CN109017377A - 一种利用太阳能和风能发电的充电桩及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳能和风能发电的充电桩，包括充电箱主体、底座、充电枪、触摸显示屏、充电指示灯、故障指示灯、打印机、打印纸出口、刷卡区、主控制器、风力发电机组、太阳能光伏板以及在太阳能光伏板四边中心设置的光照传感器、风光互补控制器、逆电器和蓄电池，本发明利用风能与太阳能将其转化成电能，给充电桩提供电力，有效地利用了可再生资源，降低了市电的压力，并且环保节能，同时解决了传统单一新能源的问题，降低了新能源充电桩的局限性，所述光照传感器，能够使太阳能光伏板对太阳方位的跟踪，最大化地利用太阳能，与固定式相比光能的收集效率大大提高，有效避免单向平面检测的误差，其适应性与实用性强。

Description

一种利用太阳能和风能发电的充电桩及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种新能源领域，具体地说，是涉及一种利用太阳能、风能发电的充电桩。

背景技术

近年来，随着科技的发展，电动汽车或者电动车因其便捷性和灵活性越来越受人们喜爱，但对于该类电动系列的产品，其存在的最大问题之一就是电能蓄满问题，因为电动产品在行驶过程中会不断耗费电池中的电能，如若没有相应的充电桩进行有效的充电，电动产品将不能进行长时间的运行，即影响电动产品的续航。

市面上大部份充电桩是与交流电网连接，如果单纯通过外网交流电为充电桩进行供电，在当今资源日益稀缺，且在全球能源危机的大背景下，充电桩对交流电损耗变得越来越受关注。还有一部份充电桩单纯利用太阳能作为充电桩的供电来源，会有一些弊端，如阴天下雨等太阳光较弱的情况下，充电桩在使用后其电能储备得不到及时补充，无法继续使用，只能等到天气转好，储能充分后继续使用，十分不便，并且现有充电桩的光照传感器方位布局种类很多，但大部分要按南北方向准确安装才能追踪太阳，安装偏差就会导致追光性能降低，普遍是单向平面检测，误差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用太阳能和风能发电的充电桩，通过利用风力与太阳能进行发电，从而对充电麻桩进行充电，有效地利用了可再生资源，并且弥补了各自的局限性，解决了传统单一新能源的问题。

为实现上述目的，本发明发明采用的技术方案如下：

一种利用太阳能和风能发电的充电桩，包括充电桩箱体、底座,所述充电桩箱体固定安装于所述底座上，所述充电桩箱体的顶部左侧通过支架连接有太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能光伏板及所述太阳能光伏板上设置有4个BH1750O光照传感器，所述充电桩箱体的顶部右侧设置有通过支架连接的风力发电机组，所述充电桩箱体内上方设置有风光互补控制器，所述充电桩箱体的内部下方分别设置有逆电器和蓄电池，所述风光互补控制器通过所述逆变器连接所述蓄电池，所述太阳能光伏板、所述风力发电机组均与所述蓄电池电性连接，所述充电桩箱体的前端设置有触摸显示屏，所述触摸显示屏的下侧分别设置有充电指示灯和故障指示灯，所述触摸显示屏右侧位置处设置有打印机出纸口，所述打印机出纸口下部有刷卡区，所述充电桩箱体左侧设置有充电枪，所述充电桩箱体内部还设置有主控制器、打印机，所述打印机与所述打印机出纸口连接，所述太阳能发电装置、风能发电机组、触摸显示屏、充电枪、充电指示灯、故障指示灯、刷卡区、打印机和蓄电池均与所述充电桩主控制器电性连接，且所述充电桩箱体顶部侧沿边设置有遮挡板。

