基于作物最佳光合效率下光伏温室系统“源-储-荷”协同机理与调控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51867022
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    42.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0706.电力电子学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project is proposing an off-grid photovoltaic greenhouse system (PVGS) with lighting device, water pump system, irrigation equipment, cooling facilities, heating pump system and storage battery powered by photovoltaic modules on the roof of greenhouse, since the PVGS is the distributed form of photovoltaic power station of targeted poverty alleviation and it can realize the efficient combination of photovoltaic utilization and agricultural facilities. The project will carry out the research of cooperation mechanism and coordinated control of PVGS based on the optimum photosynthetic efficiency of crops. At First, the solar radiance and temperature distribution of greenhouse inside is calculated by the model with the different layout of solar cells modules, at the same time the model of photosynthetic efficiency of the crops under the different conditions of the environment of the greenhouse is deduced by the mathematic models of multiple regression and artificial intelligence. According to the models deduced above, the coordinate mechanism of the optimal photosynthetic efficiency of crops and photovoltaic maximum power point tracking (MPPT) is present under the optimized distribution of solar modules on the roof of the greenhouse. Second, the flexible coupling system models of PVGS are proposed by analyzing the influence from loads of demand side in the time and space, which is deduced according to the conditions of the optimum photosynthetic efficiency of the crops in the greenhouse. In addition, the energy capacity ratio between the energy storage and the crops demands of realizing optimum photosynthetic efficiency during the different growth period is considered. Therefore, based on the conditions of the optimum photosynthetic efficiency of the crops, this project proposes the models that how to meet the demands of energy coordinate and management among the greenhouse system of photovoltaic modules and energy storage and loads. At last, the quality and quantity of the crops in the PVGS are contrast with the same conditions of the greenhouse without photovoltaic system, and then the growth law of crops in different period is revealed in study of coordinate rules of PVGS, in order to understand the mechanism of energy supply and utilization better for the crops of PVGS. The research provides the theoretical foundation for high-efficiency facility agriculture combined with solar energy utilization, which is in accordance with the plan of China’s targeted poverty alleviation and new energy development.
光伏温室大棚作为光伏扶贫电站的分布式形式,可实现光伏利用与农业设施的高效结合,符合我国精准扶贫发展规划。本项目以独立光伏温室为研究对象,开展光伏组件布局对温室环境因子影响,探究环境因子为变量下作物叶片光合生理特性,提出温室作物最佳光合效率相适应的光伏组件布局及最大输出功率耦合模型与调控方法;深入分析温室负荷响应机理,研究引入需求侧响应对光伏系统输出功率波动的影响规律,构建基于作物最佳光合效率条件下光伏系统功率输出与负荷响应在时间尺度与空间尺度的耦合模型;研究设施作物在不同生长时期最佳光合效率所需能量与储能系统容量配比,实现基于温室作物最佳光合效率调控下的系统“源-储-荷”协调控制与能量管理。通过对所选择作物产量及果实品质展开研究,揭示系统能量调控耦合机制对作物不同生长阶段的作用规律,获得与生长条件相适应的用能与供能机理。项目的完成为太阳能光伏与农业设施的高效结合提供理论基础。

