CN106208911B - 一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，包括浮体式的基座、风光储系统、定位系统模块、监测系统模块、信息中心模块、动力系统模块以及若干充电插口、扫描计费模块、信号收发器和气象监测机构，风光储系统包括垂直轴风力发电机构、光伏发电机构和储能电池，光伏发电机构包括旋转轴以及可作风帆使用的光伏板，光伏板至少有一块且与旋转轴相连。本发明结构紧凑，操作方便，可实现进行自动智能定位和定点移动，为海上电动设备提供紧急供电接口，并进行扫描网上计费，对于海上新能源无污染的用电设备的应用推广有启发意义。

Description

一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩

技术领域

本发明涉及海上新能源发电技术领域，特别涉及到一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩。

背景技术

现在环境保护越来越受到大家的重视，新能源的发展也逐渐趋于成熟。海上新能源电动船逐步成为研究热点，但是由于受到天气等原因，供电稳定性和持续性使海上电动设备的应用受到限制。现有的海上电动船由于其自身的电量限制，无法进行长期长途航行，只能进行短途的或者近海航行以保证其供电要求，使海上电动船的有效推广受到限制。当电动船的电量使用到一定量时，必须及时返航进行充电，一旦返航所需的电量估算有误或者由于天气等其他客观原因造成电动船无法及时返航，电动船便会由于电量耗尽停止航行。此时电动船的人员只能在海上等待其他航行船只的救援，不仅对电动船本身和船上的人员的安全造成一定的威胁，影响了正常的航行需求，同时电动船的电量的经常耗尽，对船上的电力设备也会造成一定的损伤，大大提高了电动船的使用和维护成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，包括浮体式的基座和风光储系统，风光储系统包括垂直轴风力发电机构、光伏发电机构和储能电池，基座为内部空腔结构，储能电池设于基座内，垂直轴风力发电机构和光伏发电机构设于基座上，光伏发电机构包括旋转轴以及可作风帆使用的光伏板，光伏板至少有一块且与旋转轴相连；基座上还设有信号收发器和气象监测机构；基座内设有定位系统模块、用于对气象监测机构和风光储系统的出力调配进行监测的监测系统模块、用于对定位系统模块和监测系统模块的数据进行分析的信息中心模块、用于控制旋转轴的旋转角度和风光储系统的出力调配的动力系统模块以及若干充电插口和扫描计费模块，信号收发器与监测系统模块电连接，动力系统模块与信息中心模块电连接。

进一步的，所述垂直轴风力发电机构包括风轮叶片和叶轮轴，叶轮轴和旋转轴同轴心线设置，旋转轴的底部与动力系统模块相连。

进一步的，所述垂直轴风力发电机构设于光伏发电机构的上部，叶轮轴和旋转轴分别为管状结构，叶轮轴和旋转轴中穿设有立杆，立杆设于基座上，信号收发器和气象监测机构分别设于立杆的顶端。

进一步的，所述叶轮轴通过连接头可转动地设于旋转轴的上端，信号收发器和气象监测机构分别设于旋转轴的顶端。

进一步的，所述风光储系统的出力调配通过风光互补控制器、单片机或PLC控制。

进一步的，所述光伏板上设有可折叠的遮挡板，遮挡板与动力系统模块电连接。

进一步的，所述光伏板设于光伏板壳罩内，遮挡板的一侧与光伏板壳罩相连，遮挡板包括若干折叠板以及可将折叠板折叠的驱动件，驱动件与动力系统模块电连接。

进一步的，所述充电插口和扫描计费模块上分别设有防水盖，扫描计费模块联网，并通过电卡扫描进行扣费。

进一步的，所述光伏板为非水平设置，光伏板通过连接杆与旋转轴相连，光伏板为一整块太阳能电池板或为若干太阳能电池板拼接成的利于航行的船帆状结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明结构简单，成本低廉，利用绿色清洁的风能、太阳能结合储能电池实现混合供电，并把多余的电量存储在储能电池中，给该设备的监控系统模块等供电。本发明结构紧凑，设计巧妙，平衡力好且工作平稳，充分利用定位系统模块和采用调整光伏板的空间位置形成船帆借助风力航行，无需额外的动力设备便可实现对该海上漂浮充电桩的进行自动智能定位和定点移动；同时通过定位系统模块和光伏板的位置的调节可自动保持在原位不动，无需额外的定位锚或定位杆进行固定。本发明能为海上电动设备提供紧急供电接口，并进行扫描网上计费，实现对海上电动设备的紧急自动化智能充电，操作方便，安全性高，节能环保无污染，促进了海上新能源的利用，对于海上新能源无污染的用电设备的应用推广有启发意义。