进一步地，所述太阳能发电装置通过转动轴与安装支架活动连接，所述安装支架与所述充电桩箱体螺栓固定连接。

再进一步地，所述太阳能光伏板为方形结构。

再进一步地，所述4个BH17500光照传感器分别设置于太阳能光伏板四个边的中点，且每个传感器与太阳能光伏板的平面成45度角。

再进一步地，所述4个BH1750光照传感器包括L1光照传感芯片、L2光照传感芯片、L3光照传感芯片和L4光照传感芯片，其中L1、L3光照传感芯片为一对，L2、L4的光照传感芯片为一对，且均与所述风光互补控制器电性连接。

再进一步地，所述风能发电机组包括旋转叶片、发电机、尾翼和安装座，其中，所述旋转叶片位于发电机前端，所述尾翼位于发电机后端，所述安装座与支架通过螺栓固定连接于所述充电桩箱体顶部右侧。

再进一步地，所述充电桩箱体顶部侧边的遮挡板的下表面设置有照明灯，所述照明灯与所述蓄电池电性连接。

基于上述结构，本发明还提供了利用太阳能和风能发电的充电桩的实现方法，包括如下步骤：

步骤一：通过充电桩底座，将充电桩箱体与地面固定安装，并在充电箱体顶侧边安装遮挡板；

步骤二：太阳伏光板和风力发电机组分别设置于充电桩箱体顶部左右两侧，并在太阳能光伏板四个边的中点上分别设置4个BH17500光照传感器，且每个传感器与太阳能光伏板的平面成45度角；

步骤三：风光互补控制器将风力发电机组和太阳能光伏板共同产生的电能进行调节、整合，以直流电的形式输出，经过逆变器将直流电转换成交流电，进而将产生的电能储存到蓄电池内，以供充电桩为电动汽车充电；

步骤四：刷卡区上放置银行卡，并通过触摸显示屏进行选择充电和支付，或通过扫描触摸显示屏里面显示的二维码，于客户端进行选择充电和支付，进而充电桩主控制器对接收到的指令进行处理，即可充电；

步骤五：通过触摸显示屏选择打印凭条，并从打印机出纸口取出，从刷卡区取回银行卡片，充电完成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用风能与太阳能将其转化成电能，给充电桩提供电力，降低了市电的压力，并且环保节能，同时将风能和太阳能有机的结合在一起，解决了传统单一新能源的问题，降低了新能源充电桩的局限性，促进了新能源充电桩的发展，使新能源充电桩可以充分利用新型能源，以便给充电桩提供足够的电力。

(2)本发明中充电桩箱体顶部设置的遮挡板，可以遮住一定雨水与阳光，有效的延长了充电桩箱体的老化程度，也为使用者提供遮阳挡雨的便利性，同时，在遮档板下表面设置一照明灯，方便用户夜间使用。

(3)本发明采用太阳能光伏发电可将太阳能共同产生的电能进行调节、整合，以直流电的形式输出，充分利用了可再生资源。

(4)本发明采用了逆变器，是将风光互补控制器调节后的直流电转变成频率恒定的交流电的一种装置，此外逆变器还具有自动稳压功能，可有效改善风光互补控制器的供电质量，可消除由于天气等原因引起的供电量不足，若需要其进行放电向外输送电能时需要经过逆变器将直流电转换成交流电，最终输送到用户末端，风光互补控制器对蓄电池起到电能调节和平衡负载的作用。

(5)本发明采用了在太阳能光伏板四边中心设置光照传感器，能够使太阳能光伏板对太阳方位的跟踪，最大化地利用太阳能，与固定式相比光能的收集效率大大提高，有效避免单向平面检测的误差，适应性与实用性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1中太阳能光伏板与光照传感器位置的结构示意图。

图3为图2的太阳能光伏板与单个光照传感器的夹角剖面示意图。

图4为本发明的方法流程图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-充电桩箱体，2-底座，3-充电枪，4-太阳能发电装置，5-光照传感器， 6-尾翼，7-风力发电机，8-旋转叶片，9-照明灯，10-风光互补控制器，11-触摸显示器，12-打印纸出口，13-刷卡区，14-故障指示灯，15-运动指示灯，16- 蓄电池，17-逆电器，18-遮挡板，19-主控制器，21-转动轴，22-支架，23-安装座，24-支架，25安装座，26-打印机，27-太阳光伏板

