一種大棚用碳纖維補光裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大棚用碳纖維補光裝置。本實用新型針對目前蔬菜種植溫室大棚內(nèi)的補光不足和光線波段匹配性不高以及光線補充過程中溫度穩(wěn)定性保證問題，提供了一種柔性碳纖維為補光光源，在柔性碳纖維長絲中引入金屬長絲纖維進行混雜編織，根據(jù)發(fā)光功率要求設(shè)計混雜纖維的編織比例及線型，制備出具有匹配波段光線發(fā)射的適宜發(fā)光編織帶，利用該編織帶制備的碳纖維補光裝置，同時可通過碳纖維長絲的紅外特性發(fā)射一定波段紅外線，使得本實用新型的碳纖維補光裝置同時兼?zhèn)涔饩€補充和紅外加熱的雙重功能；此外，補光裝置在編織帶的電氣連接端配合綠色供電系統(tǒng)和射線發(fā)射裝置，又可有效保證棚內(nèi)光源和溫度的高效利用。
【專利說明】
一種大棚用碳纖維補光裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于農(nóng)業(yè)栽培的輔助光照設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種大棚用碳纖維補光裝置，特別涉及一種利用太陽能或風能供電的、具有匹配波段光線和適宜波段紅外線發(fā)射的、金屬纖維與碳纖維混雜編織的柔性帶狀、配合反射系統(tǒng)的大棚用碳纖維補光裝置，利用該補光裝置可實現(xiàn)符合作物光合作用的波段區(qū)間的適宜光線補充并有效發(fā)射具有適宜熱效應(yīng)的紅外線，同時保證大棚內(nèi)作物的光線和溫度穩(wěn)定，使作物生長的光合作用充分保證。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)資源尤其是蔬菜資源的短缺和生產(chǎn)環(huán)境的惡化是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸環(huán)節(jié)，而溫室蔬菜大棚是建設(shè)良好農(nóng)業(yè)資源、擴大農(nóng)作物產(chǎn)量的重要手段，利用大棚進行蔬菜作物的種植可以顯著減少耕地使用面積、降低水資源、化學藥物和藥劑的使用量，降低單位產(chǎn)出的能源消耗量，能夠全面提高蔬菜生產(chǎn)的使用效率。大棚蔬菜充分利用自然環(huán)境和植物潛能，具有較高的市場競爭力和抵御市場風險的能力，是蔬菜種植業(yè)中效益高的產(chǎn)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中的新型產(chǎn)業(yè)。發(fā)展大棚蔬菜有利于保證和豐富“菜籃子”供應(yīng)，不斷改善民生、保障人民群眾的生活健康。但是，大多數(shù)蔬菜大棚需要較強的光照條件，受自然條件的限制，現(xiàn)在溫室大棚種植蔬菜作物生長的部分條件，如溫度和水分等基本可以滿足，而植物賴以進行光合作用的二氧化碳和光能等物質(zhì)，收到透光膜或玻璃的過濾和隔離，很難達到棚內(nèi)蔬菜作物正常生長的需要，尤其是冬季、光照較弱，大棚蔬菜光照不足是普遍存在的問題。光照不足，不僅不能進行較為旺盛的光合作用，而且蒸騰作用也隨之降低，蔬菜植株生長纖弱，影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。
[0003]為了解決光照不充分的問題，目前溫室大棚普遍使用了LED燈作為蔬菜作物的補光光源，如CN103238481A公開了一種溫室大棚太陽能補光系統(tǒng)裝置，通過太陽能電池板以及控制電路與LED發(fā)光燈相接，實現(xiàn)大棚內(nèi)的補光需要。然而，由于人工的LED光源的光譜不可能像太陽能光譜那樣連續(xù)，而蔬菜作物的光合作用的光譜屬于連續(xù)光譜，每種光譜的光合作用中都起到一定作用，同時適宜植物生長的光合作用需要的光照度具有一定的波段依賴性，如果波段與植物作物不匹配，必然帶來補光效率的降低，同時也會打亂蔬菜作物的生長生理規(guī)律，影響作物生長，采用LED對蔬菜大棚內(nèi)作物進行補光的成本較高，效果不理想。