[发明专利]一种高寒环境下的光伏单排棚结构及设计方法

说明书

本发明涉及光伏单排棚技术领域，具体涉及一种高寒环境下的光伏单排棚结构及设计方法。本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种高寒环境下的光伏单排棚可以针对我国青藏高原地区的高寒特点，将光伏发电之后首先存储起来一部分，其余的进行并网输运。存储起来的电能用于棚内温度较低时的能量补充，将此部分电能转化为热能进行提升棚内的温度，解决了上述矛盾问题。一种高寒环境下的光伏单排棚设计方法，用于形成上述的高寒环境下的光伏单排棚结构，包含以下步骤：（1）通过三维建模软件UG建立光伏大棚的三维空间域几何模型，另存为STP格式文件，然后导入到网格划分软件ICEM中。

技术领域

本发明涉及光伏单排棚技术领域，具体涉及一种高寒环境下的光伏单排棚结构及设计方法。

背景技术

现有单排棚光伏大棚在高寒地区应用存在冬季作物生长期长，保温效果不理想的问题，而常规解决保温效果问题往往采用牺牲大棚的透光性，导致作物光照不足需要人工补光，增加了大棚建造成本和种植工艺的复杂性，不适合长期、持久、稳定的作物生长，因此制约了在高寒地区的光伏农业大棚推广，因此需解决高寒环境下的单排棚温度较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种高寒环境下的光伏单排棚可以针对我国青藏高原地区的高寒特点，现有单排棚无法满足冬季作物生长所需的光热环境需求，主要针对冬季冬暖棚的棚内温度较低的问题进行设计，将光伏发电之后首先存储起来一部分，其余的进行并网输运。存储起来的电能用于棚内温度较低时的能量补充，将此部分电能转化为热能进行提升棚内的温度，解决了上述矛盾问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：一种高寒环境下的光伏单排棚结构，包括前立柱、后立柱、拱架、电池组件、逆变器电池包、电热丝，所述前立柱、后立柱设置在地面上，所述前立柱、后立柱顶端设置有电池组件，所述前立柱中上位置设置有拱架，所述前立柱设置有电热丝，所述后立柱设置有逆变器电池包，电池组件与电热丝均与逆变器电池包线路连接。

一种高寒环境下的光伏单排棚设计方法，用于形成上述的高寒环境下的光伏单排棚结构，包含以下步骤：

（1）通过三维建模软件UG建立光伏大棚的三维空间域几何模型，另存为STP格式文件，然后导入到网格划分软件ICEM中；

（2）网格划分尽可能采用结构化六面体进行划分，对光伏大棚外边界附近进行划分边界层网格，第一层网格高度一定要满足y+值为1，并设置相应的边界条件名称；

（3）在大棚内底部空间的电热丝附近网格进行加密，要求使用大小10-30mm大小的网格尺寸进行划分；

（4）将网格导入CFD软件Fluent，根据模型和边界条件进行设置相应的参数。设置空间域材料为空气，设置电热丝发热功率为300-500w/m，大棚外壁面对流换热系数为20-30W/k*m；求解模型主要是湍流模型，采用的湍流模型是 realizable k-e 模型，选择全浮力影响计算浮力对流动的影响；

（5）求解算法采用SIMPLE算法，各子项之间的离散格式采用如下离散格式：梯度的离散采用的是基于节点的格林高斯算法，压力的离散采用PRESTO!算法，湍流项中湍动能和湍流耗散率均采用二阶迎风格式；

（6）设置相应的监测条件，如对棚内地表的温度、空气流速，大棚壁面的热流通量；

（7）设定求解步数10000，迭代次数30，进行求解计算；

（8）后处理，主要是对于监测值进行分析梳理，得到大棚内温度和流速分布等；

（9）根据分析结果对优化几何模型，主要方式包括电热丝的布置位置及发热功率进行优化，最终光伏大棚内的温度分布均匀且大小满足适合植物生长的温度环境要求。