CN104868614B - 一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，太阳能光伏电池板采用支架安装设置在户外，太阳能光伏电池板上设置有防雷装置，无线充电发射器与所述无线充电接收器采用电磁共振的方式实现电能传输，蓄电装置与所述无线充电接收器连接，蓄电装置上设置有用户认证模块，且当用户认证模块输入的信息错误时，监控报警模块发出蜂鸣声的警报，本发明能够有效的提高太阳能在雷电中的性能，防止其受到损害，通过设置用户认证模块和监控报警模块，能够使得只有在授权的条件下，才允许用电者使用该无线供电系统，维护了供电者的利益，利于推动太阳能光伏无线供电系统的发展与推广。
Description
技术领域
本发明涉及供电技术领域，具体为一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统。
背景技术
无线供电技术是通过特定装置，将电能以无线方式传输到用电设备的一种电能传输技术，无线供电技术的应用摆脱了长期以来电能传输过程中对电缆的依赖，在降低供电系统安装和维护成本的同时，还能实现移动式供电和特殊场合的供电，在提出无线供电方式构想后的几十年里，无线供电成为了一个重要的研究领域，目前对无线供电技术的研究主要集中在磁耦合共振式、电波传导式、以及电场耦合式等方式，无线供电系统在无线传感网络、小型家用电器移动智能设备、电动汽车等方面进行了实验性质的应用。同时，21 世纪，能源问题居于人类生活的十大问题之首，能源科技成为当今世界重要技术之一，太阳能作为一种新兴的绿色能源以其取之不竭，无污染和不受地域资源限制等优点受到重视，此外，无线电力传输是近年来国内外电气工程领域的热门话题之一，如何更好的利用太阳能，并将其应用到供电中，并利用前沿的电气技术，将无线供电技术应用到太阳能发电技术领域，实现研制一种采用太阳能板与蓄电电池相结合的太阳能收集装置，利用无线传能装置，从而减少太阳能设备的安装调试费用，无须穿墙布线，只须将装置悬挂到室内室外墙壁，即可为家庭照明、充电等提供能源。
但是，目前虽然开始出现一些采用无线供电技术与太阳能发电相互结合的方式实现供电的装置，但是这些装置太阳能发电效率低，太阳能电池板设置在户外，很容易在雷电过程中受到损害，而且，缺少加密认证信息，没有监控报警保护机制，只要有无线接收设备，均可以实现供电接收，这样损害建设无线供电装置者的利益，不利于无线太阳能供电技术的推广与发展，而且，目前的太阳能供电技术有限，太阳能转化效率低，不能满足高性能供电的要求。
基于以上技术问题，本发明提供了一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，通过设置防雷装置，能够有效的提高太阳能在雷电中的性能，放置其受到损害，而且，通过设置用户认证模块和监控报警模块，能够使得只有在授权的条件下，才允许用电者使用该无线供电系统，这样，维护了供电者的利益，利于推动太阳能光伏无线供电系统的发展与推广，有利于供电科技的传播与创新，其次，本发明采用电场耦合方式，该方式作为一种新兴的无线供电方式，具有抗水平错位能力强，体积小，安全性高，待机功率低，电磁干扰小和能够穿越金属屏障等特点，受到越来越多的重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构和使用简单、合理，成本低，环保，性能稳定、使用寿命长的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其包括太阳能光伏电池板、无线充电发射器、无线充电接收器、蓄电装置、防雷装置、用户认证模块和监控报警模块，其特征在于，所述太阳能光伏电池板采用支架安装设置在户外，所述太阳能光伏电池板上设置有所述防雷装置，所述无线充电发射器与所述无线充电接收器采用电磁共振的方式实现电能传输，其中，所述无线充电发射器由能量变换器和电磁变换器组成，所述太阳能电池板与所述能量变换器连接，所述无线充电接收器由磁电变换器和能量调整器组成，所述电磁变换器与所述磁电变换器之间采用高频磁场耦合连接，所述蓄电装置与所述无线充电接收器连接，所述蓄电装置上设置有用户认证模块，且当所述用户认证模块输入的信息错误时，所述监控报警模块发出蜂鸣声的警报。