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1～图4所示，一种利用太阳能和风能发电的充电桩，包括充电桩箱体 1、底座2,所述充电桩箱体1固定安装于所述底座2上，所述充电桩箱体1的顶部左侧通过支架22连接有太阳能发电装置4，所述太阳能发电装置4包括太阳能光伏板27及所述太阳能光伏板27上设置有4个BH1750O光照传感器5，所述充电桩箱体1的顶部右侧设置有通过支架24连接的风力发电机组20，所述充电桩箱体1内上方设置有风光互补控制器10，所述充电桩箱体1的内部下方分别设置有逆电器16和蓄电池17，所述风光互补控制器10通过所述逆变器16连接所述蓄电池17，所述太阳能光伏板4、所述风力发电机组20均与所述蓄电池17 电性连接，所述充电桩箱体1的前端设置有触摸显示屏11，所述触摸显示屏11 的下侧分别设置有充电指示灯15和故障指示灯14，所述触摸显示屏11右侧位置处设置有打印机出纸口12，所述打印机出纸口12下部有刷卡区13，所述充电桩箱体1左侧设置有充电枪3，所述充电桩箱体1内部还设置有主控制器19、打印机26，所述打印机26与所述打印机出纸口12连接，所述太阳能发电装置 4、风能发电机组20、触摸显示屏11、充电枪3、充电指示灯15、故障指示灯 14、刷卡区13、打印机26和蓄电池17均与所述充电桩主控制器19电性连接，且所述充电桩箱体1顶部侧沿边设置有遮挡板18。

所述太阳能发电装置4通过转动轴21与安装支架22活动连接，所述安装支架22与所述充电桩箱体1螺栓固定连接。

所述太阳能光伏板27为方形结构。

所述4个BH17500光照传感器5分别设置于太阳能光伏板4四个边的中点，且每个传感器与太阳能光伏板4的平面成45度角。

所述4个BH1750光照传感器包括L1光照传感芯片、L2光照传感芯片、L3 光照传感芯片和L4光照传感芯片，其中L1、L3光照传感芯片为一对，L2、L4 的光照传感芯片为一对，且均与所述风光互补控制器10电性连接。

所述风能发电机组20包括旋转叶片8、发电机7、尾翼6和安装座25，其中，所述旋转叶片8位于发电机7前端，所述尾翼6位于发电机7后端，所述安装座25与支架24通过螺栓固定连接于所述充电桩箱体1顶部右侧。

所述充电桩箱体1顶部侧边的遮挡板18的下表面设置有照明灯9，所述照明灯9与所述蓄电池17电性连接。

一种利用太阳能和风能发电的充电桩的实现方法，包括如下步骤：

步骤一：通过充电桩底座2，将充电桩箱体1与地面固定安装，并在充电箱体顶侧边安装遮挡板18；

步骤二：太阳发电装置4和风力发电机组20分别设置于充电桩箱体1顶部左右两侧，并在太阳能光伏板27四个边的中点上分别设置4个BH17500光照传感器，且每个传感器与太阳能光伏板4的平面成45度角；

步骤三：风光互补控制器10将风力发电机组20和太阳能发电装置4共同产生的电能进行调节、整合，以直流电的形式输出，经过逆变器16将直流电转换成交流电，进而将产生的电能储存到蓄电池17内，以供充电桩为电动汽车充电；

步骤四：刷卡区13上放置银行卡，并通过触摸显示屏11进行选择充电和支付，或通过扫描触摸显示屏11里面显示的二维码，于客户端进行选择充电和支付，进而充电桩主控制器19对接收到的指令进行处理，即可充电；

