CN108462429B - 一种离网型新能源智能供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离网型新能源智能供电系统,包括两组光伏组件、风能‑雨水发电设备、控制系统及蓄电池,光伏组件由光伏板边框、嵌入在光伏板边框内的太阳能电池板和用于固定所述光伏组件的第一旋转杆和第二旋转杆组成,风能‑雨水发电设备包括风力发电机、风叶、发电机支架和橡胶密封条,风能‑雨水发电设备设在两组光伏组件之间,风叶紧贴所述太阳能电池板上,控制系统控制光伏组件和风能‑雨水发电设备进行角度调节,光伏组件和风能‑雨水发电设备所转化的电能存储在蓄电池中为其他用电设备供电。本发明提供采用太阳能供电、风能‑雨水供电混合供电方式,为偏远地区或人烟稀少区提供最优化的系统配置。

Description

一种离网型新能源智能供电系统
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域,更具体地说,涉及一种离网型新能源智能供电系统。
背景技术
通信基站、微波站、雷达站等大型用电设施一般建在比较偏远的山区或人烟稀少区,此类地区通常没有市电电网的覆盖,利用市电供电往往不太理想,再者,由于石油、煤炭、天然气等自然资源的短缺性、不可再生性以及对环境的污染性,开发可再生、无污染能源成为能源研究的重要方向,太阳能、风能等作为绿色环保的新能源,作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源越来越受研究者的重视,随着新能源的快速发展,目前太阳能光伏的应用已非常广泛,太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统;而风也是一种潜力很大的新能源,风力发电的原理是把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能。
新能源发电的应用已经十分广泛,关于新能源发电的技术方案已有相关的技术方案公开,如中国专利号:ZL201420431568.4,授权公告日:2015年2月4日,发明创造名称为:一种太阳能路灯,该申请案公开了一种太阳能路灯,包括灯杆,所述灯杆上设有至少一个照明灯,所述灯杆的上端部设有太阳能电池板,且太阳能电池板呈开口朝上的喇叭状结构,太阳能电池板与灯杆之间设有加强板,太阳能电池板底部设有漏孔,且与灯杆内部相通,灯杆的竖直段上设有雨水发电装置,灯杆的一侧上设有电能存储装置。该专利方案将太阳能电池板设置为喇叭状结构,这样随着太阳的转动,太阳能电池板的受光面积大,同时还可以将下雨的雨水收集进入灯杆内冲击雨水发电装置,利用雨水的重力势能进行发电。该方案虽然能够在太阳照射方位变化时保持在发电状态,但由于发电装置成锥形分布,能够接受太阳照射的面积有限。
再者,现有的新能源发电不能很好将风能、太阳能和雨水发电结合在一起,即便能实现混合供电模式,其结构也相应的复杂,不能提供最优化的蓄电装置。
因此,提供一种离网型新能源智能供电系统是本领域亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种离网型新能源智能供电系统,采用太阳能供电、风能-雨水供电混合供电方式,为偏远地区或人烟稀少区提供最优化的系统配置,解决了现有技术中的偏远山区的大型用电设施的供电系统需要埋设电缆,并由电缆连接到市电网络上才能供电,需要消耗电能且成本高的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:本发明一种离网型新能源智能供电系统,包括两组光伏组件、风能-雨水发电设备、控制系统及蓄电池,所述光伏组件由光伏板边框、嵌入在光伏板边框内的太阳能电池板和用于固定所述光伏组件的第一旋转杆和第二旋转杆组成,所述风能-雨水发电设备包括风力发电机、风叶、发电机支架和橡胶密封条,所述风能-雨水发电设备设在两组光伏组件之间,所述风叶紧贴所述太阳能电池板上,所述控制系统控制光伏组件和风能-雨水发电设备进行角度调节,所述光伏组件和风能-雨水发电设备所转化的电能存储在控制系统的蓄电池中为其他用电设备供电。
为了进一步实现本发明,所述第一旋转杆和第二旋转杆的一端固定连接到光伏组件上,另一端铰接在主支杆的顶部处。
为了进一步实现本发明,所述第一旋杆转利用第一步进电机通过链轮机构与铰接轴连接,调整光伏组件的水平平面内的角度;所述第一旋转杆利用第二步进电机通过齿轮间的配合与旋转杆连接,调整光伏组件的竖直平面内的角度;所述第二旋杆转利用第三步进电机通过链轮机构与铰接轴连接,调整光伏组件的水平平面内的角度;所述第一旋转杆利用第四步进电机通过齿轮间的配合与旋转杆连接,调整光伏组件的竖直平面内的角度。