因此，如何解決人工補光不理想和反季節(jié)溫室大棚蔬菜弱光癥等問題，成為蔬菜溫室大棚種植領(lǐng)域亟待解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型針對目前蔬菜種植溫室大棚內(nèi)的補光不足和光線波段匹配性不高，以及光線補充過程中溫度穩(wěn)定性保證等問題，提供了一種柔性碳纖維為補光發(fā)光光源，在柔性碳纖維長絲補光光源中引入了發(fā)光金屬長絲纖維，將兩種纖維進行混雜編織，根據(jù)發(fā)光功率要求設(shè)計混雜纖維的編織比例及線型，可制備出具有匹配波段光線發(fā)射的適宜發(fā)光編織帶，利用該編織帶制備的碳纖維補光裝置，同時又可通過碳纖維長絲的紅外特性發(fā)射一定波段紅外線，使得本實用新型涉及的碳纖維蔬菜補光器同時兼?zhèn)涔饩€補充和紅外加熱的雙重功能，利用該補光器可保證蔬菜大棚內(nèi)頂部及側(cè)壁的均勻補光，以保證棚內(nèi)蔬菜光線充足而穩(wěn)定蔬菜作物光合作用的進行和保持棚內(nèi)環(huán)境的溫度穩(wěn)定性。此外，該補光器在柔性編織帶的電氣連接端配合綠色供電系統(tǒng)和射線發(fā)射裝置，又可有效保證棚內(nèi)光源和溫度的高效利用。
[0005]具體的，本實用新型涉及以下技術(shù)方案:
[0006]首先，本實用新型涉及一種大棚用碳纖維補光裝置，包括碳纖維混雜編織帶光源和與之連接的供電設(shè)備，所述碳纖維混雜編織帶光源由碳纖維和金屬纖維兩種纖維采用多股編織的形式構(gòu)成帶狀發(fā)光光源，編織股數(shù)和單股纖維的單絲數(shù)根據(jù)所需補光光線的波段分布特性進行調(diào)整。
[0007]碳纖維在通電過程中可以發(fā)光，同時發(fā)出紅外波段，而同時金屬纖維也起到發(fā)光的作用，由于通電后金屬纖維和碳纖維內(nèi)部各自的分子振動結(jié)構(gòu)不同發(fā)射不同波段的電磁波實現(xiàn)發(fā)光，通過調(diào)整碳纖維與金屬纖維的混雜比例及線型，即可制備出可發(fā)射適宜光合作用的 400-500nm、600-700nm、700-750nm 多波段光線。
[0008]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的碳纖維混雜編織帶光源中所用的碳纖維，選自T300、丁700、了800、]\1140、]\1160碳纖維中的一種，所用的纖維束可包括11(、31(、61(、121(。
[0009]所述的碳纖維混雜編織帶光源中所用的金屬纖維，可選用鎢纖維絲、鉬纖維絲、不銹鋼超細纖維中的任意一種，可選用單絲直徑為5-20微米的超細纖維束，束中單絲為5-20K之間靈活調(diào)整，亦可選用直徑為0.1-0.5_之間調(diào)整的粗纖維。
[0010]所述的碳纖維混雜編織帶光源中，碳纖維和金屬纖維的混雜與帶狀光源編織同步進行，所用的兩種纖維的混雜比例根據(jù)光源的波段分布特性靈活調(diào)整，混雜編織后的光源編織帶可任意剪裁、彎折或卷繞，為連續(xù)長度，編織帶最終為矩形截面，厚度為0.2-2_之間調(diào)整，寬度為5-20mm之間調(diào)整。
[0011]所述的碳纖維混雜編織帶光源，其棚內(nèi)布置可根據(jù)蔬菜大棚的頂部及側(cè)壁形狀進行靈活布置，柔性混雜纖維編織帶可采用S形、直線形、U形、圓形等任意排布方式，編織帶的排布覆蓋面積為蔬菜大棚頂部及側(cè)壁總面積的20-50%之間靈活調(diào)整。
[0012]所述的碳纖維混雜編織帶光源，通過電氣接頭設(shè)計，將編織帶光源中的不同單股線根據(jù)光源波段要求與不同功率的供電設(shè)備配制連接，功率配制根據(jù)發(fā)光光譜特性靈活調(diào)整，編織帶股線的接線端采用并聯(lián)方式連接，在接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)以保證端頭具有較低的接觸電阻和連接緊密性。
