CN108449007A - 集成微风与光伏发电互补智能多元化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，包括：系统站台，所述系统站台包括底座、站台支撑架和顶棚；光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能电池板和充电保护电路，所述充电保护电路的输入端连接太阳能电池板的输出端；风力发电系统，所述风力发电系统包括风力叶轮、齿轮箱、主动锥齿轮、从动锥齿轮与从动锥齿轮对应的发电机；蓄电池，所述蓄电池的输入端分别连接充电保护电路的输出端和发电机的输出端；所述站台支撑架上设有新能源机动车充电接口、手机充电接口、水电气充值终端、公交卡充值终端、校园卡充值终端、电视广告终端、公共安全监视终端和语音视频终端。
Description
技术领域
本发明涉及发电设备领域，特别是一种集成微风与光伏发电互补智能多元化系统。
背景技术
随着全球能源紧缺、温室效应、雾霾问题的日益严重，传统的火力发电正逐渐被淘汰，清洁能源发电正逐渐受到各国的青睐。特别是可再生能源，它们在自然界可以循环再生，是取之不尽、用之不竭的能源，不需要人力参与便会自动再生。我国太阳能、风能丰富，合理利用太阳能、风能是利国利民的有益大事。
我们的太阳能、风能发电主要是依靠在东南沿海、西藏、内蒙古等地区集中大规模修建发电机组，再将电输送至用电城市，而各用电量大的城市本身的太阳能、风能缺少有效利用。如何将城市分散的太阳能、风能加以利用，是当前我国太阳能、风能利用的一大难点。
另外，在我国部分农村地区，也存在以下供电问题：
1、输电线路长，成本高；
2、如专门修建发电站，不仅成本高，也会对农村的绿色生态环境造成破坏。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，结合多种市政便民终端，能充分有效地利用城市分散的太阳能、风能，并提供实用的便民服务；从中选择需要的功能模块还可解决部分农村供电和生活问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，包括：
系统站台，所述系统站台包括底座、站台支撑架和顶棚，所述支撑架垂直设于底座的顶部，所述顶棚设于站台支撑架的顶部；
光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能电池板和充电保护电路，所述太阳能电池板设于顶棚的顶部，所述充电保护电路的输入端连接太阳能电池板的输出端；
风力发电系统，所述风力发电系统包括风力叶轮、主动轴、齿轮箱、主动锥齿轮、从动锥齿轮以及与从动锥齿轮对应的发电机；所述主动轴由上至下均布有多组风力叶轮，所述主动锥齿轮设于齿轮箱内的顶部，所述主动锥齿轮的轴心连接主动轴的底端，所述主动锥齿轮的底部周边均布有与其啮合的从动锥齿轮，所述齿轮箱的外侧均布有与从动锥齿轮的轴心对应连接的发电机；
蓄电池，所述蓄电池的输入端分别连接充电保护电路的输出端和发电机的输出端；
所述站台支撑架上设有新能源机动车充电接口、手机充电接口、水电气充值终端、公交卡充值终端、校园卡充值终端、电视广告终端、公共安全监视终端和语音视频终端。
其中，新能源机动车充电接口为电动车等新能源交通工具提供充电服务；手机充电接口用于为手机提供充电服务；水电气充值终端为市政服务项目，可与市政部门合作，为市民提供方便的水电气日常充值缴费服务；公交卡充值终端可与公交公司合作，通过在站台安装充值终端市民提供便捷的充值服务而无须跑到专门的营业点进行充值；校园卡充值终端可与各学校合作，互通数据为学生提供便捷的校园卡充值、查询服务；电视广告终端用于接收广告投放，即使为了全民，该系统模块免费安装供使用，也可通过广告收入维持；公共安全监视终端主要包括摄像头和报警器，用于监视系统站台附近，并可将监视数据接入与公安安防系统，为安保工作提供支持；当将本系统模块用于公交站台时，候车人员可通过语音视频终端与亲友进行视频通话，调节心情，避免旅途烦闷。
