CN101619711B - 可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补供电系统 - Google Patents

可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统。它由装载车辆、风力发电机组、太阳能电池阵列、储能系统(超级电容)、车载起动/发电机、动力方舱组成。本发明提供的发电系统移动灵活、展开方便，特别适合于长期在野外流动作业的单位和应用，能够充分利用可再生能源，尽量减少对燃油的依赖，为野外作业提供电力保障。

Description

可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补供电系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统，特别涉及车载的可移动的利用风能和太阳能发电系统，并且可以与车载起动/发电机组成互补移动供电系统。
背景技术
太阳能是目前最具发展潜力的可再生能源之一。风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式，由于地球表面的不同形态(如沙土地面、植被地面和水面)对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上天然具有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件较好的独立供电系统。风光互补发电系统可以在沙漠、高原、海岛等偏远地区为居民、部队等提供清洁可再生的电力。
目前所有独立供电的风光互补发电系统均为固定式的发电系统，也就是说所有的风力发电机组和太阳能电池都必须固定安装在地面，为用户提供电力。也有部分太阳能动力汽车，利用安装在车辆表面的太阳能电池为车辆供电，但是车辆的外表面能够安装的太阳能电池板面积有限，因此所提供的功率一般不超过1kW，除了为车辆本身提供部分电力外，几乎无法为其他用电系统供电。也有部分专利(如CN1209506A)在车辆上安装风力发电机，利用车辆行驶过程中所产生的气流发电，但是这个方案有个问题就是，安装了风力发电机之后，会大大增加车辆的行驶阻力，考虑到风能捕获效率和发电效率，所发出的电能会远远低于车辆因为增加的行驶阻力所消耗的能量。
本发明将风力发电、太阳能发电、车载起动/发电机发电以及储能装置集成在一起，设计实现了一个可移动的风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统。该系统所发出的电力远远大于自身所需电能，可以为更多用电系统和设备提供电力。因此本发明特别适合于长期在野外流动作业的单位和应用，例如野外考古队、勘探队、野外动植物研究、边防野外作业等等。
由于现代科学技术的不断发展，特别是信息和通讯技术的发展，所有野外作业的单位无一例外均需要大量电力供应。由于野外电网供电条件的限制，一般需要采用柴油发电机发电。而柴油发电系统需要携带大量柴油，如果野外作业时间比较长，则柴油的补给和供应都比较困难。本发明针对该领域的应用提出了可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统。该系统能够充分利用可再生能源，尽量减少对柴油的依赖，为野外作业提供电力保障。这样可以使野外作业携带少量柴油，而增加其他重要物资的携带量，同时也减轻了对后勤补给的依赖。特别是当冰冻和大雪封山等灾害性气候条件下，后勤补给无法按时到达。即使没有柴油等一次能源，此时的风能会比较大，正好能够解决后勤补给无法到达条件下的供电问题，保证任务的实施和人员设备的安全。
综上所述，可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统能够有效降低野外作业所需电源的成本，可以提高供电的可持续性，并且能够保证较高的供电可靠性。因此，本发明非常适合长期在野外作业又需要较大供电能力的用电场合。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的主要问题，提供一种可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统。主要目的就是为野外流动作业的单位提供一种高性能、低使用成本、使用便捷的供电系统。本发明可以非常方便的将风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统转移，当发电系统到达新的工作地点时，可以在极短时间迅速展开，通过风力发电机组和太阳能电池向用电设备供电，在无风且无阳光气象条件下可以利用所携带的超级电容继续向系统供电，即使超级电容存储的能量不足，也可以起动车载起动/发电机继续发电，因此可以大大提高系统供电的可靠性和安全性。
本发明的目的是这样实现的：
本发明由装载车辆1、风力发电机组2、太阳能电池阵列3、储能系统(超级电容)4、车载起动/发电机5、动力方舱6组成。
具有可折叠式塔杆的风力发电机组2立于动力方舱6的中部，当系统处于机动状态时，风力发电机组2的塔杆折叠在动力方舱6的内部；当到达工作地点时，从动力方舱6中展开并垂直安装在动力方舱6的中部。
可折叠太阳能电池阵列3位于动力方舱6的一侧，当系统处于机动状态时，太阳能电池阵列3折叠在动力方舱6一侧的侧壁上；当到达工作地点时，从动力方舱6的侧壁上展开并调整好角度朝向太阳方向。
储能系统(超级电容)4位于动力方舱6的底部，这样可以有足够的空间装载储能模块，并且可以提高系统的稳定性，能够增强系统抗强风能力。
车载起动/发电机5安装在车辆发动机舱，当需要机动时，作为电动机用于发动机的起动。当风能、太阳能、以及储能系统的能量不足以向负载供电时，利用车辆发动机带动起动/发电机5发电向负载供电，从而保证了发电系统的可靠性。