[0013]更為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的碳纖維補光裝置的供電設(shè)備，采用綠色供電及儲能系統(tǒng)，具體的，采用太陽能極板或風力發(fā)電機作為補光裝置的供電設(shè)備;其中太陽能極板可采用單晶硅或多晶硅兩種類型，風力發(fā)電機可采用水平軸或垂直軸結(jié)構(gòu)，其中太陽能極板的面積以及風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)根據(jù)補光功率要求靈活調(diào)整，供電設(shè)備中包含蓄電池等儲能裝置，以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0014]進一步的，本實用新型所述大棚用碳纖維補光裝置，包括碳纖維混雜編織帶光源和與之連接的供電設(shè)備外，還包括用于對光源發(fā)出光反射的補光燈反射罩。
[0015]優(yōu)選的，所述的補光燈反射罩的外型根據(jù)碳纖維混雜編織帶光源的布置分布形狀，可選用半球形、半圓筒形、整體平板形、百葉窗形配制方式，反射罩所用的材質(zhì)為不銹鋼、鋁合金、鏡面玻璃中的一種，反射罩的反射率不低于0.9。
[0016]采用本實用新型所述補光裝置，取得了以下有益效果:
[0017](I)本實用新型采用碳纖維與金屬纖維混雜編織成編織帶光源，可以根據(jù)蔬菜作物光合作用對光源波段分布特性的要求，靈活調(diào)整碳纖維與金屬纖維的混雜比例，制備出可發(fā)射適宜光合作用的400-500nm、600-700nm、700-750nm多波段光線和具有熱效應(yīng)的2-15μπι波段遠紅外線的特殊波譜要求的有益射線。
[0018](2)本實用新型在柔性編織帶光源外部配置高反射率反射裝置，根據(jù)光源分布狀態(tài)配制的反射罩可將背面光線有效反射達到蔬菜作物的輻照區(qū)域，反射面積可達50-60%以上。
[0019](3)本實用新型采用綠色供電及儲能系統(tǒng)的配置，有效保證夜間無陽光環(huán)境下的補光器正常工作。
[0020]本實用新型所述補光裝置的使用，優(yōu)化了能源利用和分配方式，可以有效的解決補光不足和光線波段匹配性不高以及光線補充過程中溫度穩(wěn)定性保證問題，有效的供給果蔬、作物等所需補光條件，能夠充分滿足溫室大棚補光的需要。
【附圖說明】
[0021]圖1是碳纖維混雜編織帶光源的結(jié)構(gòu)示意圖，編織帶光源由金屬纖維I和碳纖維2經(jīng)過多股編織制備而成。
[0022]圖2是碳纖維補光裝置的整體配置示意圖，碳纖維混雜編織帶光源3的背面布置補光燈反射罩4，同時電氣接頭通過彈簧壓片5緊密壓接，整體采用并聯(lián)形式與太陽能極板或風電供能設(shè)備6連接并配制儲能蓄電池7。
【具體實施方式】
[0023]本實用新型涉及一種利用太陽能或風能供電的、具有匹配波段光線和適宜波段紅外線發(fā)射的柔性編織帶狀的、配合反射系統(tǒng)的蔬菜大棚碳纖維補光器，下面結(jié)合實施例進一步說明。
[0024]實施例1
[0025](I)碳纖維混雜編織帶光源的制備。采用6股IK規(guī)格Τ300碳纖維與16股單絲直徑為5微米的1K鎢纖維絲進行混雜，編織矩形截面的厚度為0.2mm、寬度為1mm的編織帶，光源編織帶可任意剪裁、彎折或卷繞，為連續(xù)長度。
[0026](2)編織帶光源的棚內(nèi)布置及電氣接頭設(shè)計。選用材質(zhì)為不銹鋼的半圓筒形補光燈反射罩，反射罩的反射率不低于0.9。在反射罩外布置S形的編織帶光源，編織帶的排布覆蓋面積為蔬菜大棚頂部及側(cè)壁總面積的50%。編織帶股線的接線端采用并聯(lián)方式連接，在接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)以保證端頭較低的接觸電阻和連接緊密性。
