CN104682832B - 一种野外营区能源供给系统 - Google Patents

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刘进立
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张金岩
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本发明提供了一种野外营区能源供给系统,包括:供能方舱和控制方舱,该供能方舱包括在四周内侧壁处安装的可伸出所述供能方舱外的太阳能发电单元,和处于未展开状态且可伸出所述供能方舱外的风力发电单元;该控制方舱用于控制所述供能方舱并提供电力和热水输出;包括接收所述供能方舱输送的电力的蓄电池和用于加热的蓄水箱,以及控制各设备工作状态的控制单元。本发明的控制系统可实时检测风、光发电速度以及蓄电池的荷电状态,在蓄电池满电时可自动停止发电;同时监测蓄水箱水温和太阳能集热器工作效率,判断蓄水箱升温速度并自动启动电加热辅助升温。通过将发电设备模块化提高了运输和使用上的效率。

Description

一种野外营区能源供给系统
技术领域
[0001] 本发明涉及野外生存领域,特别是涉及一种利用模块结构提供发电和供电一体化的野外营区能源供给系统。
背景技术
[0002] 方舱作为军队的基础装备,二十世纪五十年代首先在美军中使用,至今已历经半个多世纪的发展。目前,方舱广泛应用于指挥、医疗、坎事、宿营、气象、通信等领域。与传统的各类固定和半固定设施设备相比,方舱具有标准化程度高、可扩展组合、防护性较强、可快速展开撤收和机动运输等突出优点。
[0003] 部队在野外驻扎执行任务过程中,电力保障成为重点,而目前主要依靠国家电网、车载发电设备和小型便携式发电机提供电能,在无法连接国家电网和发电机燃料短缺的情况下,难以满足大量执勤、生活用电需求。同时,长时间野外执勤,热水供应较困难,通常在需要时由柴薪、油料等燃烧供热,不能够实现按需、经常性供应且成本较大。
发明内容
[0004] 本发明的一个目的是要提供一种野外营区能源供给系统;其利用模块化的多个供能方舱和一个控制方舱搭建成供能系统,通过可任意数量组合的供能方舱利用自然资源为营区提供充足的电力和热水。
[0005] 本发明一个进一步的目的是要使得供电设备能够实现方便运输、随时展开、随时增加供电能力的能源供给系统。
[0006] 本发明另一个进一步的目的是要简化风能发电设备的体积,以方便运输和快速展开工作。
[0007] 特别地,本发明提供了一种野外营区能源供给系统,包括:
[0008] 供能方舱,用于利用自然能源提供电力;在所述供能方舱的四周内侧壁处安装有可伸出所述供能方舱外的太阳能发电单元,在所述供能方舱内部安装有处于未展开状态且可伸出所述供能方舱外的风力发电单元;
[0009] 控制方舱,用于控制所述供能方舱并提供电力和热水输出;包括接收所述供能方舱输送的电力的蓄电池和用于蓄水的蓄水箱,以及控制各设备工作状态的控制单元;
[0010] 其中,所述太阳能发电单元和所述风力发电单元可由所述供能方舱内伸出并展开以进行太阳能和风力发电;所述控制方舱接收所述供能方舱的电力并进行蓄电和/或对蓄水箱加热,同时对外部用电设备提供电力输出和/或提供热水;所述控制方舱同时连接多个所述供能方舱。
[0011] 进一步地,所述未展开状态的风力发电单元包括折叠式叶片、液压升降杆、整流器和发电机;所述折叠式叶片与所述发电机固定后安装在所述液压升降杆的顶端,所述发电机通过所述整流器与所述控制方舱内的所述蓄电池连接;