整个可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统由全数字化控制器进行监控。通过通讯接口可以接收上位机控制指令，并向上位机发送可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统的状态和参数。键盘显示器可以在近端通过全数字化控制器对可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统进行监控，并可以设置相关控制参数。
本发明的一个效果在于，可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统集成在一个方舱中，该方舱安装在车辆上，通过车辆实现发电系统的机动，并能够向用电设备提供可再生能源，从而降低可移动发电系统的发电成本。
本发明的另外一个效果在于，风力发电机2的塔杆可以折叠在方舱6中，方便发电系统的移动，同时所设计的展开机构能够在到达指定地点后迅速将风力发电机组和塔杆展开并到达垂直固定位置进行发电。
本发明的另外一个效果在于，太阳能电池阵列3可以折叠在动力方舱6的一侧，方便发电系统的移动。当到达指定工作地点时，能够迅速从动力方舱6的侧壁上展开并调整好角度进行发电。
本发明的另外一个效果在于，设计了车载起动/发电机，当车辆需要起动时该起动/发电机作为电动机使用，将车辆的发动机起动至点火转速；当风能、太阳能和储能单元能量无法满足用电需求时，该起动/发电机作为发电机使用，利用车辆发动机带动该起动/发电机向负载供电。这样可以使本发明不需要携带专门的柴油发电机组，既降低了系统成本又减小了系统的体积和重量，并且能够保证系统供电的可靠性。
本发明的另外一个效果在于，采用超级电容作为储能单元，代替传统的蓄电池。超级电容的充放电循环次数可达40万次，远远超过普通蓄电池的2000次左右，可以降低系统的使用成本。同时超级电容有更大的功率密度，可以提供比蓄电池更大输出功率。
附图说明
图1是本发明可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统处于机动状态图；
图2是可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统处于展开状态图；
图3是位于方舱中风力发电机组的折叠状态；
图4是风力发电机组展开过程；
图5是太阳能电池阵列展开过程；
图6是可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电系统工作原理图。
具体实施方式
如图2所示，本发明包括：运载车辆1、风力发电机组2、太阳能阵列3、超级电容与电源控制系统4、车载起动/发电机5、车载可移动方舱6。其中可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补发电控制系统如图6所示。
风力发电机组2由塔杆、发电机、涡轮、尾杆和变换器组成，涡轮用于捕捉风能，并带动风力发电机发出交流电，经过图6中所示的风力发电整流单元16转换成直流电，再经过风力发电变换器17对超级电容能量存储单元24进行充电，或者对直流负载25进行供电。
太阳能阵列3由多个太阳能电池单元连接组成，当阳光照射到太阳能阵列3时就会在输出端产生电压，经过图6中的太阳能变换器15对超级电容能量存储单元24进行充电，或者对直流负载25进行供电。
如果出现没有风也没有太阳的情况，则由超级电容能量存储单元24继续向直流负载25进行供电。一旦超级电容能量存储单元24能量不足时，如图6所示由车载起动/发电机14起动运载车辆1的车辆发动机18，当发动机18起动之后，车载起动/发电机14转入发电状态，并通过起动发电变换器19对超级电容能量存储单元24进行充电，或者对直流负载25进行供电。这样可以有效保证系统的供电可靠性，同时也有效降低了对燃油的消耗，使供电成本大大降低。
对于系统中的交流负载26，可以利用逆变器20将直流母线电压逆变为交流电向交流负载26供电。
所有能量管理和控制均由基于DSP芯片的全数字控制器21完成。全数字控制器可以通过通信接口与所有变换器、逆变器等进行数据交换，并对所有单元的电压电流信号进行监控。其控制参数和控制策略既可以由本地监控单元23来设置，也可以通过通讯接口22由上位机进行设定。
风力发电机组2和太阳能电池阵列3在移动过程中是分别折叠在车载可移动方舱6的内部和侧壁上，如图3和图5(a)所示。当运载车辆1携带车载可移动方舱6到达指定地点时，可以通过本发明所设计的机构迅速展开，从而达到可移动、易展开、高可靠、低成本的目的。
如图4(a)所示，当运载车辆1到达指定地点时，先打开车载可移动方舱6的后门9，并撤掉天窗，放下通用升降辅助支架8。将位于车载可移动方舱6顶部的电动葫芦10上的钢索固定到风力发电机2塔杆折叠部位的固定点上，并缓慢收紧钢索。如图4(b)所示，辅助移动支架7托着风力发电机2向车载可移动方舱6的后门9的方向移动。当风力发电机2移出后门9之后，缓慢放下收紧的钢索，使风力发电机2放到通用升降辅助支架8上，并对塔杆折叠关节固定使之成为一个坚固的塔杆，如图4(c)所示。再次缓慢收紧钢索，使塔杆处于直立位置，并与方舱顶部固定，如图4(d)所示。然后解除风力发电机的制动手柄，利用本地监控单元23起动风力发电机2，使之处于发电状态。当需要转移其他地区时，反向实施上述工作流程，即可将风力发电机2重新收回到车载可移动方舱6中并固定即可。
如图5(a)所示，太阳能电池阵列3折叠在车载可移动方舱6的侧壁上，当运载车辆1到达指定地点时，先放下通用升降辅助支架8。将位于车载可移动方舱6侧壁顶部的电动葫芦11上的钢索固定到太阳能电池阵列3的固定点上，并缓慢放下钢索，如图5(b)所示。利用通用升降辅助支架8支好第1、2电池板，并将其固定，使第1个电池板的端部滑动轮落到地面上，见图5(c)。继续放下钢索，直至4个电池板完全展开，利用通用升降辅助支架8固定好，见图5(d)。然后利用本地监控单元23起动太阳能变换器15，使之处于发电状态。当需要转移其他地区时，反向实施上述工作流程，即可将太阳能阵列3重新收回到车载可移动方舱6侧壁上并固定即可。