进一步，作为优选，所述防雷装置包括避雷针、避雷线和避雷接地棒，其中，所述避雷针为多个，且呈放射状的设置在所述太阳能光伏电池板的最高端，所述避雷针通过所述避雷线与所述避雷接地棒连接，所述避雷接地棒采用铜镀钢接地棒，且所述避雷接地棒的单根长度为1.22米，至少采用两根避雷接地棒伸入地下，以便降低接地电阻，接地点开挖12cm×12cm的表面；所述避雷线通过安装所述太阳能光伏电池板的支架固定；所述无线充电发射器采用由555定时器构成的42KHz的振荡频率信号发生器，并采用LC并联谐振回路构成谐振频率放大器，且谐振频率放大器采用150μH的电感和120pF的电容并联构成,,该无线充电发射器还包括一个300pF 的固定电容以及与之并联的一个200pF的可调电容；所述无线充电接收器包括感应线圈、固定电容、可调电容、全波整流器、滤波电容和稳压二极管，其中，所述感应线圈、固定电容和所述可调电容之间并联后与所述全波整流器的输入端连接，所述滤波电容与所述稳压二极管并联后与所述全波整流器的输出端连接。
进一步，作为优选，还包括太阳能发电模块、电源充电控制模块、稳压模块和充电电池，其中，所述太阳能发电模块的输出接口与所述稳压模块连接，所述稳压模块与所述充电电池连接，所述电源充电控制模块通过所述稳压模块后也与所述充电电池连接，所述太阳能发电模块与所述太阳能光伏电池板连接，且所述太阳能发电模块包括第一DC/DC变换器、DC/DC变换器开关器件、第二DC/DC变换器、超级电容和电容开关，其中，所述太阳能光伏电池板通过所述第一DC/DC变换器与所述充电电池连接，所述第一DC/DC变换器上设置有DC/DC变换器开关器件，所述DC/DC变换器开关器件采用MOSFET开关器，所述第二DC/DC变换器设置在所述太阳能电池阵列板和所述第一DC/DC变换器之间，所述超级电容设置在所述第一DC/DC变换器和所述第二变换器的导线上，所述超级电容上还设置有电容开关；所述蓄电装置内部至少设置有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、异常信号检测单元、充电状态显示单元和控制微处理器，其中，所述电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、异常信号检测单元、充电状态显示单元均与所述控制微处理器连接。
进一步，作为优选，所述防雷装置还包括防振锤，其中，所述防振锤、分压环、橡胶绝缘垫和保护地线，所述防振锤设置在最下端，所述分压环设置在最顶端，所述防振锤与通过所述保护地线与所述橡胶绝缘垫设置在所述防振锤与所述分压环之间，所述防振锤、分压环与所述橡胶绝缘垫之间采用所述保护地线相互连接。
进一步，作为优选，还包括检测模块、缓存器和饱和中断模块，其中，所述检测模块与无线充电接收器的耦合线圈相连，用于检测该耦合线圈的供电功率，所述缓存器与所述检测模块相连接，所述缓冲器能够缓存所述检测模块检测到的耦合线圈的供电功率，所述饱和中断模块与所述蓄电池连接，用于检测所述蓄电池的电量，当蓄电池的电量饱和，所述饱和中断模块断开耦合线圈与蓄电池的连接。
进一步，作为优选，还包括变压器，所述变压器与所述蓄电装置连接。
进一步，作为优选，所述认证模块包括无线射频网络服务器、射频卡和射频数据库，当所述射频卡中的射频信息与所述射频数据库中的信息匹配成功后，所述无线射频网络服务器将给予持卡者认证资格并实现无线供电与充电，当信息匹配错误时，所述监控报警模块动作，发出报警信号。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，通过设置防雷装置，能够有效的提高太阳能在雷电中的性能，放置其受到损害，而且，通过设置用户认证模块和监控报警模块，能够使得只有在授权的条件下，才允许用电者使用该无线供电系统，这样，维护了供电者的利益，利于推动太阳能光伏无线供电系统的发展与推广，有利于供电科技的传播与创新，其次，本发明采用电场耦合方式，该方式作为一种新兴的无线供电方式，具有抗水平错位能力强，体积小，安全性高，待机功率低，电磁干扰小和能够穿越金属屏障等特点，受到越来越多的重视。
附图说明
图1是本发明的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统的结构示意图；
图2是本发明的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统的无线供电原理示意图；
其中，1、太阳能光伏电池板，2、支架，3、避雷针，4、避雷线,5、避雷接地棒，6、无线充电发射器。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1-2所示，本发明提供一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其包括太阳能光伏电池板1、无线充电发射器6、无线充电接收器、蓄电装置、防雷装置、用户认证模块和监控报警模块，太阳能光伏电池板1采用支架2安装设置在户外，太阳能光伏电池板上设置有所述防雷装置，无线充电发射器与所述无线充电接收器采用电磁共振的方式实现电能传输，其中，无线充电发射器由能量变换器和电磁变换器组成，太阳能电池板与所述能量变换器连接，无线充电接收器由磁电变换器和能量调整器组成，电磁变换器与所述磁电变换器之间采用高频磁场耦合连接，蓄电装置与所述无线充电接收器连接，蓄电装置上设置有用户认证模块，且当所述用户认证模块输入的信息错误时，监控报警模块发出蜂鸣声的警报。