步骤五：通过触摸显示屏11选择打印凭条，并从打印机出纸口12取出，从刷卡区13取回银行卡片，充电完成。

本发明的工作原理：该发明在使用前，先通过充电桩底座2，将充电桩箱体 1与地面固定安装好，然后太阳发电装置4和风力发电机组20分别设置于充电桩箱体1顶部左右两侧，在太阳能光伏板4四个边的中点上分别设置4个BH17500 光照传感器5，且每个传感器与太阳能光伏板27的平面成45度角，所述光照传感器5可最大化利用太阳能，进而充电桩利用风能和太阳能进行发电，风光互补控制器10将风力发电机组20和太阳能发电装置4共同产生的电能进行调节、整合，以直流电的形式输出，经过逆变器16将直流电转换成交流电，然后将产生的电能储存到蓄电池17内，以供充电桩为电动汽车充电，在充电前，若故障指示灯亮14，则此台充电桩发生故障，不能进行正常工作，若故障指示灯14未亮，则此台充电桩可以正常工作，用户将卡放置在刷卡区13上，再通过触摸显示屏11进行选择充电和支付，或者通过扫描触摸显示屏11里面显示的二维码，于客户端进行选择充电和支付，进而充电桩主控制器19进行处理，然后提起充电枪3对电动汽车进行充电，充电完成后，将充电枪3放置在充电桩固定位置，然后通过触摸显示屏11选择打印凭条，并从打印机出纸口12取出，从刷卡区 13取回卡片。

本实施例中，还提供了在充电桩箱体1顶部侧边的遮挡板18的下表面设置有照明灯9，所述照明灯9与所述蓄电池17电性连接。方便用户夜间使用。

本实施例中，如图2、图3所示，L1、L3光照传感器为一对，L2、L4的光照传感器为一对，设光照传感器L1接收到的光照强度数据(E)为E1，光照传感器L3接收到的光照强度数据为E3，L2接收到光照强度数据为E2，L4接收到的光照强度数据为E4，当太阳光方向和太阳能光伏板未能垂直时，互为对应的光照传感器接收到的太阳光大小不同，例如：若太阳位于L1、L4方向，E1大于 E3，E4大于E2，此时应使太阳能光伏板分别向L1、L4方向倾斜，动作结束后，再次读取四个光照传感器的数值，重复以上步骤，直到当太阳光正入射到太阳能光伏板上时，此时，L1、L3读取到的数值便会大致相同，L2、L4读取到的数据也会大致相同，此时完成太阳追踪，停止调整太阳能光伏板的方向。

由于太阳光的光线强度在不同的时段相差十分大，在盛夏正午时分，太阳光的光强甚至会超过10W勒克斯，而在下午又会降到一个相对比较低的水平，因此,有必要先对偏差值先进行归一化操作，即令偏差值的绝对值小于1，在调整横轴与纵轴的角度时，可以使用PD(比例、微分)控制，进而对太阳能光伏板进行调控，令E1,E3得出偏差值，记为diff0，令E2,E4得出偏差值，记得 diff1，为此，需要对diff0和diff1进行归一分操作，而不能简单的将两个对应的传感器采集到的数值进行相减，针对diff0diff1的归一化公式如下：

