CN108616138A - 一种集风、光电一体的供电系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集风、光电一体的供电系统及设备，包括供电系统和输电线路，所述供电系统包括：风力发电机、风力发电机控制器、太阳能电池板、太阳能电池板控制器、风光电互补控制器、交直流转换器、逆变器、直流变换器和储能装置。所述风力发电机通过风力发电机控制器，与风光电互补控制器连接；太阳能电池板通过太阳能电池板控制器，与风光电互补控制器连接，上述风力发电机和太阳能电池板转换获取的电能存储在供电系统的储能装置中。本发明中的风光互补供电系统利用了太阳能和风能资源，并将二者以互补方式结合发电，能有效地分配、控制户外用电设备的能源，为其提供稳定可靠的电力，满足了不同地区户外用电设备的供电要求，降低了运行费用。

Description

一种集风、光电一体的供电系统及设备
技术领域
本发明涉及供电和电源技术领域，具体是指一种集风电、光电于一体的新型供电系统。
背景技术
如今，电能作为一种便利、清洁的能源，是科学技术发展、国民经济增长的主要动力。近年来，电能存储技术取得了突发猛进的发展，电能转换与存储技术已经在电力系统、可再生能源、航天系统、通信系统等领域得到了广泛的应用。目前常见的电力储能方式有蓄电池储能、电容器储能、超导存储、抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能等。其中，抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、超导储能等电力储能方式受技术水平、地理环境、运行条件、前期投资费用等方面的限制暂时无法进行大规模开发使用。
未来随着电池技术的不断突破，蓄电池储能由于便捷、高效的能量吞吐量，得到广泛的应用。而单独采用蓄电池储能由于经常性的充放电，影响使用寿命；同时，蓄电池的使用温度范围比较窄。而单独采用超级电容器储，则需要多个超级电容单体串联使用，成本高、容量低。
近年来，随着化学化工能源（石油、煤炭等）的逐渐枯竭，对太阳能、风能等环保型能源的大规模开发与利用己成为各国关注和研究的热点，利用太阳能和风能发电还可以减少温室气体排放，保护环境。
根据国家在节能减排的工作思路中特意提到了推广应用绿色能源，各地在太阳能、风能、水能等自然资源丰富及传统电力保障不足的地区，加大新能源的建设和应用力度。同时，把握太阳能价格下降的有利时机，扩大离网型太阳能供电系统和光电互补供电系统的建设规模。但如果单独使用风力或太阳能供电，往往由于阴雨天气、气候等原因，容易造成供电的不稳定，影响了户外用电设备的正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能同时利用可再生的太阳能和风能为户外用电负载设备进行供电，不但可满足一些电网不到位地区，还可因此节省大量的设备运营、电线架设费用。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种集风、光电一体的供电系统及设备，包括供电系统和输电线路，其特征在于：所述集风、光电一体的供电系统及设备包括：风力发电机、风力发电机控制器、太阳能电池板、太阳能电池板控制器、风光电互补控制器、交直流转换器、逆变器、直流变换器和储能装置。所述风力发电机通过风力发电机控制器，与风光电互补控制器连接；太阳能电池板通过太阳能电池板控制器，与风光电互补控制器连接，该风光电互补控制器连接至储能装置，上述风力发电机和太阳能电池板转换获取的电能存储在供电系统的储能装置中。
进一步的，本发明所述供电系统还包括负载设备，所述负载设备包含服务器电源和服务器主板；所述服务器电源的输入端与所述直流供电设备的输出端相连，所述服务器电源的输出端与所述服务器主板相连。
本发明中的基于风光互补的供电系统是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池板、风力发电机将产生的电能存储在储能装置中。在需要为负载设备进行供电时，再由逆变器将储能装置中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到负载设备的供电电路中。所述逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置，可将上述储能装置中储存的电能逆变成220V交流电输出，同时在控制器中也直接预留了12V直流输出接口。
上述风力发电机通过风力发电机控制器，与风光电互补控制器连接；太阳能电池板通过太阳能电池板控制器，与风光电互补控制器连接，该风光电互补控制器连接至储能装置，上述风力发电机和太阳能电池板转换获取的电能存储在该供电系统的储能装置中。