[0012] 工作时,所述液压升降杆将所述折叠式叶片由所述供能方舱的顶部升至空中以使所述折叠式叶片展开并发电,所述发电机送出的电力经过所述整流器整流后输送至所述蓄电池。
[0013] 进一步地,所述供能方舱的四周内侧壁处设置有安装槽,所述太阳能发电单元安装在所述安装槽内,所述供能方舱内安装有驱动所述太阳能发电单元由所述安装槽内向所述供能方舱的顶部伸出并展开的驱动装置;
[0014] 工作时,所述太阳能发电单元在所述驱动装置的驱动下由所述安装槽内向所述供能方舱的顶部伸出,并在所述太阳能发电单元完全伸出所述安装槽后各所述太阳能发电单元分别向对应一侧的外侧翻转以接收阳光。
[0015] 进一步地,所述太阳能发电单元包括将光能转化为电能的太阳能光伏电板和将光能转化为热能的太阳能集热器;所述太阳能集热器通过水管与所述控制方舱内的所述蓄水箱连接。
[0016] 进一步地,所述蓄水箱内安装有电加热器,所述电加热器直接与所述蓄电池连接。
[0017] 进一步地,所述控制单元包括检测所述蓄电池充电速度的充电速度检测模块,检测所述蓄电池荷电状态的状态检测模块,检测当前所述蓄电池连接的用电设备用电量的输出电量检测模块,调整所述蓄电池输入输出电压的稳压控制模块,以及检测所述热水箱当前温度的温度检测模块;
[0018] 控制单元根据所述状态检测模块的信息控制所述蓄电池的电量接收和输出,并根据所述温度检测模块的信息调控所述蓄水箱的水温。
[0019] 本发明的控制系统可实时检测风、光发电速度以及蓄电池的荷电状态,在蓄电池满电时可自动停止发电;同时监测蓄水箱水温和太阳能集热器工作效率,判断蓄水箱升温速度并自动启动电加热辅助升温。
[0020] 本发明对风光发电和光电储热、制热设备进行方舱化设计,通过巧妙整合,合理运用方舱空间,同时实现电、热的能量供应。并实现光、风、热、电四种能源之间的相互转换的效益最大化,最大限度的利用好自然界的太阳能风能,提供充足的电、热能。通过将发电设备模块化提高了运输和使用上的效率。
[0021] 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0022] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0023] 图1是根据本发明一个实施例的控制方舱结构示意图;
[0024] 图2是根据本发明一个实施例的供能方舱结构示意图;
[0025] 图3是根据本发明一个实施例的供能方舱的太阳能发电单元展开示意图;
[0026] 图4是根据本发明一个实施例的供能方舱部分展开示意图;
[0027] 图5是根据本发明一个实施例的控制单元结构示意图;
[0028] 图6是图5所示控制单元工作流程示意图。
具体实施方式
[0029] 如图1-4所示,本发明的野外营区能源供给系统一般性地包括利用自然能源提供电力的供能方舱20和控制并管理供能方舱20输出电力的控制方舱10。该供能方舱20的四周内侧壁处安装有可伸出供能方舱20外的太阳能发电单元30和处于未展开状态且同样可伸出供能方舱20外的风力发电单元40。该控制方舱10内安装有接收供能方舱20输送的电力的蓄电池12和用于提供热水的蓄水箱13,以及控制各设备工作状态的控制单元11。控制方舱10通过控制单元11控制供能方舱20输出的电力,同时提供蓄电池12的电力输出和蓄水箱13的热水输出。
[0030] 在工作时,该供能方舱20内处于未展开状态的风力发电单元40可由供能方舱20内伸出并展开以进行风力发电,同时可将四周内侧壁处的太阳能发电单元30伸出供能方舱20外以进行太阳能发电。该控制方舱10通过线缆与供能方舱20的各发电单元连接,将输送的电力经过调整后输送至蓄电池12进行蓄电。在本实施例中,可利用蓄电池12内的电力通过电加热器14为蓄水箱13内水进行加热并监控蓄水箱13的水温状态。控制方舱10同时控制连接至蓄电池12的外部用电设备的电力输出。根据营区的大小和用电设备的多少,一个控制方舱10可通过线缆同时连接多个供能方舱20。