在本实施例中，防雷装置包括避雷针3、避雷线4和避雷接地棒5，其中，避雷针3为多个，且呈放射状的设置在所述太阳能光伏电池板1的最高端，所述避雷针3通过所述避雷线4与所述避雷接地棒5连接，所述避雷接地棒5采用铜镀钢接地棒，且所述避雷接地棒5的单根长度为1.22米，至少采用两根避雷接地棒伸入地下，以便降低接地电阻，接地点开挖12cm×12cm的表面；所述避雷线4通过安装所述太阳能光伏电池板1的支架2固定；所述无线充电发射器6采用由555定时器构成的42KHz的振荡频率信号发生器，并采用LC并联谐振回路构成谐振频率放大器，且谐振频率放大器采用150μH的电感和120pF的电容并联构成,,该无线充电发射器还包括一个300pF 的固定电容以及与之并联的一个200pF的可调电容；所述无线充电接收器包括感应线圈、固定电容、可调电容、全波整流器、滤波电容和稳压二极管，其中，所述感应线圈、固定电容和所述可调电容之间并联后与所述全波整流器的输入端连接，所述滤波电容与所述稳压二极管并联后与所述全波整流器的输出端连接。
此外，本发明还包括太阳能发电模块、电源充电控制模块、稳压模块和充电电池，其中，所述太阳能发电模块的输出接口与所述稳压模块连接，所述稳压模块与所述充电电池连接，所述电源充电控制模块通过所述稳压模块后也与所述充电电池连接，所述太阳能发电模块与所述太阳能光伏电池板连接，且所述太阳能发电模块包括第一DC/DC变换器、DC/DC变换器开关器件、第二DC/DC变换器、超级电容和电容开关，其中，所述太阳能光伏电池板通过所述第一DC/DC变换器与所述充电电池连接，所述第一DC/DC变换器上设置有DC/DC变换器开关器件，所述DC/DC变换器开关器件采用MOSFET开关器，所述第二DC/DC变换器设置在所述太阳能电池阵列板和所述第一DC/DC变换器之间，所述超级电容设置在所述第一DC/DC变换器和所述第二变换器的导线上，所述超级电容上还设置有电容开关；所述蓄电装置内部至少设置有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、异常信号检测单元、充电状态显示单元和控制微处理器，其中，所述电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、异常信号检测单元、充电状态显示单元均与所述控制微处理器连接。
其中，作为另一实施例，防雷装置还包括防振锤，其中，防振锤、分压环、橡胶绝缘垫和保护地线，防振锤设置在最下端，分压环设置在最顶端，防振锤与通过所述保护地线与所述橡胶绝缘垫设置在所述防振锤与所述分压环之间，所述防振锤、分压环与所述橡胶绝缘垫之间采用所述保护地线相互连接。
另外，本发明还包括检测模块、缓存器和饱和中断模块，其中，所述检测模块与无线充电接收器的耦合线圈相连，用于检测该耦合线圈的供电功率，所述缓存器与所述检测模块相连接，所述缓冲器能够缓存所述检测模块检测到的耦合线圈的供电功率，所述饱和中断模块与所述蓄电池连接，用于检测所述蓄电池的电量，当蓄电池的电量饱和，所述饱和中断模块断开耦合线圈与蓄电池的连接。本发明还包括变压器，所述变压器与所述蓄电装置连接。
其中，为了提高便利性，认证模块包括无线射频网络服务器、射频卡和射频数据库，当所述射频卡中的射频信息与所述射频数据库中的信息匹配成功后，所述无线射频网络服务器将给予持卡者认证资格并实现无线供电与充电，当信息匹配错误时，所述监控报警模块动作，发出报警信号。
本发明通过设置防雷装置，能够有效的提高太阳能在雷电中的性能，放置其受到损害，而且，通过设置用户认证模块和监控报警模块，能够使得只有在授权的条件下，才允许用电者使用该无线供电系统，这样，维护了供电者的利益，利于推动太阳能光伏无线供电系统的发展与推广，有利于供电科技的传播与创新，其次，本发明采用电场耦合方式，该方式作为一种新兴的无线供电方式，具有抗水平错位能力强，体积小，安全性高，待机功率低，电磁干扰小和能够穿越金属屏障等特点，受到越来越多的重视。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (5)
