[发明专利]一种农业日光传输照明系统和配套的温室以及照明方法

说明书

本发明涉及园艺栽培领域，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。本发明还涉及配套的温室，外立面或顶部有通光孔，本发明日光照明系统的主光轴通过该通光孔。本发明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。

技术领域

本发明涉及园艺栽培领域，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。

背景技术

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。

国内发明专利申请号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。