Claims (3)

1.一种可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补供电系统，其特征在于，它由装载车辆(1)、风力发电机组(2)、太阳能电池阵列(3)、储能系统(4)、车载起动/发电机(5)、动力方舱(6)组成；具有可折叠式塔杆的风力发电机组(2)位于动力方舱(6)的中部，当系统处于机动状态时，风力发电机组(2)的塔杆折叠在动力方舱(6)的内部；当到达指定地点时，先打开动力方舱(6)的后门(9)，并撤掉天窗，放下通用升降辅助支架(8)，将位于动力方舱(6)顶部的电动葫芦(10)上的钢索固定到风力发电机组(2)塔杆折叠部位的固定点上，并缓慢收紧钢索，辅助移动支架(7)托着风力发电机组(2)向动力方舱(6)的后门(9)的方向移动，当风力发电机组(2)移出后门(9)之后，缓慢放下收紧的钢索，使风力发电机组(2)放到通用升降辅助支架(8)上，并对塔杆折叠关节固定使之成为一个坚固的塔杆，再次缓慢收紧钢索，使塔杆处于直立位置，并与动力方舱(6)顶部固定，然后解除风力发电机组(2)的制动手柄，利用本地监控单元(23)起动风力发电机组(2)，使之处于发电状态；可折叠太阳能电池阵列(3)位于动力方舱(6)的一侧，当系统处于机动状态时，太阳能电池阵列(3)折叠在动力方舱(6)一侧的侧壁上；当到达工作地点时，太阳能电池阵列(3)从动力方舱(6)的侧壁上展开并调整好角度朝向太阳方向。
2.如权利要求1所述的可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补供电系统，其特征在于，当车辆需要起动时所述车载起动/发电机(5)作为电动机使用，将车辆的发动机起动至点火转速；当风能、太阳能和储能系统能量无法满足用电需求时，该车载起动/发电机(5)作为发电机使用，利用车辆发动机带动该车载起动/发电机(5)向负载供电。
3.如权利要求1所述的可移动风力发电、太阳能发电与车载起动/发电机互补供电系统，其特征在于，采用超级电容作为储能系统(4)。
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Application publication date: 20100106

Assignee: GUANGZHOU SAITE INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Winter thunder|BEIJING POWER KINGKONG TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: 2018440000047

Denomination of invention: Complementary power supply system of movable wind generation, solar generation and vehicle starting/generation

Granted publication date: 20120808

License type: Common License

Record date: 20180402

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Effective date of registration: 20210325

Address after: 518, B3, R & D Park, high tech Zone, Ningbo, Zhejiang 315000

Patentee after: Lin Xiuying

Address before: 100083 4-203, building 9, yard 7, Fengqiao Road, Fengtai District, Beijing

Patentee before: BEIJING POWER KINGKONG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee before: Winter thunder

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Effective date of registration: 20210922

Address after: 225800 Chengxi industrial concentration zone, Baoying County, Yangzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: BAOYING Chengxi Economic Development Co.,Ltd.

Address before: 518, B3, R & D Park, high tech Zone, Ningbo, Zhejiang 315000

Patentee before: Lin Xiuying

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