[0027](3)綠色供電及儲能系統(tǒng)的配置。采用面積為5m2的單晶硅太陽能極板作為蔬菜大棚碳纖維補光器的供電裝置，發(fā)電功率為5KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0028]最終的碳纖維長補光裝置，可發(fā)射出適宜光合作用的400-500nm、600-700nm、700-750nm多波段光線和具有熱效應(yīng)的2-15μπι波段遠紅外線的特殊波譜要求的有益射線，其中電-光及電熱輻射的總轉(zhuǎn)換效率在95%以上。
[0029]實施例2
[0030](I)碳纖維混雜編織帶光源的制備。采用7股3K規(guī)格T700碳纖維與12股單絲直徑為8微米的12Κ鉬纖維絲進行混雜，編織矩形截面的厚度為0.7mm、寬度為12mm的編織帶，光源編織帶可任意剪裁、彎折或卷繞，為連續(xù)長度。
[0031](2)編織帶光源的棚內(nèi)布置及電氣接頭設(shè)計。選用材質(zhì)為鋁合金的半球形補光燈反射罩，反射罩的反射率不低于0.9。在反射罩外布置圓形的編織帶光源，編織帶的排布覆蓋面積為蔬菜大棚頂部及側(cè)壁總面積的50%。編織帶股線的接線端采用并聯(lián)方式連接，在接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)以保證端頭較低的接觸電阻和連接緊密性。
[0032](3)綠色供電及儲能系統(tǒng)的配置。采用面積為4m2的多晶硅太陽能極板作為蔬菜大棚碳纖維補光器的供電裝置，發(fā)電功率為3KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0033]最終的碳纖維長補光裝置，可發(fā)射出適宜光合作用的600-700nm和700-750nm波段光線和具有熱效應(yīng)的2-15μπι波段遠紅外線的特殊波譜要求的有益射線，其中電-光及電熱輻射的總轉(zhuǎn)換效率在95%以上。
[0034]實施例3
[0035](I)碳纖維混雜編織帶光源的制備。采用8股6Κ規(guī)格Τ800碳纖維與18股單絲直徑為10微米的1K不銹鋼超細纖維進行混雜，編織矩形截面的厚度為0.9_、寬度為15mm的編織帶，光源編織帶可任意剪裁、彎折或卷繞，為連續(xù)長度。
[0036](2)編織帶光源的棚內(nèi)布置及電氣接頭設(shè)計。選用材質(zhì)為不銹鋼的整體平板形補光燈反射罩，反射罩的反射率不低于0.9。在反射罩外布置S形編織帶光源，編織帶的排布覆蓋面積為蔬菜大棚頂部及側(cè)壁總面積的40%。編織帶股線的接線端采用并聯(lián)方式連接，在接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)以保證端頭較低的接觸電阻和連接緊密性。
[0037](3)綠色供電及儲能系統(tǒng)的配置。采用垂直軸結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機作為蔬菜大棚碳纖維補光器的供電裝置，發(fā)電功率為5KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0038]該碳纖維長補光裝置，可發(fā)射出適宜光合作用的400-500nm、600-700nm、700-750nm多波段光線和具有熱效應(yīng)的2-15μπι波段遠紅外線的特殊波譜要求的有益射線，其中電-光及電熱輻射的總轉(zhuǎn)換效率在93%以上。
[0039]實施例4
[0040](I)碳纖維混雜編織帶光源的制備。采用10股6Κ規(guī)格MJ40碳纖維與16股單絲直徑為0.1mm的粗鎢纖維絲進行混雜，編織矩形截面的厚度為1mm、寬度為20mm的編織帶，光源編織帶可任意剪裁、彎折或卷繞，為連續(xù)長度。
[0041](2)編織帶光源的棚內(nèi)布置及電氣接頭設(shè)計。選用材質(zhì)為鋁合金的百葉窗形的補光燈反射罩，反射罩的反射率不低于0.9。在反射罩外布置S形編織帶光源，編織帶的排布覆蓋面積為蔬菜大棚頂部及側(cè)壁總面積的50%。編織帶股線的接線端采用并聯(lián)方式連接，在接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)以保證端頭較低的接觸電阻和連接緊密性。