本发明将光伏发电和风力发电结合，同时整合多种市政便民终端，将其分布于城市中，可充分利用城市分散的太阳能和风能发电，为自带的各市政便民终端供电提供服务，即充分利用了可再生能源，又降低了市政便民终端的布线成本，为人们日常生活提供极大的方便；可根据选择不同的功能组合搭配，将其布置于公交站台，校园附近和偏远乡村，即能解决供电问题，还能为人们生活带来极大方便，一举多得。
无需风向跟踪系统、效率高、微风或软风即可启动。从动锥齿轮与主动锥齿轮呈90度咬合，组成一个增速齿轮传动体，达到将高动力、高速度、高扭力传递给发电机发电。使用多个从动锥齿轮均匀分布设置，可到达多台发电机组运行，实现一个闭环动力传动机构，即使一台发电机组故障也不会造成系统发电瘫痪，具结构紧凑风阻小。
优选地，所述充电保护电路包括控制芯片、充放电驱动电路和分压电路，所述充放电驱动电路包括三极管和MOS管，所述MOS管的漏极与太阳能电池板的正极连接，所述MOS管的栅极与三极管的集电极连接，所述三极管的基极与控制芯片的输出引脚连接，所述分压电路包括相互串联的第一电阻和第二电阻；所述控制芯片的触发引脚和重置锁定引脚并联后一路通过第一电阻与蓄电池的充电正极连接，另一路通过第二电阻后接地，所述控制芯片的触发引脚与放电引脚之间串联有第三电阻，所述蓄电池的充电正极与三极管的集电极之间串联有第四电阻，所述太阳能电池板的正极与蓄电池的充电正极之间串联有防反充电的第一二极管，所述控制芯片的控制引脚通过电容后接地，所述蓄电池的充电负极、三极管的发射极、MOS管的源极和太阳能电池板的负极均接地。
优选地，所述控制芯片的输出引脚与三极管的基极之间串联有第五电阻，所述三极管的集电极与MOS管的栅极之间串联有第六电阻。
优选地，所述蓄电池的充电正极与充电负极之间还连接有防蓄电池反接的保护电路，所述保护电路包括保险丝和第二二极管，所述保险丝的一端与蓄电池的充电正极连接，所述第二二极管的阴极与保险丝的另一端连接，所述第二二极管的阳极与蓄电池的充电负极连接。
优选地，所述主动锥齿轮的圆周侧面上均布有直齿，所述主动锥齿轮的圆周侧均布有与其啮合的从动直齿轮，所述齿轮箱的外侧均布有与从动直齿轮的轴心对应连接的发电机。
优选地，所述发电机与从动锥齿轮和从动直齿轮之间设有增速机。
优选地，所述叶片在以风力叶轮的轴心为圆心的圆周上阵列设置。
优选地，所述叶片在风力叶轮的间隔角度相等的半径方向上阵列设置，且所有径向上阵列设置的叶片中相邻两叶片间的距离相等。
本发明的有益效果是：
1、结合多种市政便民终端，能充分有效地利用城市分散的太阳能、风能，并提供实用的便民服务；从中选择需要的功能模块还可解决部分农村供电和生活问题；
2、风力发电系统结构简单、转速高，无需风向跟踪系统、效率高、微风或软风即可启动，安装和维护成本低、体积小、重量轻、噪音小、故障率低、运输方便；
3、齿轮箱的上方设有多组风力叶轮，无论风向如何，风力叶轮都能旋转，从而带动发电机发电，对风力方向没有要求，且多组风力叶轮发电能力强，风能利用率高；
4、通过主动锥齿轮带动多个从动锥齿轮和从动直齿轮的结构，可以实现多发电机运转，一年365天不断电、风能利用率极高，即使有一台发电机组故障也不会造成系统发电瘫痪，具结构紧凑风阻小；
5、通过控制芯片电路与分压电路实时监测蓄电池的电量，还能根据蓄电池电量控制太阳能电池板对蓄电池的充电，及在蓄电池电量饱和后进行电流泄放，能有效的实现对蓄电池的保护，同时能在蓄电池电量低于设定的分压电路的分压比后自动进行续充电，且电路结构简单。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的原理示意图；
图3为本发明实施例中充电保护电路的电路示意图；
图4为本发明实施例中主动锥齿轮、从动锥齿轮和从动直齿轮的结构示意图；
附图标记：10-底座，11-站台支撑架，12-顶棚，20-风力叶轮，21-齿轮箱，22-主动锥齿轮，23-从动锥齿轮，24-从动直齿轮，25-发电机，30-新能源机动车充电接口，31-手机充电接口，32-水电气充值终端，33-公交卡充值终端，34-校园卡充值终端，35-电视广告终端，36-公共安全监视终端，37-语音视频终端，38-控制器，39-无线通讯模块，40-总服务器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