diff0＝(E1-E3)/max{E1,E3}

diff1＝(E2-E4)/max{E2,E4}

本发明利用风能与太阳能将其转化成电能，给充电桩提供电力，有效地利用了可再生资源，降低了市电的压力，并且环保节能，同时解决了传统单一新能源的问题，降低了新能源充电桩的局限性，本发明还公开了光照传感器，能够使太阳能光伏板对太阳方位的跟踪，最大化地利用太阳能，有效避免单向平面检测的误差，其适应性与实用性强。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用太阳能和风能发电的充电桩，包括充电桩箱体(1)、底座(2),所述充电桩箱体(1)固定安装于所述底座(2)上，其特征在于，所述充电桩箱体(1)的顶部左侧通过支架(22)连接有太阳能发电装置(4)，所述太阳能发电装置包括太阳能光伏板(27)及所述太阳能光伏板(27)上设置有4个BH1750O光照传感器(5)，所述充电桩箱体(1)的顶部右侧设置有通过支架(24)连接的风力发电机组(20)，所述充电桩箱体(1)内上方设置有风光互补控制器(10)，所述充电桩箱体(1)的内部下方分别设置有逆电器(16)和蓄电池(17)，所述风光互补控制器(10)通过所述逆变器(16)连接所述蓄电池(17)，所述太阳能光伏板(4)、所述风力发电机组(20)均与所述蓄电池(17)电性连接，所述充电桩箱体(1)的前端设置有触摸显示屏(11)，所述触摸显示屏(11)的下侧分别设置有充电指示灯(15)和故障指示灯(14)，所述触摸显示屏(11)右侧位置处设置有打印机出纸口(12)，所述打印机出纸口(12)下部有刷卡区(13)，所述充电桩箱体(1)左侧设置有充电枪(3)，所述充电桩箱体(1)内部还设置有主控制器(19)、打印机(26)，所述打印机(26)与所述打印机出纸口(12)连接，所述太阳能发电装置(4)、风能发电机组(20)、触摸显示屏(11)、充电枪(3)、充电指示灯(15)、故障指示灯(14)、刷卡区(13)、打印机(26)和蓄电池(17)均与所述充电桩主控制器(19)电性连接，且所述充电桩箱体(1)顶部侧沿边设置有遮挡板(18)。

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和风能发电的充电桩，其特征在于，所述太阳能发电装置(4)通过转动轴(21)与安装支架(22)活动连接，所述安装支架(22)与所述充电桩箱体(1)螺栓固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和风能发电的充电桩，其特征在于，所述太阳能光伏板(4)为方形结构。

4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和风能发电的充电桩，其特征在于，所述4个BH17500光照传感器(5)分别设置于太阳能光伏板(4)四个边的中点，且每个传感器与太阳能光伏板(4)的平面成45度角。

5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和风能发电的充电桩，其特征在于，所述4个BH1750光照传感器包括L1光照传感芯片、L2光照传感芯片、L3光照传感芯片和L4光照传感芯片，其中L1、L3光照传感芯片为一对，L2、L4的光照传感芯片为一对，且均与所述风光互补控制器(10)电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种利用太阳能、风能发电的充电桩，其特征在于，所述风能发电机组(20)包括旋转叶片(8)、发电机(7)、尾翼(6)和安装座(25)，其中，所述旋转叶片(8)位于发电机(7)前端，所述尾翼(6)位于发电机(7)后端，所述安装座(25)与支架通过螺栓固定连接于所述充电桩箱体(1)顶部右侧。

7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能、风能发电的充电桩，其特征在于，所述充电桩箱体(1)顶部侧边的遮挡板(18)的下表面设置有照明灯(9)，所述照明灯(9)与所述蓄电池(17)电性连接。

8.如权利要求1～5任一项所述的一种利用太阳能和风能发电的充电桩的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过充电桩底座(2)，将充电桩箱体(1)与地面固定安装，并在充电箱体顶侧边安装遮挡板(18)；

步骤二：太阳发电装置(4)和风力发电机组(20)分别设置于充电桩箱体(1)顶部左右两侧，并在太阳能光伏板(27)四个边的中点上分别设置4个BH17500光照传感器(5)，且每个传感器与太阳能光伏板(4)的平面成45度角；

步骤三：风光互补控制器(10)将风力发电机组(20)和太阳能光伏板(4)共同产生的电能进行调节、整合，以直流电的形式输出，经过逆变器(16)将直流电转换成交流电，进而将产生的电能储存到蓄电池(17)内，以供充电桩为电动汽车充电；

步骤四：刷卡区(13)上放置银行卡，并通过触摸显示屏(11)进行选择充电和支付，或通过扫描触摸显示屏(11)里面显示的二维码，于客户端进行选择充电和支付，进而充电桩主控制器(19)对接收到的指令进行处理，即可充电；

步骤五：通过触摸显示屏(11)选择打印凭条，并从打印机出纸口(12)取出，从刷卡区(13)取回银行卡片，充电完成。