[0042](3)綠色供電及儲能系統(tǒng)的配置。采用水平軸結(jié)構(gòu)風力發(fā)電機作為蔬菜大棚碳纖維補光器的供電設(shè)備，發(fā)電功率為2KW，供電裝置配合蓄電池以保證穩(wěn)定夜間供電。
[0043]最終的碳纖維長補光裝置，可發(fā)射出適宜光合作用的600-700nm、700-750nm多波段光線和具有熱效應(yīng)的2_15μπι波段遠紅外線的特殊波譜要求的有益射線，其中電-光及電熱輻射的總轉(zhuǎn)換效率在94%以上。
[0044]應(yīng)注意的是，以上實例僅用于說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其進行限制。盡管參照所給出的實例對本實用新型進行了詳細說明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可根據(jù)需要對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，包括碳纖維混雜編織帶光源和與之連接的供電設(shè)備，所述碳纖維混雜編織帶光源由碳纖維和金屬纖維兩種纖維采用多股編織的形式構(gòu)成帶狀發(fā)光光源，編織股數(shù)和單股纖維的單絲數(shù)根據(jù)所需補光光線的波段分布特性進行調(diào)整。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，所述的碳纖維混雜編織帶光源中所用的碳纖維，選自T300、T700、T800、MJ40、MJ60碳纖維中的一種，所用的纖維束選自1K、3K、6K、12K中的一種;所述的碳纖維混雜編織帶光源中所用的金屬纖維，選用鎢纖維絲、鉬纖維絲、不銹鋼超細纖維中的任意一種，選用單絲直徑為5-20微米的超細纖維束，束中單絲為5-20Κ，或選用直徑為0.1-0.5mm的粗纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，所述的碳纖維混雜編織帶光源，在棚內(nèi)可采用S形、直線形、U形、圓形排布方式，編織帶的排布覆蓋面積為蔬菜大棚頂部及側(cè)壁總面積的20-50%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，所述的碳纖維混雜編織帶光源，通過電氣接頭設(shè)計，將編織帶光源中的不同單股線根據(jù)光源波段要求與不同功率的供電設(shè)備配制連接，功率配制根據(jù)發(fā)光光譜特性調(diào)整，編織帶股線的接線端采用并聯(lián)方式連接，在接線端采用彈簧壓片式結(jié)構(gòu)以保證端頭具有較低的接觸電阻和連接緊密性。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，所述的碳纖維補光裝置的供電設(shè)備，采用太陽能極板或風力發(fā)電機作為補光裝置的供電設(shè)備，其中太陽能極板采用單晶硅或多晶硅，風力發(fā)電機采用水平軸或垂直軸結(jié)構(gòu)，太陽能極板的面積以及風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)根據(jù)補光功率要求調(diào)整，供電設(shè)備中包含儲能裝置，以保證穩(wěn)定夜間供電。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，還包括用于對光源發(fā)出光反射的補光燈反射罩。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大棚用碳纖維補光裝置，其特征在于，所述的補光燈反射罩的外型根據(jù)碳纖維混雜編織帶光源的布置分布形狀，選用半球形、半圓筒形、整體平板形、百葉窗形配制方式，反射罩所用的材質(zhì)為不銹鋼、鋁合金、鏡面玻璃中的一種，反射罩的反射率不低于0.9。
【文檔編號】F21S4/24GK205664177SQ201620310724
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】朱波, 曹偉偉, 喬琨
【申請人】山東大學