如图1-4所示，一种集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，包括：
系统站台，所述系统站台包括底座10、站台支撑架11和顶棚12，所述站台支撑架11垂直设于底座10的顶部，所述顶棚12设于站台支撑架11的顶部；
光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能电池板和充电保护电路，所述太阳能电池板设于顶棚12的顶部，所述充电保护电路的输入端连接太阳能电池板的输出端；
风力发电系统，所述风力发电系统包括风力叶轮20、主动轴、齿轮箱21、主动锥齿轮22、从动锥齿轮23以及与从动锥齿轮23对应的发电机25；所述主动轴由上至下均布有多组风力叶轮20，所述主动锥齿轮22设于齿轮箱21内的顶部，所述主动锥齿轮22的轴心连接主动轴的底端，所述主动锥齿轮22的底部周边均布有与其啮合的从动锥齿轮23，所述齿轮箱21的外侧均布有与从动锥齿轮23的轴心对应连接的发电机25；
蓄电池，所述蓄电池的输入端分别连接充电保护电路的输出端和发电机25的输出端；
所述站台支撑架11上设有新能源机动车充电接口30、手机充电接口31、水电气充值终端32、公交卡充值终端33、校园卡充值终端34、电视广告终端35、公共安全监视终端36和语音视频终端37。
风力发电系统无需风向跟踪系统、效率高、微风或软风即可启动。从动锥齿轮与主动锥齿轮呈90度咬合，组成一个增速齿轮传动体，达到将高动力、高速度、高扭力传递给发电机发电。使用多个从动锥齿轮均匀分布设置，可到达多台发电机组运行，实现一个闭环动力传动机构，即使一台发电机组故障也不会造成系统发电瘫痪，具结构紧凑风阻小。
在齿轮箱的上方设置多组风力叶轮，可以进一步增加风能的利用率。
将光伏发电和风力发电结合，同时整合多种市政便民终端，将其分布于城市中，可充分利用城市分散的太阳能和风能发电，为自带的各市政便民终端供电提供服务，即充分利用了可再生能源，又降低了市政便民终端的布线成本，为人们日常生活提供极大的方便。各终端统一由控制器控制，并由蓄电池统一供电，控制器可通过无线通讯模块与总服务器交换数据。
在其中一个实施例中，所述充电保护电路包括控制芯片U1、充放电驱动电路和分压电路，所述充放电驱动电路包括三极管Q1和MOS管Q2，所述MOS管Q2的漏极与太阳能电池板的正极连接，所述MOS管Q2的栅极与三极管Q1的集电极连接，所述三极管Q1的基极与控制芯片U1的输出引脚连接，所述分压电路包括相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2；所述控制芯片U1的触发引脚和重置锁定引脚并联后一路通过第一电阻R1与蓄电池的充电正极连接，另一路通过第二电阻R2后接地，所述控制芯片U1的触发引脚与放电引脚之间串联有第三电阻R3，所述蓄电池的充电正极与三极管Q1的集电极之间串联有第四电阻R4，所述太阳能电池板的正极与蓄电池的充电正极之间串联有防反充电的第一二极管D1，所述控制芯片U1的控制引脚通过电容C1后接地，所述蓄电池的充电负极、三极管Q1的发射极、MOS管Q2的源极和太阳能电池板的负极均接地。
所述控制芯片U1的输出引脚与三极管Q1的基极之间串联有第五电阻R5，所述三极管Q1的集电极与MOS管Q2的栅极之间串联有第六电阻R6。
所述蓄电池的充电正极与充电负极之间还连接有防蓄电池反接的保护电路，所述保护电路包括保险丝F1和第二二极管D2，所述保险丝F1的一端与蓄电池的充电正极连接，所述第二二极管D2的阴极与保险丝F1的另一端连接，所述第二二极管D2的阳极与蓄电池的充电负极连接。
为防止蓄电池过充，本发明在蓄电池与太阳能电池板之间设置了充电保护电路，并在蓄电池的充电正极和充电负极之间设置了防反接的保护电路。