为了进一步实现本发明,所述两组光伏组件与水平平面之间的调整角度为0度~90度;所述两组光伏组件与竖直平面之间的调整角度为0度~180度。
为了进一步实现本发明,所述风叶与风力发电机相连,所述风力发电机通过发电机支架与主支杆相连,风力发电机固定在发电机支架的一端,发电机支架的另一端铰接在主支杆的顶部,利用支架步进电机通过链轮机构与铰接轴连接,调整风能-雨水发电设备与水平平面的角度,所述风叶为弧形长条状,长条状的底部设有橡胶密封条。
为了进一步实现本发明,所述风能-雨水发电设备与水平平面之间的调整角度为0度~90度。
为了进一步实现本发明,所述光伏组件设置有光能传感器和湿度感应装置,所述风能-雨水发电设备设置了风力检测器,所述光能传感器、湿度感应装置和风力检测器均设有一发电阈值。
为了进一步实现本发明,所述控制系统包括AD转换器、单片机、计算模块和控制模块,所述光能传感器、湿度感应装置和风力检测器输出端皆与AD转换器的输入端电性连接,AD转换器的输出端与计算模块的输入端电性连接,计算模块的输入端与单片机的输出端电性连接,单片机的输出端与控制模块的输入端电性连接,控制模块的输出端分别与第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机的输入端电性连接。
为了进一步实现本发明,所述发电机支架、第一旋转杆和第二旋转杆均设置有结构增强杆。
有益效果
1.本发明设置了光伏组件和风能-雨水发电设备,在晴朗天气下能够利用太阳能或风能进行发电,在雨天可利用雨水进行发电,保证了用电设备在不同天气下均能够正常工作,保证了在电力缺乏的偏远地区建立用电设施的电力供应,不需要单独为偏远地区的通信基站设立供电电网,节约了成本。
2.本发明型设置了光能传感器、湿度感应装置和风力检测器与控制系统连接,能够保证控制系统智能控制,同时,通过控制系统内部单片机智能计算智能选择发电设备为所述蓄电池充电,以实现最优的系统配置及设备。
3.本发明设置有第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机调整光伏组件和风能-雨水发电设备的水平平面内的角度或竖直平面内的角度,以使光伏组件和风能-雨水发电设备处于高效的集能状态。
4.本发明离网型的智能监控系统结构简单,安装简便,经济实用、环保节能的特点。
附图说明
附图1为本发明一种离网型新能源智能供电系统整体结构示意图;
附图2为本发明风能-雨水发电设备与光伏组件之间结构示意图;
附图3为本发明一种离网型新能源智能供电系统控制系统的流程图;
附图4为本发明风能-雨水发电设备与光伏组件合并结构示意图;
附图5为本发明风能-雨水发电设备与光伏组件分离结构示意图。
附图标记
1、两组光伏组件;11、光伏板边框;12、太阳能电池板;13、第一旋转杆;131、第一步进电机;132、第二步进电机;14、第二旋转杆;141、第三步进电机;142、第四步进电机;2、风能-雨水发电设备;21、风力发电机;22、风叶;23、发电机支架;24、橡胶密封条;25、支架步进电机;3、控制系统;4、蓄电池。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进一步说明:
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是,下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向,词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1和图2所示,本发明的一种离网型新能源智能供电系统,包括两组光伏组件1、风能-雨水发电设备2、控制系统3(图中未标出)及蓄电池4,所述光伏组件1由光伏板边框11、嵌入在光伏板边框内的太阳能电池板12和用于固定所述光伏组件的第一旋转杆13和第二旋转杆14组成,所述风能-雨水发电设备2包括风力发电机21、风叶22、发电机支架23和橡胶密封条24,所述风能-雨水发电设备2设在两组光伏组件1之间,所述风叶22紧贴所述太阳能电池板12上,所述控制系统3控制光伏组件1和风能-雨水发电设备2进行角度调节,所述光伏组件1和风能-雨水发电设备2所转化的电能存储在蓄电池4中为其他用电设备供电。