结项摘要

本项目以离网光伏温室为研究对象,以实现温室作物草莓叶片最佳光合效率为目标,开展了光伏发电系统,温室负载需求以及蓄电池储能系统三者之间的协同与耦合调控研究。通过将系统能量与设施作物对环境因子最优需求进行耦合,提高了离网光伏温室系统能量利用率以及温室作物的品质。具体研究内容包括:1)光伏组件布局对温室内辐照度,温度场随时间尺度及空间尺度变化,获得光伏组件影响下的温室作物最佳点和光饱和点的光合有效辐射,分析温室环境因子对光伏组件输出特性,为离网发电光伏系统最大功率与平抑波动协同调控提供理论基础。2)基于作物最佳光合效率的负载耦合调控策略,通过引入需求侧响应研究光伏发电系统功率输出与负荷在时间尺度和作物需求的耦合特性;3)研究作物最佳生长条件下所需能量与储能系统容量配比,实现基于温室作物最佳光合效率调控下的系统“源-储-荷”协调控制,获得能量调控对作物品质特性的影响规律。本项目的理论成果包括:1)提出改进的二极管模型,实现在线测量光伏组件的电流电压特性,预测和在线诊断发电系统光伏组件电特性参数和最大输出功率;2)提出一种新的测量光伏组件表面温度不均匀而导致的输出功率损失的数学模型和测量方法,该方法根据组件出厂特性参数并且通过测量表面温度分布,估算光伏组件在运行状态下的“热-电”功率损耗;3)提出适用于光伏组件铺设于屋顶的温室内光合有效辐射模型,该模型考虑了入射光谱波长和光伏电池材料透射光谱,根据普朗克黑体辐射定律推导得到室内光合有效辐射分布,通过实验验证了模型的有效性;4)设计协同蓄电池荷电状态与母线电压稳定的光伏系统最大功率点跟踪的控制策略,采用扰动观察协同积分分离式控制方式,通过制备样机实现离网光伏发电系统“源-储”协同调控;5)构建光伏阵列最佳工作点处的阻抗模型,采用阻抗变换器进行脉宽调制,实现负载与光伏发电等效阻抗协同调控。本项目的成果将为提升光伏温室系统效率以及光伏农业广泛应用提供理论与技术基础。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Development of thermoeelectrical loss model for photovoltaic
光伏热电损耗模型的开发
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2022.123542
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Xun Ma;Ming Li;Ye Peng;Linyao Sun;Chuangye Chen
  • 通讯作者:
    Chuangye Chen
基于动态阻抗匹配控制下的光伏冷库性能研究
  • DOI:
    10.19912/j.0254-0096.tynxb.2020-0594
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周晓艳;马逊;李明;胡承志;李国良;王云峰
  • 通讯作者:
    王云峰
The effect of temperature and light on strawberry production in a solar greenhouse
温度和光照对日光温室草莓生产的影响
  • DOI:
    10.1016/j.solener.2019.11.070
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    SOLAR ENERGY
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Tang, Yilian;Ma, Xun;Wang, Yunfeng
  • 通讯作者:
    Wang, Yunfeng
Online extraction of physical parameters of photovoltaic modules in a building-integrated photovoltaic system
光伏建筑一体化系统中光伏组件物理参数的在线提取
  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2019.112028
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Xun Ma;Ming Li;Liwei Du;Benqian Qin;Yunfeng Wang;Xi Luo;Guoliang Li
  • 通讯作者:
    Guoliang Li
利用热斑温度估算光伏组件最大输出功率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    云南师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙铃尧;杜立伟;肖俊杉;侯晨雪;钟小娟;马逊
  • 通讯作者:
    马逊

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其他文献

光伏电站热斑测试研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    云南师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨康;李景天;刘祖明;马铭;马逊;许海园;谢明达;赵冬阳
  • 通讯作者:
    赵冬阳
有效的护患沟通在血液净化中心的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    医学信息(上旬刊)
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    --
  • 作者:
    马逊;邢昌赢
  • 通讯作者:
    邢昌赢
单相整流变压器场路耦合分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李耀华;葛琼璇;任晋旗;马逊
  • 通讯作者:
    马逊
55kW集中型光伏并网逆变器运行性能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    云南师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许海园;刘祖明;李景天;马逊;杨康;谢明达;马铭;赵冬阳
  • 通讯作者:
    赵冬阳
光伏水泵系统工程设计与应用实践
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    云南师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘祖明;叶燎原;李杰慧;李景天;孙建平;陈隆正;马逊;屈盛
  • 通讯作者:
    屈盛

其他文献

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马逊的其他基金

面向温室场景下双面发电光伏组件最大功率跟踪与有功功率备用的关键机理与协同调控研究
  • 批准号:
    52267020
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33.00 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
面向温室场景下双面发电光伏组件最大功率跟踪与有功功率备用的关键机理与协同调控研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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