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面详述充电保护电路的工作过程和使用方法。
本发明的控制芯片可选用型号为NE555的控制芯片，控制芯片U1的引脚说明：
Pin 1接地引脚--地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2触发引脚--这个脚位是触发控制芯片U1使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin 3输出引脚--当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin 4重置引脚--一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5控制引脚--这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6重置锁定引脚--Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin 7放电引脚--这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin 8电源引脚--这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
太阳能电池板的正极接至防反充电的第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极接12V蓄电池的正极，所有公共端接地，实现太阳能电池板给蓄电池充电。
充电保护电路在初始上电时，由于电容C1的作用使控制芯片U1的Pin 2为低电平，Pin 3输出高电平，此时三极管Q1导通，MOS管Q2截止，允许太阳能电池板给蓄电池充电。
当蓄电池所充的电压小于14.4V时，由第一电阻R1、第二电阻R2组成的串联分压电路送至控制芯片U1的Pin 2和Pin 6电压低于2/3控制芯片U1的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当控制芯片U1的Pin2和Pin 6的电压高于2/3控制芯片U1供电电压时，控制芯片U1的Pin 3输出低电平，使三极管Q1截止，而MOS管Q2导通，由于MOS管Q2与地的导通，实现给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池的充电。
在控制芯片U1的Pin 3输出低电平的状态下，其Pin 7导通，相当于将第三电阻R3并入电路中。此时电路中通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的分压比可以算出，当蓄电池电压低于设定值13V时，电路状态再次翻转，控制芯片U1的Pin3在此输出高电平，允许蓄电池充电。
由于第二二极管D2为防反接二极管，这样当蓄电池极性接反时，第二二极管D2导通，使蓄电池通过第二二极管D2并短路放电，产生很大电流快速使保险丝F1烧断，有效起到防蓄电池反接保作用。
在另外一个实施例中，所述主动锥齿轮22的圆周侧面上均布有直齿，所述主动锥齿轮22的圆周侧均布有与其啮合的从动直齿轮24，所述齿轮箱21的外侧均布有与从动直齿轮24的轴心对应连接的发电机25。
为进一步优化风能的利用率，将主动锥齿轮的圆周侧设置多个从动直齿轮，然后通过从动直齿轮连接发电机。
在另外一个实施例中，所述发电机25与从动锥齿轮23或从动直齿轮24之间设有增速机。
加设增速机后，可进一步提高发电机的转速，提高发电效率。
在另外一个实施例中，所述叶片在以风力叶轮20的轴心为圆心的圆周上阵列设置。
在另外一个实施例中，所述叶片在风力叶轮20的间隔角度相等的半径方向上阵列设置，且所有径向上阵列设置的叶片中相邻两叶片间的距离相等。
