。
作为优选的技术方案，所述植物放置架的底层侧面设置有金属塞，所述光纤通过金属塞与所述植物放置架连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、在太阳光充足的时候，植物培养架可通过采集器采集太阳光，并通过光线传导，充分利用太阳光对植物进行光照。在太阳光不足的时候，通过LED灯照明。利用太阳光和LED灯相结合的形式，有效降低了植物工厂的运行成本，减少了电能消耗。
2、LED灯的灯珠采用多个正六边形的阵列排布，使LED灯照射的光线具有更高的均匀度。
3、太阳能电池可给采光器提供电能，驱动采光器工作，无需外加驱动电路。同时，采光器可外接控制电路，控制采光器自动跟踪太阳光，保证太阳光垂直入射采光器，提高采光效率。
4、LED灯通过***驱动电路对光谱进行调整，以达到最佳光谱照射。
附图说明
图1是本发明实施例中节能植物培养架的整体结构图
图2是本发明实施例中采光器的结构图
图3是本发明实施例中光纤内光线的传播路径图
图4是本发明实施例中平板灯的结构图
图5是本发明实施例中中间层植物放置层的结构图
图6是本发明实施例中底层植物放置层的结构图
附图说明：1：采光器；2：光纤；3：植物放置架；4：平板灯；5：***驱动电路；6：太阳能电池；7：镜像焦点重叠式聚光器；8：圆柱镜反射器；9：抛物面偏振器；10：复合抛面聚光器；11：凸点；12：灯珠；13：种植位点；14：金属塞
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明实施例中提供了一种节能植物培养架，培养架包括植物放置架3、平板灯4和***驱动电路5，还包括采光器1和光纤2；植物放置架3包括多层植物放置层；平板灯4置于除底层外的每层植物放置层的底部，***驱动电路5置于植物放置架的顶层；光纤2的一端与采光器1连接，另一端与植物放置架3的底层连接；在两层植物放置层之间的位置，光纤2在远离植物放置架的外表面上设置有粗糙面。
如图2所示，采光器1包括镜像焦点重叠式聚光器7、圆柱镜反射器8、抛物面偏振器9和复合抛面聚光器10。镜像焦点重叠式聚光器7和圆柱镜反射器8采用塑料粘接胶水连接，抛物面偏振器9采用玻璃胶嵌入在圆柱镜反射器8内部，复合抛面聚光器10用玻璃胶黏合在抛物面偏振器9的下部。复合抛面聚光器10有会聚一定角度范围光线的作用。由镜像焦点重叠式聚光器7、圆柱镜反射器8、抛物面偏振器9和复合抛面聚光器10可组成多曲面复合采光器，实现太阳光的采集。采光器1还包括太阳能电池6。太阳能电池6可将太阳能转化为电能，为采集器1供电，多余的电能还能存储起来，用于平板灯4的供电。
如图3所示，由采集器1采集光线后，传导至光纤2，在光纤2中以全反射的方式传输，对光的损耗非常小。在两层植物放置层的中间位置，光纤2在远离植物放置架的那一侧外表面上设置有粗糙面。粗糙面可以通过对光纤2进行磨砂处理，或者在光纤2外表面设置多个凸点11或凹点等途径得到。粗糙面会破坏光线在光纤2内的全反射，使光线射出。在两层植物放置层的中间位置设置粗糙面，可使光线从两层植物放置层的中间位置射出，植物被光线照射的面积较大。光纤2可以是塑料光纤，由有机玻璃(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和聚碳酸酯(PC)制成。
采光器1具有自动追踪太阳光的功能。采光器1可以外接控制电路，从而实现自动追踪太阳光的功能，根据太阳所在位置计算出采光器1的角度，保证太阳光垂直入射至采光器1。
如图4所示，平板灯4可以是LED直下式平板灯，LED灯的灯珠以多个正六边形的阵列排布。正六边形的阵列排布使LED灯照射的光线具有更高的均匀度。平板灯4通过导热胶贴附于除底层以外的植物放置层的底部，为植物生长提供光照。导热胶是高端的导热化合物，不会固体化、不会导电，可以避免电路短路等风险。每个正六边形的灯珠由红绿蓝三基色LED灯珠组成。
***驱动电路5给平板灯4提供电能，***驱动电路焊接在铝基板上，铝基板通过导热胶粘贴在植物放置架3的顶层，顶层不放置植物。各层的平板灯4外接线路至***驱动电路5。***驱动电路5通过脉冲宽度调制对平板灯4进行光谱调制。通过***驱动电路5的调制，使植物接收到最佳光谱照射。
如图5所示，除顶层外，植物放置架3设有多个种植位点13，种植位点13可以是长方形。种植位点13用于放置盛放植物的培养器皿，固定培养器皿，防止因晃动而摔碎。
如图6所示，植物放置架3的底层侧面设置有金属塞14。光纤2的一端用玻璃胶与复合抛面聚光器10连接，另一端用导热胶与金属塞14拼合。
综上所述，本发明通过设置采光器和光纤，在太阳光充足的情况下，利用采光器采集太阳光为植物提供光照，有效地提高光能利用率。在太阳光不足的情况下，利用LED灯为植物提供光能。两者结合使用，可有效降低电能消耗，降低成本，提高光能利用率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种节能植物培养架，所述培养架包括植物放置架、平板灯和***驱动电路，其特征在于，还包括采光器和光纤；所述植物放置架包括多层植物放置层；所述平板灯置于除底层外的每层植物放置层的底部，所述***驱动电路置于所述植物放置架的顶层；所述光纤的一端与所述采光器连接，另一端与所述植物放置架的底层连接；在两层植物放置层之间的位置，所述光纤在远离所述植物放置架的外表面上设置有粗糙面。
2.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述采光器包括镜像焦点重叠式聚光器、圆柱镜反射器、抛物面偏振器和复合抛面聚光器，所述镜像焦点重叠式聚光器与所述圆柱镜反射器连接，所述抛物面偏振器嵌入所述圆柱镜反射器内部，所述复合抛面聚光器黏合在所述抛物面偏振器的下部。
3.根据权利要求2所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述采光器还包括太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，在两层植物放置层的中间位置，所述光纤在远离所述植物放置架的外表面上设置有粗糙面。
5.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述平板灯为LED灯。
6.根据权利要求5所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述LED灯的灯珠以多个正六边形的阵列排布。
7.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述植物放置架设有多个种植位点，所述种植位点为长方形。
8.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述***驱动电路通过脉冲宽度调制对所述平板灯进行光谱调制。
9.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述采光器具有自动追踪太阳光的功能。
10.根据权利要求1所述的一种节能植物培养架，其特征在于，所述植物放置架的底层侧面设置有金属塞，所述光纤通过金属塞与所述植物放置架连接。
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