本发明所述太阳能电池板、风力发电机通过支架，设置在上述供电系统主体的顶部或其周围。
届时，太阳能电池板通过白天接受光照，将太阳能转化为电能；所述风力发电机通过风的吹动，产生电能，再经控制器后，存储在该供电系统的储能装置中。在晴天时，由太阳能电池板、风力发电机同时提供电能，在阴雨大风的天气里主要由风力发电机来提供能源，既节省能源又解决了户外供电线路架设成本高的缺点。
由于光能与风能在地域、时间上有较强的互补性，一般白天太阳光较强时风反而小，晚上光很弱但由于地表温差变化大使风能变强。夏季太阳光强度大而风小，冬季太阳光弱而风大。这种互补性使风光互补发电系统在资源利用上可互相匹配、互为补充，成为户外用电设备很好的独立供电电源，尤其适用于电网送电不方便地区，可依赖当地的风、光能源，有效克服电网供电的困难。
本发明所述太阳能电池板、风力发电机与所述供电系统主体为固定结构或活动结构。
当二者之间为固定结构时，该太阳能电池板、风力发电机的位置相对固定、不可移动、不能变换角度；当二者之间为活动结构时，该太阳能电池板、风力发电机可根据使用需要，调节其所处的位置和角度，其位置、角度的调节方式，可通过手动控制、电动控制或自动控制的方式进行。
用户也可在上述太阳能电池板、风力发电机上设一可调式支架，通过调节该可调式支架，来调节上述太阳能电池机、风力发电机的受光、受风角度，使之能适应不同季节、不同地区的光照、风力情况。所述可调式支架与所述安装平台旋转连接，并设有定向驱动电机，所述定向驱动电机的控制电路根据预设的程序间歇地控制所述驱动电机转动，使太阳能电池板的朝向对着光照方向，以提高太阳能电池板的发电量，更好的满足负载设备的用电需要。
本发明所述储能装置为充电电池、电容或超级电容，所述充电电池如：储能装置、镍氢电池、锂电池或锂离子电池，所述超级电容器如：双电层电容器、电化学电容器或混合电容器。
本发明所述逆变器连接于储能装置上，用于将储能装置的直流电转换成可供负载设备供电的三相或单相交流电。
本发明所述供电系统上设置有避雷装置和光控开关，以防止用电设备及供电系统遭受雷击，其太阳能组件防直击雷的措施，主要是采用在支架上方设置避雷针，并通过导线接地消化，防感应雷的主要措施，是采用并网端配电柜内防雷模块来实现；而风力发电机，防直击雷的措施主要是采用风机叶片内部铺设金属网来替代避雷针，通过导线接地消化，防感应雷的措施主要是采用并网端配电柜内防雷模块来实现。
上述光控开关，可根据周围环境光线的强弱，自动控制相关用电设备的开启和关闭。
由于该供电系统在户外环境中使用，具有良好的受光、受风条件，完全可利用太阳能、风能来为其进行供电。工作时，风力发电机以及太阳能电池板共同组成供电系统，为户外用电设备的储能装置充电，再由储能装置为其进行供电。
届时，户外用电设备通过用电控制电路连接上述储能装置的输出接口，所述太阳能电池的输出接口通过太阳能电池板控制器连接上述储能装置的充电输入接口，同样，所述风力发电机的输出接口，也通过一风力发电机控制器连接上述储能装置的充电输入接口。
本发明所述供电系统上设置有无线发射模块，当供电系统出现故障时，能通过无线通讯的方式告知相关管理人员。
本发明所述供电系统的初始供电电压为220V至240伏，并可通过逆变器进行再次调节。
通过上述改进后，使新的供电系统，具有了如下优点。
本发明所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其风光互补供电系统充分利用了可再生的太阳能和风能资源，并将二者以互补方式结合发电，能有效地分配、控制户外用电设备的能源，能最高效率地将风能、光能转换为平稳的户外用电设备所需的电源的同时，又能实现风力发电机交流电和太阳能电池交流电的平稳融合及无缝隙切换，为户外用电设备提供稳定可靠的电力，满足了不同地区户外用电设备的供电要求，由于不需要铺设电线更不需要消耗市电，有效降低了运行费用。
由于本发明可针对不同地区，选择性的使用太阳能或风能，并能再供电系统出现故障时，能通过无线通讯的方式告知相关管理人员。整个系统具有低碳环保、运行平稳、节能高效、噪声低的优点，易于推广应用。
附图说明
通过下面结合附图，进行的详细描述，将更加充分地理解并认识本发明。
图1为本发明中集风、光电一体的供电系统的一种供电结构图。
图2是本发明的太阳能电池设计成折叠式的状态。
图中各部件标记如下：
1、A太阳能电池板； 2、B太阳能电池板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
图1为本发明中集风、光电一体的供电系统的一种供电结构图。
参照图1，一种集风、光电一体的供电系统及设备利用风力发电机和太阳能电池板为户外用电负载设备，包括交流负载或直流负载设备提供电能。
其中，太阳能电池板通过功率跟踪器与其直流/直流转换器进行连接，风力发电机通过功率跟踪器与交流/直流转换器进行连接。