[0031] 在本实施例中,控制方舱10可以根据蓄电池12和用电设备的状态控制太阳能发电和风力发电的工作时间。而且在电力供应不足的情况下可以任意增加相应数量的供能方舱20。在不使用或是遇到紧急状态时可以随时将相应的供能方舱20收起,进行运输或存放。具体的太阳能发电单元30和风力发电由单元40由供能方舱20内伸出并展开的结构可以是人工控制或纯机械控制的方式,如手摇式齿轮齿条传动结构或滑轮结构。
[0032] 进一步地,如图2、4所示,在本发明的一个实施例中,该未展开状态的风力发电单元40可以包括折叠式叶片41、液压升降杆42、整流器44和发电机43,该折叠式叶片41和发电机43安装在液压升降杆42的顶端,折叠式叶片41包括多片可以收拢在一起的叶片和固定叶片的固定轴。该发电机43通过整流器44与控制方舱10内的蓄电池12连接;固定轴与发电机43的驱动轴连接。工作时,该液压升降杆42将折叠式叶片41和发电机43由供能方舱20的顶部升至空中以使折叠式叶片41展开并发电,发电机43送出的电力经过整流器44整流后输送至蓄电池12。本实施例中的折叠式叶片41结构可以采用常规的折叠式风力发电机结构,只需要和能够控制升降高度的液压杆配合即可。收起后的风扇能够减少占用空间,方便运输。
[0033] 进一步地,为保护太阳能发电单元,如图2、3所示,在本发明的一个实施例中,该供能方舱20的四周内侧壁处设置有安装槽21,太阳能发电单元30安装在安装槽21内,安装槽21的结构可以是直接在供能方舱20的侧壁处形成的一个上端开口的盒体。供能方舱20内安装有驱动各太阳能发电单元30由各安装槽21内向供能方舱20的顶部伸出并展开的驱动装置(图中未示出)。工作时,该太阳能发电单元30在驱动装置的驱动下由安装槽21内向供能方舱20的顶部伸出,并在太阳能发电单元30完全伸出安装槽21后各太阳能发电单元30分别向对应一侧的外侧翻转以接收阳光。具体的太阳能发电单元发电单元与安装槽21之间可以采用齿轮和齿条配合传动的结构,通过齿轮的转动带动太阳能发电单元由安装槽内伸出,再利用设置在供能方舱上的液压杆实现太阳能发电单元30的旋转和角度调整。在其它的实施例中也可以采用人工的方式直接将各太阳能发电单元由安装槽内拉出并调整成接收阳光的状态。
[0034] 进一步地,该供能方舱的顶板的下方同样可以设置太阳能发电单元30(图中未示出),在供能方舱使用时,先将顶板打开,再将顶板下方的太阳能发电单元直接移动或翻转到一侧,使该太阳能发电单元位于供能方舱的上方,以避免影响侧壁处的太阳能发电单元板和风力发电单元的升降。当上述工作完成后再进行风力发电单元的展开和四周侧壁处太阳能发电单元的展开。通过本实施例可以进一步提高供能方舱20对自然资源的利用效率。
[0035] 进一步地,如图3所示,为充分利用阳光,该太阳能发电单元30可以包括直接收集阳光而进行发电的太阳能光伏电板31和进行集热而加热水的太阳能集热器32。该太阳能集热器32通过水管与控制方舱10内的蓄水箱12连接,以减少蓄水箱12的用电量,同时最大限度的利用自然能源。
[0036] 进一步地,如图5所示,为提高用电效率和管理方便,在本发明的一个实施例中,该控制单元11可以包括检测蓄电池12充电速度的充电速度检测模块,和检测蓄电池12荷电状态的状态检测模块,和检测当前蓄电池12连接的用电设备用电量的输出电量检测模块,和调整蓄电池12输入输出电压的稳压控制模块,以及检测热水箱13当前温度的温度检测模块。工作时,控制单元11根据状态检测模块的信息控制蓄电池12的电量接收和输出,并根据温度检测模块的信息调控蓄水箱13的水温。