附图说明

图1为本发明所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明所述的一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，包括浮体式的基座10和风光储系统。风光储系统包括垂直轴风力发电机构、光伏发电机构和储能电池20。垂直轴风力发电机机构在通过风力发电时不需要对风，启动风速低，安装环境要求较低，噪音小，有利于保护周围环境。基座10为内部空腔结构，储能电池20设于基座10内，维修方便。垂直轴风力发电机构和光伏发电机构设于基座10上。光伏发电机构包括旋转轴21以及可作风帆使用的光伏板22，使本装置的结构更加紧凑轻便，在自动航行移动的过程中大大减少了阻力，使航行更加轻巧，而且无需另外的动力设备便可以实现自动航行，光伏板22至少有一块且与旋转轴21相连。光伏板22为非水平设置，光伏板通过连接杆与旋转轴21相连，光伏板22为一整块太阳能电池板或为若干太阳能电池板拼接成的利于航行的船帆状结构。

基座10上还设有信号收发器(图中未画)和气象监测机构(图中未画)。气象监测机构包括风速风向测量仪、温湿度传感器等其他气象监测仪，使本装置在为电动船提供充电的同时，能将装置所在的天气情况实时反馈给岸上的控制站。信号收发器为北斗卫星导航系统的信号收发装置或海事卫星的信号收发装置。基座10内设有由GPS定位系统组成的定位系统模块30、用于对气象监测机构和风光储系统的出力调配进行监测的监测系统模块40、用于对定位系统模块30和监测系统模块40的数据进行分析的信息中心模块50、用于控制旋转轴21的旋转角度和风光储系统的出力调配的动力系统模块60以及若干充电插口70和扫描计费模块80。通过旋转轴21的旋转角度的改变，使光伏板22绕其转动，从而改变了光伏板22的受力面，使光伏板22可用作船帆进行不同方位的航行。

基座10上设有平衡浮力器(图中未画)。平衡浮力器为均匀设置在基座10的四周外壁上的环形浮体结构。平衡浮力器也可以为吊锤，吊锤通过锁链设于基座10的底部，从而很好地保证了基座10的平衡，避免了大风浪对其的影响。

信号收发器与监测系统模块40电连接，动力系统模块60与信息中心模块50电连接。储能电池20分别与垂直轴风力发电机构、光伏发电机构、信号收发器、气象监测机构、定位系统模块30、监测系统模块40、信息中心模块50、动力系统模块60、充电插口70和扫描计费模块80电连接。监测系统模块40上还连接有故障监测模块，故障监测模块分别与风光储系统、动力系统模块60、充电插口70、扫描计费模块80和信息中心模块50电连接，通过故障监测模块能很好的监测各部件的运行情况，一旦有部件出现故障，便会将故障信息及时传送给岸上的控制站，通知工作人员及时维修和处理。

垂直轴风力发电机构包括风轮叶片23和叶轮轴24。叶轮轴24和旋转轴21同轴心线设置，不能节省了使用空间，同时很好地确保了本装置的平衡，提高了漂浮的稳定性。旋转轴21的底部与动力系统模块60相连。垂直轴风力发电机构设于光伏发电机构的上部，叶轮轴24和旋转轴32分别为管状结构，叶轮轴24和旋转轴21中穿设有立杆25，立杆25设于基座10上，信号收发器和气象监测机构分别设于立杆25的顶端。当然，叶轮轴24和旋转轴21也可以通过其他结构布置形成同轴心线设置，可以将叶轮轴24通过连接头可转动地设于旋转轴21的上端，将信号收发器和气象监测机构分别设于旋转轴21的顶端。

风光储系统的出力调配通过风光互补控制器、单片机或PLC控制，使直轴风力发电机构、光伏发电机构的对储能电池20的充电量进行有效分配和控制。

光伏板22上设有可折叠的遮挡板90，遮挡板90与动力系统模块60电连接。光伏板22设于光伏板壳罩内，遮挡板90的一侧与光伏板壳罩相连，遮挡板90包括若干折叠板以及可将折叠板折叠的驱动件，驱动件与动力系统模块60电连接。驱动件可以为齿轮卷扬机构，即通过连接绳索将折叠板依次相连，通过驱动件形成百叶窗式可折叠收缩结构；驱动件也可以为气缸，即将二至三块折叠板通过连杆相连后与气缸的输出端相连，通过动力系统模块60控制气缸从而使折叠板有效折叠。当需要光伏发电时遮挡板即可收缩，电量充足即可伸展遮挡板，既避免风光互补控制器的频繁启停，也很好地保护了光伏板22，避免了风沙在光伏板22在堆积凝固影响正常的发电。本装置在定点移动的过程中，可使遮挡板90一直处于展开状态，使其对光伏板22充分覆盖，此时垂直轴风力发电机构作为主要的发电机构，这样既避免了航行过程中对由于风浪对光伏板22造成损伤，同时也有效避免了航行过程中由于光照角度不稳定造成的供电不稳定的现象的发生。在实际生产的过程中可以在光伏板壳罩上设置加强块，从而很好地增大了光伏板壳罩的强度，避免了光伏板22在形成船帆借助风力提供动力时由于受到的风力过大造成损伤。

