一种农业日光传输照明系统和配套的温室以及照明方法技术方案

本发明专利技术涉及园艺栽培领域，具体涉及一种在温室或植物工厂应用的日光照明系统。本发明专利技术通过控制器、聚光镜、主驱动机构和照射器组合，将日光转换成照射方向稳定，光强可控的光照，适合高密度立体栽培架的照明需求。本发明专利技术还涉及配套的温室，外立面或顶部有通光孔，本发明专利技术日光照明系统的主光轴通过该通光孔。本发明专利技术还涉及配套的照明方法，以较少的步骤获得较好的照明效果。

【技术实现步骤摘要】
一种农业日光传输照明系统和配套的温室以及照明方法
本专利技术涉及园艺栽培领域，具体涉及一种在温室或植物工厂一体化安装的利用日光进行照明和补光的系统，和所述系统配套的温室以及照明方法。
技术介绍
现代农业发展的方向是设施农业，设施农业的发展方向是可以对农作物进行精确生长环境调控的植物工厂。农作物生长必需的水、空气、养分、温度和湿度这几方面，现有调控技术都很成熟，只有光照调控比较困难，是农业技术发展的瓶颈。为达到单位土地面积的更高利用，栽培方式趋向立体栽培的方向发展。现代温室普遍设置立体栽培架，进行垂直栽培，使单位土地面积上的栽培面积增加，以增加产量。比如立柱式栽培、A字架栽培、滚筒式栽培等。高密度立体栽培的定义是有别于露地栽培和温室中主流的平面栽培，高密度立体栽培的栽培架是立体设置的，栽培面积如果平铺于平面应该明显大于平面面积。然而在直接利用日光照明的温室里，如此设计只有栽培架最上层的栽培物能接受到足够日光，栽培架下层会受到上层和相邻栽培架的遮蔽，并且太阳的东升西落，日光角度的时刻变化，也会引起立体栽培架不同位置不同时间光照强弱变化的问题。并且温室内的立柱和支架也会遮挡日光，投下阴影，造成温室内部分区域光照不足的情况。为减少立体栽培架遮挡光照问题，一般要把立体栽培架之间的隔开较大距离，因此降低了栽培密度，难以实现高密度立体栽培。为解决以上问题，有技术方案使用人工光源来代替日光来照明的方法，比如在栽培番茄的连栋玻璃温室中，垂直攀爬生长的无限生长型番茄植株冠层下层的叶片受上层叶片的遮蔽，很难获得足够的日光，即使在使用农用钠灯进行补光时，设置在温室顶部的农用钠灯依然难以照射到冠层下层的叶片，因此部分冠层下层的健康叶片会被摘除。因此有荷兰的科研人员在番茄冠层中下层设置led补光装置的报道，后来国内的连栋玻璃温室经营者也尝试同样的补光方式，获得了更高的产量。为解决农作物高密度立体栽培的难题，近年出现了全人工光型植物工厂，又叫垂直农场，如美国的航空农场公司（AeroFarms）和我国的中科三安植物工厂。设置有多层栽培架，每层中都通过人工光源照明，达到了高密度立体栽培的效果。但据报道即使是栽培需要光照低的生菜，使用较节能的红蓝led光源，每平米栽培面积照明需要近100W的耗电功率，每亩栽培面积照明需要66千瓦的耗电功率，因此过高的能耗提高了栽培成本，限制了全人工光植物工厂的发展。日光是地球上最直接也最有效的免费光源，日光也是地球上化石能源和风能水能的能源的源头，因此其他技术团队也在以不同的技术方案尝试解决日光照明下高密度立体栽培的问题。有的技术方案是设计出可以运动的栽培架来跟踪日光运动。国内专利技术专利申请号201410788355.1公开的一种自动追日式多层立体草莓栽培系统，通过电机驱动栽培架跟随日光转动以获得稳定照明。存在的问题是栽培架自身重量较大，因此电机的能耗也较高。新加坡的绿色天空农场公司（skygreens）公司，蔬菜的栽培槽在由水利驱动上下循环的栽培架上，让每一层蔬菜都依次地提升到日光充足的温室顶部接受日光照明，又依次地下降到底部的水槽中吸收水分。这种栽培方式，栽培密度比连栋玻璃温室大很多倍，属于高密度立体栽培，蔬菜产量也比连栋玻璃温室高。存在的问题是水力驱动装置运转速度慢，每层栽培槽的蔬菜接受足够强度的日光照明时间较短，处于照明不足的栽培架中下层的时间较长，蔬菜生长速度比单层栽培的连栋玻璃温室慢。虽然栽培密度是连栋玻璃温室的多倍，但产量没有多倍的提高，还是受限于照明不足的问题。我国的中环易达公司开发了一套移动式多层立体轨道栽培系统，蔬菜栽培槽在多层立体轨道上移动，改善一般连栋温室中立体栽培架不同位置日光照明强弱不同引起蔬菜生长快慢不同的问题。近年国内农博会还展示一种设计是栽培槽悬挂在轨道上，轨道依次把栽培槽输送到光照强的区域，又输送回光照暗的区域。在栽培密度接近的情况下，这两种形式在日光照明的效果与新加坡的绿色天空农场相似。在检索本领域相关专利技术的时候，发现本领域一些运用光纤技术和光导管技术的方案。国内技术专利申请号201520431694.4和国内专利技术专利申请号201710905698.5，两个技术方案都是使用光导管作为光的中间传输介质。存在的问题是光导管传输中光损耗较大，光导管越长，直径越小，反射的次数越多损耗越大。比如反射率0.95的光导管，经过10次的内部反射后光能损耗超过40%，加上采光罩的损耗，连接处损耗，漫射器损耗，光能综合损耗过大。国内技术专利申请号201120361809.9和国内专利技术专利申请号201110121985.X的技术方案，都是使用光纤束作为光的中间传输介质，其中光耦合器，光纤传输，分光器，出光灯具都会引起光损耗，也存在光能损耗大的问题。并且光纤对不同光谱的透过率不同，特别对紫外线和红外线有较大的屏蔽作用，而紫外线和红外线对植物生长有利。光导管照明技术和光纤导入照明技术，在居住建筑和公共建筑的照明应用较多，晴天直射日光光照强度可以达到6万至10万lx，而根据我国《建筑照明设计标准》，居住建筑关照强度只需要30lx至300lx，公共建筑在50lx至500lx，日光的光照强度是建筑照明需求的上百倍到几千倍强度。因此光导管照明技术和光纤导入照明技术光能传播虽然损耗较大，也能满足一般建筑照明需求。但是植物生长所需的光照强度比生活所需光照强度高很多倍，比如生菜光补偿点接近3000lx，光饱和点70000lx，低于3000lx光照强度生菜就会枯萎，人工光植物工厂栽培生菜照明也在10000lx以上才能满足正常生长所需。现有技术中能解决一般建筑照明的方案无法满足农业照明的需求。因此采光效率低，光能传播过程损耗较大的光导管技术和光纤导入照明技术在植物栽培方面应用比较困难。连栋玻璃温室和塑料大棚日光照明还有其他问题，固定建设的温室和大棚采光面是固定的，不能在太阳的东升西落中保持适宜的采光角度。温室和大棚在中午时光照过强容易引起光抑制现象，中午温室内温度过高，易引起植物高温障碍，需要进行遮光和散热，因此玻璃温室要设置遮光帘，大棚通过拨泥水在大棚膜上降低入射的光照强度。因此现在的玻璃温室和大棚，也浪费了很多日光资源，对日光的利用率较低。因此需要一种采光效果好，光传输损耗少，照明光照强度能满足植物正常生长所需的日光照明系统，并且该系统还应该能满足高密度立体栽培的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是日光照明难以实现高密度立体栽培的问题，为解决该问题本专利技术提供一种农业日光传输照明系统，还有提供与所述系统配套的温室和照明方法。本专利技术的一种农业日光传输照明系统，包括：控制器、聚光镜、主驱动机构、照射器;在控制器的控制下，聚光镜由主驱动机构驱动跟踪太阳，反射和/或折射日光到照射器，照射器对被照物进行照明。农业设施的固定设置的立体栽培架，难以设计出在太阳照射角度不断变化的情况下不同位置栽培的蔬菜依然获得稳定照明的结构。如果设计成栽培装置跟随日光运动的方案，会带来运动装置复杂，运动的重量负荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种农业日光传输照明系统，其特征在于，包括：控制器、聚光镜、主驱动机构、照射器;在控制器的控制下，聚光镜由主驱动机构驱动跟踪太阳，反射和/或折射日光到照射器，照射器对被照物进行照明。/n

