CN102795332A - 一种风光互补发电的系留气球 - Google Patents

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彭疆
侯文杰
陈琦
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Abstract

本发明公开了一种风光互补发电的系留气球，包括腹部设有整流罩的球体和与球体连接的尾翼；所述球体顶部敷设有太阳能电池；所述球体腹部设有风力发电机组和燃油发电机组；所述整流罩内部装有风光互补控制器和储能电池。本发明的气球采用风力/太阳能互补供电的模式，同时可以与发电机组结合使用，以达到节能环保、超长滞空时间的目的，可广泛应用于边境监控、预警制导等军事领域，也应用于高空通信中继、交通管制、反恐监视等民用领域。

Description

一种风光互补发电的系留气球
技术领域
本发明属于飞行器领域，具体涉及一种风光互补发电的系留气球。
背景技术
目前的系留气球，大多采用以下几种方式供电：缆绳供电，艇上发电机组或太阳能电池供电。上述几种方式均有其弊端：采用缆绳供电，缆绳造价昂贵，易引雷，且依赖地面电站；采用艇上发电机组受到燃油的限制，滞空时间有限；采用太阳能电池供电，受天气（如连续阴雨天）影响显著，难以持续稳定工作，且造价昂贵。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种能长时间滞空、节能环保的风光互补发电的系留气球
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述风光互补发电的系留气球，包括腹部设有整流罩9的球体2和与球体2连接的尾翼3；所述球体2顶部敷设有太阳能电池1；所述球体2腹部设有风力发电机组4和燃油发电机组5；所述整流罩9内部装有风光互补控制器7和储能电池8。
其中，所述太阳能电池1为柔性薄膜电池；所述太阳能电池1通过粘接方式敷设在球体2顶部；所述风力发电机组4和燃油发电机组5采用桁架吊装的方式挂于球体2腹部；所述风力发电机组4为小型垂直轴风力发电机组；所述储能电池8为低温锂电池组；所述球体2通过系留缆绳6与地面连接；所述球体2采用流线型旋转体外形；所述尾翼3为倒“Y”型。
下面结合设计及工作原理对本发明作进一步说明：
本发明是采用轻质高分子复合材料作为系留球的囊体材料，利用轻于空气的气体（如氦气/氢气）作为浮升气体，利用缆绳与地面装置相连。
本发明采用风光互补供电方式，即在球体顶部铺设太阳能电池，在球体腹部安装风力发电机组，通过风光互补控制器为储能电池充电，并将太阳能和风力发电机组产生的能源进行电源变换为球上设备供电，球上发电机组作为备用电源，在无风无太阳时为储能电池补充能源。这样就可以达到节能环保的效果，且能为系留球提供长期、稳定的电能，同时风光互补方式还可以大幅降低太阳能和储能电池的容量，降低成本。
因为系留气球的迎风特性，因此太阳能电池1的对光与风向有关，敷设于顶部能有效避免因风向引起的太阳能电池阴影特性；太阳能电池要求重量轻、效率高、弱光性好，因此采用非晶硅柔性薄膜太阳能电池敷设于球体顶部。风力发电的特性与风速风向有关，风力发电机组要求受风向影响小、对艇体姿态稳定性影响小、重量轻、效率高，采用小型垂直轴风力发电机能有效解决风力发电机组迎风问题，提升风力利用效率，高空风场（海拔4km）的年平均风速在9m/s左右，因此选择高速风力发电机组。风力发电机组通过桁架吊装的方式挂于球体腹部，相对与布局在球体头部和顶部，能大大减小风力发电机组叶片转动对球体姿态的影响；燃油发电机组是球上备用电源，在无风无太阳时为储能电池充电，它通过桁架吊装在球体腹部，机组与油箱采用一体化设计，燃油的多少由需要满足的最大滞空时间和系统重量分配决定；风光互补控制器是充放电控制单元，它组合各种电源输入的电能，经电源变化后为球上设备供电，并将多余电能储存给储能电池；储能电池要求重量轻，能量密度高，因此采用低温锂电池组。球上还备有压力调节装置、通信装置与测控装置。本发明所述的一种风光互补发电的系留气球具备了长达3~4周的供电能力，且姿态稳定、抗风能力强，因此可以作为高空平台搭载雷达、基站、成像设备、遥感遥测装置等长期滞空，具备了广泛军事和民用应用前景。
另外，本发明的系留气球采用流线型旋转体外形，倒“Y”型尾翼能自动迎风，为超压气球，通过压力调节装置维持球体内外压差，有良好的抗风能力，球体的体积根据载重需求和滞空高度进行设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用风力/太阳能互补供电模式，能源来自于球上发电设备，因此摆脱了对地面电站的依赖，无需导电缆绳，因此简化了防雷问题，缆绳造价大幅降低，解决了现有系留气球供电模式的弊端，达到长时间安全滞空的目的；能源主要能源靠风力和太阳能提供，这种清洁可再生能源大大降低了对燃油的需求；合理利用了高海拔区域太阳能日照充足，风力较大的特点，有效利用两种能源在时域和空域上互补性，受天气影响较小，地域适应能力强，能大大降低太阳能电池和储能电池的容量需求，降低造价，配有储能电池和备用电源（发电机组），可以满足系留球滞空3~4周的供电需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、太阳能电池；2、球体；3、尾翼；4、风力发电机组；5、燃油发电机组；6、系留缆绳；7、风光互补控制器；8、储能电池；9、整流罩。
具体实施方式
如图1所示，所述风光互补发电的系留气球，包括腹部设有整流罩9的球体2和与球体2连接的尾翼3；所述球体2顶部敷设有太阳能电池1；所述球体2腹部设有风力发电机组4和燃油发电机组5；所述整流罩9内部装有风光互补控制器7和储能电池8。
其中，所述太阳能电池1为柔性薄膜电池；所述太阳能电池1通过粘接方式敷设在球体2顶部；所述风力发电机组4和燃油发电机组5采用桁架吊装的方式挂于球体2腹部；所述风力发电机组4为小型垂直轴风力发电机组；所述储能电池8为低温锂电池组；所述球体通过系留缆绳6与地面连接；所述球体2采用流线型旋转体外形；所述尾翼3为倒“Y”型。 

Claims (8)

1.一种风光互补发电的系留气球，包括腹部设有整流罩（9）的球体（2）和与球体（2）连接的尾翼（3），其特征在于，所述球体（2）顶部敷设有太阳能电池（1）；所述球体（2）腹部设有风力发电机组（4）和燃油发电机组（5）；所述整流罩（9）内部装有风光互补控制器（7）和储能电池（8）。
2.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述太阳能电池（1）为柔性薄膜电池。
3.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述太阳能电池（1）通过粘接方式敷设在球体（2）顶部。
4.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述风力发电机组（4）和燃油发电机组（5）采用桁架吊装的方式挂于球体（2）腹部。
5.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述风力发电机组（4）为小型垂直轴风力发电机组。
6.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述储能电池（8）为低温锂电池组。
7.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述球体（2）通过系留缆绳（6）与地面连。
8.如权利要求1所述的系留气球，其特征在于，所述球体（2）采用流线型旋转体外形；所述尾翼（3）为倒Y型。
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