充电插口70和扫描计费模块80上分别设有防水盖(图中未画)，扫描计费模块80实现联网，通过购电卡进行网上买电，通过扫描后充电的时间进行计费扣费。充电插口70为电量输出口，可为海上电动船等海上用电产品的供电。充电插口70和扫描计费模块80可设置多个，便于多条电动船能在一个充电桩上进行同时充电。在基座10上还设有链栓(图中未画)，使电动船能与基座10有效固定，避免了在充电的过程中由于海浪或风力等其他因素引起本装置与电动船之间的波动，从而很好地保证了充电的稳定性。

本发明在使用的过程中，可根据建造的该充电桩的规模选择适当数量的光伏板22，通过旋转轴21的转动而改变光伏板22所处的空间位置，通过光伏板22可模拟帆船的风帆，根据帆船航行的原理，利用风力进行航行，并且结合垂直轴风力发电机构、光伏发电机构和储能电池20组成风光储系统进行联合供电，通过监测系统模块40对当地环境的风向、风力以及风光储系统的发电情况进行实时监测，将数据传送给信息中心模块50进行分析，实行相应的控制策略，即令动力系统模块60调整光伏板22组成的风帆方向以及风光储系统的出力调配。定位系统模块30可监测本装置所处的位置，监测系统模块40既可监测本装置的运行情况，还可接受岸边控制站的控制指令，即通过岸边控制站的定位指令，本装置可以通过信息中心模块50进行定位系统模块30的数据和监测系统模块40得到的数据比对，由动力系统模块60驱动本装置自动地定点航行以及定点位置的固定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：包括浮体式的基座和风光储系统，风光储系统包括垂直轴风力发电机构、光伏发电机构和储能电池，基座为内部空腔结构，储能电池设于基座内，垂直轴风力发电机构和光伏发电机构设于基座上，光伏发电机构包括旋转轴以及可作风帆使用的光伏板，光伏板至少有一块且与旋转轴相连；基座上还设有信号收发器和气象监测机构；基座内设有定位系统模块、用于对气象监测机构和风光储系统的出力调配进行监测的监测系统模块、用于对定位系统模块和监测系统模块的数据进行分析的信息中心模块、用于控制旋转轴的旋转角度和风光储系统的出力调配的动力系统模块以及若干充电插口和扫描计费模块，信号收发器与监测系统模块电连接，动力系统模块与信息中心模块电连接；所述光伏板上设有可折叠的遮挡板，遮挡板与动力系统模块电连接；所述光伏板为非水平设置，光伏板通过连接杆与旋转轴相连，光伏板为一整块太阳能电池板或为若干太阳能电池板拼接成的利于航行的船帆状结构。

2.根据权利要求1所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：所述垂直轴风力发电机构包括风轮叶片和叶轮轴，叶轮轴和旋转轴同轴心线设置，旋转轴的底部与动力系统模块相连。

3.根据权利要求2所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：所述垂直轴风力发电机构设于光伏发电机构的上部，叶轮轴和旋转轴分别为管状结构，叶轮轴和旋转轴中穿设有立杆，立杆设于基座上，信号收发器和气象监测机构分别设于立杆的顶端。

4.根据权利要求2所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：所述叶轮轴通过连接头可转动地设于旋转轴的上端，信号收发器和气象监测机构分别设于旋转轴的顶端。

5.根据权利要求1所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：所述风光储系统的出力调配通过风光互补控制器、单片机或PLC控制。

6.根据权利要求1所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：所述光伏板设于光伏板壳罩内，遮挡板的一侧与光伏板壳罩相连，遮挡板包括若干折叠板以及可将折叠板折叠的驱动件，驱动件与动力系统模块电连接。

7.根据权利要求1所述的基于风光储混合动力海上漂浮充电桩，其特征在于：所述充电插口和扫描计费模块上分别设有防水盖，扫描计费模块联网，并通过电卡扫描进行扣费。