1.一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其包括太阳能光伏电池板、无线充电发射器、无线充电接收器、蓄电装置、防雷装置、用户认证模块和监控报警模块，其特征在于，所述太阳能光伏电池板采用支架安装设置在户外，所述太阳能光伏电池板上设置有所述防雷装置，所述无线充电发射器与所述无线充电接收器采用电磁共振的方式实现电能传输，其中，所述无线充电发射器由能量变换器和电磁变换器组成，所述太阳能光伏电池板与所述能量变换器连接，所述无线充电接收器由磁电变换器和能量调整器组成，所述电磁变换器与所述磁电变换器之间采用高频磁场耦合连接，所述蓄电装置与所述无线充电接收器连接，所述蓄电装置上设置有用户认证模块，且当所述用户认证模块输入的信息错误时，所述监控报警模块发出蜂鸣声的警报，所述防雷装置包括避雷针、避雷线和避雷接地棒，其中，所述避雷针为多个，且呈放射状的设置在所述太阳能光伏电池板的最高端，所述避雷针通过所述避雷线与所述避雷接地棒连接，所述避雷接地棒采用铜镀钢接地棒，且所述避雷接地棒的单根长度为1.22米，至少采用两根避雷接地棒伸入地下，以便降低接地电阻，接地点开挖12cm×12cm的表面；所述避雷线通过安装所述太阳能光伏电池板的支架固定；所述无线充电发射器采用由555定时器构成的42KHz的振荡频率信号发生器，并采用LC并联谐振回路构成谐振频率放大器，且谐振频率放大器采用150μH的电感和120pF的电容并联构成,该无线充电发射器还包括一个300pF的第一固定电容以及与之并联的一个200pF的第一可调电容；所述无线充电接收器包括耦合线圈、第二固定电容、第二可调电容、全波整流器、滤波电容和稳压二极管，其中，所述耦合线圈、第二固定电容和所述第二可调电容之间并联后与所述全波整流器的输入端连接，所述滤波电容与所述稳压二极管并联后与所述全波整流器的输出端连接，所述的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统还包括太阳能发电模块、电源充电控制模块、稳压模块和充电电池，其中，所述太阳能发电模块的输出接口与所述稳压模块连接，所述稳压模块与所述充电电池连接，所述电源充电控制模块通过所述稳压模块后也与所述充电电池连接，所述太阳能发电模块与所述太阳能光伏电池板连接，且所述太阳能发电模块包括第一DC/DC变换器、DC/DC变换器开关器件、第二DC/DC变换器、超级电容和电容开关，其中，所述太阳能光伏电池板通过所述第一DC/DC变换器与所述充电电池连接，所述第一DC/DC变换器上设置有DC/DC变换器开关器件，所述DC/DC变换器开关器件采用MOSFET开关器，所述第二DC/DC变换器设置在所述太阳能光伏电池板和所述第一DC/DC变换器之间，所述超级电容设置在所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器之间的导线上，所述超级电容上还设置有电容开关；所述蓄电装置内部至少设置有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、异常信号检测单元、充电状态显示单元和控制微处理器，其中，所述电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、异常信号检测单元、充电状态显示单元均与所述控制微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其特征在于，所述防雷装置还包括防振锤，其中，所述防振锤、分压环、橡胶绝缘垫和保护地线，所述防振锤设置在最下端，所述分压环设置在最顶端，所述保护地线与所述橡胶绝缘垫设置在所述防振锤与所述分压环之间，所述防振锤、分压环与所述橡胶绝缘垫之间采用所述保护地线相互连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其特征在于，还包括检测模块、缓存器和饱和中断模块，其中，所述检测模块与无线充电接收器的耦合线圈相连，用于检测该耦合线圈的供电功率，所述缓存器与所述检测模块相连接，所述缓存器能够缓存所述检测模块检测到的耦合线圈的供电功率，所述饱和中断模块与所述蓄电装置连接，用于检测所述蓄电装置的电量，当蓄电装置的电量饱和，所述饱和中断模块断开耦合线圈与蓄电装置的连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其特征在于，还包括变压器，所述变压器与所述蓄电装置连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有防雷功能的太阳能光伏无线供电系统，其特征在于，所述用户认证模块包括无线射频网络服务器、射频卡和射频数据库，当所述射频卡中的射频信息与所述射频数据库中的信息匹配成功后，所述无线射频网络服务器将给予持卡者认证资格并实现无线供电与充电，当信息匹配错误时，所述监控报警模块动作，发出报警信号。
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