CN107492927B - 一种雷电电能收集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种雷电电能收集系统，其包括：引雷装置；收集输入端，至少一个引雷装置的输出端与收集输入端连接；超级电容器，其包括若干组设置于自然水域内的超级电容，每组超级电容中包括若干个串联在一起的超级电容；若干组超级电容中的第一个超级电容并联地与收集输入端连接；收集输出端，若干组超级电容中的最后一个超级电容并联地与收集输出端连接；收集输出端上设置有放电控制器；以及储电装置，其与放电控制器连接。本发明的超级电容器通过若干组设置在自然水域且并联在一起的超级电容来收集雷电电能，并通过放电控制器及时把电能转换给储电装置，其收集过程安全可靠，且能够提高雷电电能的转换量。

Description

一种雷电电能收集系统
技术领域
本发明涉及发电领域，特别涉及一种雷电电能收集系统。
背景技术
我国幅员辽阔，地形复杂多样，大部分区域频发雷电，雷电是一种伴有闪电和雷鸣的放电现象。雷电一般产生于积雨云中，云中的电荷分布复杂，但总体而言以云的上部带正电荷，总部以及下部带有负电荷；因此云的上下部之间形成了一个电位差，当电位差达到一定程度以后就会产生放电现象。雷电的平均电流可以达到3万安培，最大电流可以达到30万安培，其电压约为1亿至10亿伏特，故对雷电电能进行开发利用具有重大的意义。在对雷电电能进行收集时，由于雷电发生瞬间有强大的能量，一般的电容器无法瞬间接纳如此多的电能，从而导致难以安全可靠地对雷电电能进行收集。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雷电电能收集系统，从而克服现有的雷电电能收集过程难以安全可靠地对雷电电能进行收集的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种雷电电能收集系统，其包括：引雷装置；收集输入端，至少一个所述引雷装置的输出端与该收集输入端连接；超级电容器，其包括若干组设置于自然水域内的超级电容，每组所述超级电容中包括若干个串联在一起的所述超级电容；若干组所述超级电容中的第一个所述超级电容并联地与所述收集输入端连接；收集输出端，若干组所述超级电容中的最后一个所述超级电容并联地与该收集输出端连接；该收集输出端上设置有放电控制器；以及储电装置，其与所述放电控制器连接。
优选地，上述技术方案中，所述引雷装置包括塔体以及设置于所述塔体顶端的引雷针，所述塔体上设置有避雷装置。
优选地，上述技术方案中，所述收集输入端设置有保护电路。
优选地，上述技术方案中，所述储电装置包括并联地与所述放电控制器连接的电网、蓄电池组以及备用电容。
优选地，上述技术方案中，所述收集输出端还与一电量传感器连接，所述电量传感器与一单片机连接，所述单片机与所述放电控制器连接，且所述单片机与一服务器连接，所述服务器与一电脑连接。
优选地，上述技术方案中，所述电量传感器通过ZigBee无线网络与所述单片机连接。
优选地，上述技术方案中，所述单片机通过GPRS模块与所述服务器连接。
优选地，上述技术方案中，所述服务器还与手机连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的超级电容器中的每组超级电容包括若干个串联在一起的超级电容，且若干组设置在自然水域且并联在一起，整体形成一个“超级自然电容器”，超级电容器获得的雷电电能再通过放电控制器及时转换给储电装置，其收集过程安全可靠，且能够提高雷电电能的转换量。
2、本发明的储电装置包括电网、蓄电池组以及备用电容，放电控制器将超级电容器内的电能根据需要转换到电网、蓄电池组或备用电容中，以提高雷电电能转换量，并把雷电电能根据需要供给不同的场所。
3、本发明通过电量传感器、单片机以及服务器来监测超级电容器内是否有电，从而便于实时操控放电控制器进行放电控制，并避免因漏电流而损失雷电电能，使超级电容器随时处于一种‘有电即放’的状态，这样提高了雷电电能的转换量，以及避免了超级电容器中的超级电容因满载而继续充电而被高强度的雷电电压击穿损坏。
附图说明
图1是根据本发明雷电电能收集系统的结构示意图。
图2是根据本发明的超级电容器的结构示意图。
图3是根据本发明的窗口程序的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-引雷装置，11-塔体，12-引雷针，13-避雷装置；2-收集输入端，21-保护电路；3-超级电容器，31-超级电容；4-收集输出端，41-放电控制器；5-储电装置，51-电网，52-蓄电池组，53-备用电容；6-电量传感器；7-单片机，71-GPRS模块，72-协调器；8-服务器，81-电脑，82-手机，83-远程监控平台，84-监控主页，85-数据实时显示界面，86-放电控制器设置页面；9-Internet网络。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1至图3显示了根据本发明优选实施方式的一种雷电电能收集系统的结构示意图，该雷电电能收集系统包括引雷装置1、收集输入端2、超级电容器3、收集输出端4以及储电装置。参考图1，引雷装置1设置于雷电频发区域，其在发生雷电时接收雷电电能。优选地，引雷装置1包括塔体11、引雷针12以及避雷装置13，引雷针12设置于塔体11的顶端，避雷装置13设置于塔体11的外侧，至少一个引雷装置1的输出端与收集输入端2连接。