[0037] 在其它实施例中可采用如图6所示控制方法,以对当前蓄电池12和蓄水箱13进行控制。在蓄电池12电量充满Vl时停止发电单元的工作,或将发电单元的电力转送至其它用电设备处。当蓄电池12存储的电量小于某个预定值V2时(如30%),对外发出提示信息。
[0038] 针对蓄水箱13来说,同样可以设定一个最高预定值Tl (如70°C )和最低预定值T2(如40°C ),当达到该最高预定值Tl时停止对蓄水箱13内的水进行加热,当低于该最低预定值T2时开始对其内的水进行加热。进一步地,在加热水时还可以考虑当前蓄电池的电量,可以设定仅在蓄电池的电量不低于V3(如45%)时才启动电加热器。控制单元11可以根据外界条件自行采用电加热器14还是直接利用太阳能集热器32进行加热。
[0039] 至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种野外营区能源供给系统,包括: 供能方舱,用于利用自然能源提供电力;在所述供能方舱的四周内侧壁处安装有可伸出所述供能方舱外的太阳能发电单元,在所述供能方舱内部安装有处于未展开状态且可伸出所述供能方舱外的风力发电单元; 控制方舱,用于控制所述供能方舱并提供电力和热水输出;包括接收所述供能方舱输送的电力的蓄电池和用于蓄水的蓄水箱,以及控制各设备工作状态的控制单元; 其中,所述太阳能发电单元和所述风力发电单元可由所述供能方舱内伸出并展开以进行太阳能和风力发电;所述控制方舱接收所述供能方舱的电力并进行蓄电和/或对蓄水箱加热,同时对外部用电设备提供电力输出和/或提供热水;所述控制方舱同时连接多个所述供能方舱。
2.根据权利要求1所述的野外营区能源供给系统,其中,所述未展开状态的风力发电单元包括折叠式叶片、液压升降杆、整流器和发电机;所述折叠式叶片与所述发电机固定后安装在所述液压升降杆的顶端,所述发电机通过所述整流器与所述控制方舱内的所述蓄电池连接; 工作时,所述液压升降杆将所述折叠式叶片由所述供能方舱的顶部升至空中以使所述折叠式叶片展开并发电,所述发电机送出的电力经过所述整流器整流后输送至所述蓄电池。
3.根据权利要求2所述的野外营区能源供给系统,其中,所述供能方舱的四周内侧壁处设置有安装槽,所述太阳能发电单元安装在所述安装槽内,所述供能方舱内安装有驱动所述太阳能发电单元由所述安装槽内向所述供能方舱的顶部伸出并展开的驱动装置; 工作时,所述太阳能发电单元在所述驱动装置的驱动下由所述安装槽内向所述供能方舱的顶部伸出,并在所述太阳能发电单元完全伸出所述安装槽后各所述太阳能发电单元分别向对应一侧的外侧翻转以接收阳光。
4.根据权利要求1所述的野外营区能源供给系统,其中,所述太阳能发电单元包括将光能转化为电能的太阳能光伏电板和将光能转化为热能的太阳能集热器;所述太阳能集热器通过水管与所述控制方舱内的所述蓄水箱连接。
5.根据权利要求1所述的野外营区能源供给系统,其中,所述蓄水箱内安装有电加热器,所述电加热器直接与所述蓄电池连接。
6.根据权利要求1所述的野外营区能源供给系统,其中,所述控制单元包括检测所述蓄电池充电速度的充电速度检测模块,检测所述蓄电池荷电状态的状态检测模块,检测当前所述蓄电池连接的用电设备用电量的输出电量检测模块,调整所述蓄电池输入输出电压的稳压控制模块,以及检测所述热水箱当前温度的温度检测模块; 控制单元根据所述状态检测模块的信息控制所述蓄电池的电量接收和输出,并根据所述温度检测模块的信息调控所述蓄水箱的水温。
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