工作时，风力发电机和太阳能电池板产生的电力经风光电互补控制器与供电系统的储能装置连接或直接为用电设备等进行供电。所述的储能装置为充电电池、电容或超级电容。届时，该风光电互补控制器与直流负载连接；风光点互补控制器通过直流/交流转换器与交流负载连接。
由于光能与风能在地域和时间上有较强的互补性，一般白天太阳光较强时风反而小，晚上光很弱但由于地表温差变化大使风能变强。夏季太阳光强度大而风小，冬季太阳光弱而风大。这种互补性使风光互补发电系统在资源利用上可互相匹配、互为补充，成为户外用电设备很好的独立供电电源，尤其适合电网送电不方便地区，可依赖当地丰富的风、光能源，有效克服电网供电的困难。
本发明所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其风光互补供电系统充分利用了可再生的太阳能和风能资源，并将二者以互补方式结合发电，能有效地分配、控制户外用电设备的能源，能最高效率地将风能、光能转换为平稳的户外用电设备所需的电源的同时，又能实现风力发电机交流电和太阳能电池交流电的平稳融合及无缝隙切换，为户外用电设备提供稳定可靠的电力，满足了不同地区户外用电设备的供电要求，由于不需要铺设电线更不需要消耗市电，有效降低了运行费用。
由于本发明可针对不同地区，选择性的使用太阳能或风能，并能再供电系统出现故障时，能通过无线通讯的方式告知相关管理人员。整个系统具有低碳环保、运行平稳、节能高效、噪声低的优点，易于推广应用。
如图2所示，是本发明的太阳能电池设计成折叠式的状态。本发明所述的集风、光电一体的供电系统所用太阳能电池可根据需要增减，当太阳能电池由两块及两块以上构成时，太阳能电池之间可设计成折叠式的组合方式，需要用时展开，平时不用时，可将A太阳能电池1折叠于B太阳能电池2上。
本发明所用的太阳能电池可以为单晶硅或多晶硅或非晶硅太阳能电池或薄膜晶体硅或薄膜太阳能电池或化合物太阳能电池或聚光型太阳能电池构成。
本发明由于安装了的太阳能电池，通过在白天接收太阳光照，直接将光能转换成电能后，既可以为用电设备直接供电，也可以通过充电控制装置，为供电系统的储能电池进行充电、储存，来维持其正常工作用电的需要，以便在光照不够及夜间情况下使用，其储能装置为蓄电池或锂电池或镍氢电池或镍镉电池或超级电容。
本实施例中集风、光电一体的供电系统及设备具有很好的节能效果，同时，该装置的寿命长、无污染、结构合理。
上面所述的实施例，仅仅是对本发明一种集风、光电一体的供电系统及设备的较佳实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种集风、光电一体的供电系统及设备，包括供电系统和输电线路，其特征在于：所述集风、光电一体的供电系统及设备包括：风力发电机、风力发电机控制器、太阳能电池板、太阳能电池板控制器、风光电互补控制器、交直流转换器、逆变器、直流变换器和储能装置。
2.所述风力发电机通过风力发电机控制器，与风光电互补控制器连接；太阳能电池板通过太阳能电池板控制器，与风光电互补控制器连接，该风光电互补控制器连接至储能装置，上述风力发电机和太阳能电池板转换获取的电能存储在供电系统的储能装置中。
3.根据权利要求1所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述供电系统还包括负载设备，所述负载设备包含服务器电源和服务器主板；所述服务器电源的输入端与所述直流供电设备的输出端相连，所述服务器电源的输出端与所述服务器主板相连。
4.根据权利要求1所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述太阳能电池板、风力发电机通过支架，设置在上述供电系统主体的顶部或其周围。
5.根据权利要求3所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述太阳能电池板、风力发电机与所述供电系统主体为固定结构或活动结构。
6.根据权利要求1所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述储能装置为充电电池、电容或超级电容。
7.根据权利要求1所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述逆变器连接于储能装置上。
8.根据权利要求1所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述供电系统上设置有避雷装置和光控开关，所述供电系统的初始供电电压为220V至240伏。
9.根据权利要求1所述的集风、光电一体的供电系统及设备，其特征在于：所述供电系统上设置有无线发射模块。
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