均匀整齐的设置大量的叶片，可以增加风能的利用率，具体的，在本实施例中，在风力叶轮的中轴上设有多个垂直于该中轴的叶片支架，且叶片支架以该中轴为中心环绕中轴均匀分布，然后在各叶片支架上设置叶片，位于各叶片支架上距中轴距离相等的一圈叶片自然形成了以中轴为圆心的圆周阵列叶片，而每个支架上相邻两叶片之间的距离均相等，各支架上的叶片自然形成了沿支架长度方向的直线阵列叶片。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，包括：
系统站台，所述系统站台包括底座、站台支撑架和顶棚，所述站台支撑架垂直设于底座的顶部，所述顶棚设于站台支撑架的顶部；
光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能电池板和充电保护电路，所述太阳能电池板设于顶棚的顶部，所述充电保护电路的输入端连接太阳能电池板的输出端；
风力发电系统，所述风力发电系统包括风力叶轮、主动轴、齿轮箱、主动锥齿轮、从动锥齿轮以及与从动锥齿轮对应的发电机；所述主动轴由上至下均布有多组风力叶轮，所述主动锥齿轮设于齿轮箱内的顶部，所述主动锥齿轮的轴心连接主动轴的底端，所述主动锥齿轮的底部周边均布有与其啮合的从动锥齿轮，所述齿轮箱的外侧均布有与从动锥齿轮的轴心对应连接的发电机；
蓄电池，所述蓄电池的输入端分别连接充电保护电路的输出端和发电机的输出端；
所述站台支撑架上设有新能源机动车充电接口、手机充电接口、水电气充值终端、公交卡充值终端、校园卡充值终端、电视广告终端、公共安全监视终端和语音视频终端。
2.根据权利要求1所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述充电保护电路包括控制芯片、充放电驱动电路和分压电路，所述充放电驱动电路包括三极管和MOS管，所述MOS管的漏极与太阳能电池板的正极连接，所述MOS管的栅极与三极管的集电极连接，所述三极管的基极与控制芯片的输出引脚连接，所述分压电路包括相互串联的第一电阻和第二电阻；所述控制芯片的触发引脚和重置锁定引脚并联后一路通过第一电阻与蓄电池的充电正极连接，另一路通过第二电阻后接地，所述控制芯片的触发引脚与放电引脚之间串联有第三电阻，所述蓄电池的充电正极与三极管的集电极之间串联有第四电阻，所述太阳能电池板的正极与蓄电池的充电正极之间串联有防反充电的第一二极管，所述控制芯片的控制引脚通过电容后接地，所述蓄电池的充电负极、三极管的发射极、MOS管的源极和太阳能电池板的负极均接地。
3.根据权利要求2所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述控制芯片的输出引脚与三极管的基极之间串联有第五电阻，所述三极管的集电极与MOS管的栅极之间串联有第六电阻。
4.根据权利要求3所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述蓄电池的充电正极与充电负极之间还连接有防蓄电池反接的保护电路，所述保护电路包括保险丝和第二二极管，所述保险丝的一端与蓄电池的充电正极连接，所述第二二极管的阴极与保险丝的另一端连接，所述第二二极管的阳极与蓄电池的充电负极连接。
5.根据权利要求1所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述主动锥齿轮的圆周侧面上均布有直齿，所述主动锥齿轮的圆周侧均布有与其啮合的从动直齿轮，所述齿轮箱的外侧均布有与从动直齿轮的轴心对应连接的发电机。
6.根据权利要求5所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述发电机与从动锥齿轮和从动直齿轮之间设有增速机。
7.根据权利要求5所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述叶片在以风力叶轮的轴心为圆心的圆周上阵列设置。
8.根据权利要求7所述的集成微风与光伏发电互补智能多元化系统，其特征在于，所述叶片在风力叶轮的间隔角度相等的半径方向上阵列设置，且所有径向上阵列设置的叶片中相邻两叶片间的距离相等。
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