【技术特征摘要】
1.一种农业日光传输照明系统，其特征在于，包括：控制器、聚光镜、主驱动机构、照射器;在控制器的控制下，聚光镜由主驱动机构驱动跟踪太阳，反射和/或折射日光到照射器，照射器对被照物进行照明。


2.根据权利要求1所述的一种农业日光传输照明系统，其特征在于：所述照射器是反射镜、透射镜、导光板或其组合，照射器对微藻或植物进行照明。


3.根据权利要求1或2所述的一种农业日光传输照明系统，其特征在于：所述聚光镜和所述照射器之间光路上，设置一个以上的导光镜，所述导光镜体形状是平板形、弧形板形、轮形、棱锥形、棱柱形、风车形、风扇叶形，反射面为平面或曲面，所述导光镜和\或所述照射镜是固定安装或在次级驱动机构带动下运动。


4.根据权利要求1或2所述的一种农业日光传输照明系统，其特征在于：还应设置补光灯，补光灯包括驱动电路、光源，所述驱动电路输出脉冲电流驱动光源闪烁发光。


5.根据权利要求3所述的一种农业日光传输照明系统，其特征在于：在所述次级驱动机构带动下运动的导光镜或照射器前还应设置补光灯，所述补光灯包括驱动电路、聚光灯罩、光源，所述补光灯发出光束经过运动的导光镜和\或运动的照射器对被照物进行扫描式照明。


6.根据权利要求1或2所述的一种农业日光传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁廷山，
申请(专利权)人：广州清凉农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44