如图1和图2所示,所述光伏组件1固定在主支杆上且位于南面,所述光伏组件1与所述蓄电池3相连接;所述光伏组件1包括:光伏板边框11和太阳能电池板12和旋转杆13,所述光伏板边框11采用硬质合金,具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,太阳能电池板12嵌入在光伏板边框11内,用于吸收太阳能转换为电能,所述光伏组件由数量大于或等于一块的太阳能电池板12组成,本实施例中,采用两组光伏组件1并排固定在第一旋转杆13和第二旋转杆14的上端,所述第一旋转杆13的另一端铰接在主支杆的顶部,利用第一步进电机131通过链轮机构与铰接轴连接,调整光伏组件的水平平面内的角度;利用第二步进电机132通过齿轮间的配合与旋转杆连接,调整光伏组件的竖直平面内的角度;同样的道理,所述第二旋转杆14的另一端铰接在主支杆的顶部,利用第三步进电机141(类似第一步进电机131,图中未标出)通过链轮机构与铰接轴连接,调整光伏组件的水平平面内的角度;利用第四步进电机142(类似第二步进电机132,图中未标出)通过齿轮间的配合与旋转杆连接,调整光伏组件的竖直平面内的角度,所述光伏组件1朝向南面采光性比较好,将所述光伏组件1朝向南面能够更好地利用太能光发电为所述大型用电设施提供电力支持,为了更好的利用所述光伏组件吸收太阳光能转换为电能,所述光伏组件1和与水平面之间的倾斜角度为15度~60度,本实施中,所述光伏组件1与水平面之间的倾斜角度采用45度。
如图2所示,本实施例中的风能-雨水发电设备2包括风力发电机21、风叶22、发电机支架23和橡胶密封条24,所述风叶22与风力发电机21相连,风力发电机21通过发电机支架23与主支杆相连,同样的道理,风力发电机21固定在发电机支架23的一端,发电机支架23的另一端铰接在主支杆的顶部,利用支架步进电机25(类似第一步进电机131,图中未标出)通过链轮机构与铰接轴连接,调整风能-雨水发电设备与水平平面的角度,进一步的,所述风叶22为弧形长条状,长条状的底部设有橡胶密封条24。
优选的是,本实施例中,所述风能-雨水发电设备2设在两组光伏组件1之间,所述风能-雨水发电设备2的风叶22紧贴在两组光伏组件1的太阳能电池板12上,所述光伏组件1和风能-雨水发电设备2均可通过发电机支架、第一旋转杆和第二旋转杆进行角度调节,即均与水平面之间的倾斜角度为45度,以实现太阳能或者动能转化为电能;即与水平面之间的倾斜角度为90度,以实现风能转化为电能,为了增强结构,在所述发电机支架、第一旋转杆和第二旋转杆均设置有结构增强杆。
进一步的,所述光伏组件设置有光能传感器和湿度感应装置,所述风能-雨水发电设备设置了风力检测器,所述光能传感器、湿度感应装置和风力检测器输出端皆与AD转换器的输入端电性连接,AD转换器的输出端与计算模块的输入端电性连接,计算模块的输入端与单片机的输出端电性连接,单片机的输出端与控制模块的输入端电性连接,控制模块的输出端分别与第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机的输入端电性连接,所述光能传感器、湿度感应装置和风力检测器均设有一发电阈值,当光能传感器、湿度感应装置和风力检测器达到预定的发电阈值时,然后通过单片机将工作信号发送给控制模块,控制模块控制第一步进电机、第三步进电机和支架步进电机工作,分别调整光伏组件和风能-雨水发电设备的水平平面内的角度,控制模块控制第二步进电机和第四步进电机工作,分别调整光伏组件的竖直平面内的角度,使光伏组件和风能-雨水发电设备更好的工作;当光能传感器、湿度感应装置和风力检测器均达到发电阈值,由单片机计算判断,启用最优的发电设备为所述蓄电池充电。
本发明具体的使用方法为:
1.光伏组件上的光能传感器开始检测光照强度,当光照强度达到预定的太阳能发电阈值时,调整光伏组件的角度到45度,启动所述光伏组件发电设备发电为所述蓄电池充电;当光照强度未达到预定的太阳能发电阈值时,启用其他能源发电设备发电为所述蓄电池充电,作为本发明的另一个实施例中,可通过太阳光跟踪传感器确定太阳光的照射角度,通过本发明的第一步进电机和第二步进电机调整光伏组件的竖直平面内的角度,即根据太阳光的照射角度,相对主立杆旋转光伏组件的位置,也即南面采光调整到北面采光。