参考图2，超级电容器3包括若干组设置于自然水域内的超级电容31，每组超级电容31中包括若干个串联在一起的超级电容31。超级电容31包括绝缘材料板、活性炭材料多孔电极板及电解质溶液。可以合理地运用水库、水塘、鱼塘等自然资源，严格按照设计超级电容器3的方式和原理，就地取材，在雷电频发区域的把上述水域设计成若干个独立绝缘的矩形区域，每一个矩形区域设置一个超级电容31，将这些矩形区域中的超级电容31串并联在一起便得到超级电容器3，其实际上是形成了一个“超级自然电容器”。继续参考图1和图2，超级电容器3中的若干组超级电容31中的第一个超级电容31并联地与收集输入端2连接，以使引雷装置1接收到的电能转换到超级电容器3。优选地，收集输入端2设置有保护电路21，超级电容器3过载时，保护电路21中的继电器断开，以使超级电容器3中的各个超级电容31及时与引雷装置1断开连接。
继续参考图1，超级电容器3中的若干组超级电容31中的最后一个超级电容31并联地与收集输出端4连接，收集输出端4上设置有放电控制器41，储电装置5与放电控制器41连接。放电控制器41用于控制超级电容器3内收集到的电能及时通过收集输出端4放电给储电装置5。优选地，储电装置5包括并联地与放电控制器41连接的电网51、蓄电池组52以及备用电容53。放电控制器41将超级电容器3内的电能根据需要转换到电网51、蓄电池组52或备用电容53中，以提高雷电电能转换量，并把雷电电能根据需要供给不同的场所。
本发明的超级电容器3中通过若干个超级电容31串并联在一起以整体形成一个“超级自然电容器”，当某一组超级电容31出现过载情况时，该区域关闭，雷电可以转而存储到另一组超级电容31，不会影响对电能的快速存储。超级电容器3获得的雷电电能再通过放电控制器41及时转换给储电装置5。本发明收集过程安全可靠，且能够提高雷电电能的转换量。
若雷电储存在超级电容器3中而没有及时转换出来，则容易导致电容漏电而导致电能的浪费，因此，继续参考图1，本发明进一步地，收集输出端4还与一电量传感器6连接，电量传感器6与一单片机7连接，单片机7与放电控制器41连接，且单片机7与一服务器8连接，服务器8与一电脑81连接。电量传感器6用于监测超级电容器3内是否有电，然后将采集到的数据输送给单片机7，经单片机7处理后，将数据输送给服务器8，服务器8接收数据并在电脑81上显示出来，工作人员根据显示的数据知道超级电容器3内有电时，从电脑81输入指令，指令经单片机反馈给放电控制器41，从而把超级电容器3内的电能转换到电网6、蓄电池组5或备用电容4中。优选地，电量传感器6通过ZigBee无线网络与单片机7连接，单片机7设置有协调器72来接收电量传感器6的数据，以应用ZigBee技术实现监控超级电容器3内存电情况。进一步优选地，单片机7通过GPRS模块71与服务器8连接，从而通过Internet网络9实现单片机7、服务器8及电脑81之间数据的输送。再进一步优选地，服务器8还与手机82连接，以方便操作人员通过手机82来监测和输入指令。
参考图3，GPRS模块71采用的是TCP数据传输协议，为了建立与GPRS模块71的通讯需在服务器8终端设计一个窗口程序。窗口程序主要包括远程监控平台83、监控主页84、数据实时显示界面85以及放电控制器设置页面86。工作人员通过远程监控平台83对数据进行实时的监测，通过放电控制器设置界面86对放电控制器41进行放电控制。本发明采用的监控方式为B/S结构，因此工作人员可通过手机82或PC端登录web网站对放电控制器71进行实时控制。
本发明通过设置电量传感器6来对超级电容器3内的存电情况进行实时监测，以使工作人员能及时向放电控制器41发放指令，从而使超级电容器3随时处于一种‘有电即放’的状态，这样提高了雷电电能的转换量，避免了超级电容31因漏电流而损失雷电电能，同时避免了超级电容器3中的超级电容31在满载时还被继续充电而被高强度的雷电电压击穿损坏，以进一步提高对雷电电能收集过程的安全性和可靠性。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种雷电电能收集系统，其特征在于，包括：
引雷装置；
收集输入端，至少一个所述引雷装置的输出端与该收集输入端连接；
超级电容器，其包括若干组设置于自然水域内的超级电容，每组所述超级电容中包括若干个串联在一起的所述超级电容；若干组所述超级电容中的第一个所述超级电容并联地与所述收集输入端连接，将在雷电频发的区域把所述自然水域设计成若干个独立绝缘的矩形区域，每一个矩形区域设置一个超级电容，将这些矩形区域中的超级电容串并联在一起得到超级电容器；
每组超级电容包括绝缘材料板、活性炭材料多孔电极板及电解质溶液；
收集输出端，若干组所述超级电容中的最后一个所述超级电容并联地与该收集输出端连接；该收集输出端上设置有放电控制器；以及
储电装置，其与所述放电控制器连接；
所述储电装置包括并联地与所述放电控制器连接的电网、蓄电池组以及备用电容。
2.根据权利要求1所述的雷电电能收集系统，其特征在于，所述引雷装置包括塔体以及设置于所述塔体顶端的引雷针，所述塔体上设置有避雷装置。
3.根据权利要求1所述的雷电电能收集系统，其特征在于，所述收集输入端设置有保护电路。
4.根据权利要求1所述的雷电电能收集系统，其特征在于，所述收集输出端还与一电量传感器连接，所述电量传感器与一单片机连接，所述单片机与所述放电控制器连接，且所述单片机与一服务器连接，所述服务器与一电脑连接。
5.根据权利要求4所述的雷电电能收集系统，其特征在于，所述电量传感器通过ZigBee无线网络与所述单片机连接。
6.根据权利要求4所述的雷电电能收集系统，其特征在于，所述单片机通过GPRS模块与所述服务器连接。
7.根据权利要求4所述的雷电电能收集系统，其特征在于，所述服务器还与手机连接。
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