2.光伏组件上的湿度感应装置进行信号采集,并将采集信号发送至控制器,控制器根据湿度信号进行工作模式判断,若有湿度感应装置的湿度信号判定为雨天,首先控制第二步进电机和第四步进电机调整光伏组件的的竖直平面内的角度,使风能-雨水发电设备设在两组光伏组件之间,其次控制第一步进电机、第三步进电机和支架步进电机调整光伏组件和风能-雨水发电设备的水平平面内的角度,使风能-雨水发电设备的扇叶机构处于集水状态,水流由光伏组件上的太阳能电池板倾斜流下,带动扇叶转动,动能转化为电能,为了扇叶机构更好的集水,在所述扇叶与太阳能电池板贴合处设有一橡胶密封条;为了准确判定是否下雨,可以设定多个湿度感应装置共同进行天气判定,若有6个湿度感应装置的湿度信号判定为雨天,则开始执行相应操作。
3.风能发电设备上的风力检测器检测在所述风能发电设备上的有效风力大小,当有效风力大小达到预定的风能发电阈值时,控制系统首先控制调整第一步进电机、第三步进电机和支架步进电机使光伏组件和风能-雨水发电设备与水平面的角度为90度,进而控制第二步进电机和第四步进电机调整光伏组件的的竖直平面内的角度,使两组光伏组件绕主立杆旋转远离风能发电设备,启动所述风能发电设备发电为所述蓄电池充电;当有效风力大小未达到预定的风能发电阈值时,启动其他能源发电设备为所述蓄电池充电。
4.光伏发电、雨水发电和风力发电所产生电能经过AD转换器整流后,并把电能存储在蓄电池中供用电设备使用。
本发明在晴朗天气下能够利用太阳能和风能进行发电,在雨天可利用风能和雨水进行发电,保证了在不同天气下均能够正常进行发电工作,提高了能源的利用率,便于推广使用,符合国家发展新能源的政策要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式,本发明并不局限于上述实施方式,在实施过程中可能存在局部微小的结构改动,如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围,且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (3)

1.一种离网型新能源智能供电系统,其特征在于:包括两组光伏组件、风能-雨水发电设备、控制系统及蓄电池,所述光伏组件由光伏板边框、嵌入在光伏板边框内的太阳能电池板和用于固定所述光伏组件的第一旋转杆和第二旋转杆组成,所述风能-雨水发电设备包括风力发电机、风叶、发电机支架和橡胶密封条,所述风能-雨水发电设备设在两组光伏组件之间,所述风叶紧贴所述太阳能电池板上,所述控制系统控制光伏组件和风能-雨水发电设备进行角度调节,所述光伏组件和风能-雨水发电设备所转化的电能存储在蓄电池中为其他用电设备供电;
所述第一旋转杆和第二旋转杆的一端固定连接到光伏组件上,另一端铰接在主支杆的顶部处;
所述第一旋杆转利用第一步进电机通过链轮机构与铰接轴连接,调整光伏组件的水平平面内的角度;所述第一旋转杆利用第二步进电机通过齿轮间的配合与旋转杆连接,调整光伏组件的竖直平面内的角度;所述第二旋杆转利用第三步进电机通过链轮机构与铰接轴连接,调整光伏组件的水平平面内的角度;所述第二旋转杆利用第四步进电机通过齿轮间的配合与旋转杆连接,调整光伏组件的竖直平面内的角度;
所述两组光伏组件与水平平面之间的调整角度为0度~90度;所述两组光伏组件与竖直平面之间的调整角度为0度~180度;
所述风叶与风力发电机相连,所述风力发电机通过发电机支架与主支杆相连,风力发电机固定在发电机支架的一端,发电机支架的另一端铰接在主支杆的顶部,利用支架步进电机通过链轮机构与铰接轴连接,调整风能-雨水发电设备与水平平面的角度,所述风叶为弧形长条状,长条状的底部设有橡胶密封条;
所述风能-雨水发电设备与水平平面之间的调整角度为0度~90度;
所述光伏组件设置有光能传感器和湿度感应装置,所述风能-雨水发电设备设置了风力检测器,所述光能传感器、湿度感应装置和风力检测器均设有一发电阈值。
2.根据权利要求1所述的离网型新能源智能供电系统,其特征在于,所述控制系统包括AD转换器、单片机、计算模块和控制模块,所述光能传感器、湿度感应装置和风力检测器输出端皆与AD转换器的输入端电性连接,AD转换器的输出端与计算模块的输入端电性连接,计算模块的输入端与单片机的输出端电性连接,单片机的输出端与控制模块的输入端电性连接,控制模块的输出端分别与第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机的输入端电性连接。
3.根据权利要求1所述的离网型新能源智能供电系统,其特征在于,所述发电机支架、第一旋转杆和第二旋转杆均设置有结构增强杆。
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