CN110636472B - 一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了太阳能技术领域的一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置，包括光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块、压缩空气冷凝集水模块和智能控制模块，各模块可单独运行，也可联合运行，智能控制模块实现各模块之间的协调运行,本发明可实现光伏发电储能、不可直饮水净化和无水源取水功能，在多种场景下提供电能和高质量清洁安全的饮用水，且具有操作简单、智能化控制等优点。

Description

一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置
技术领域
本发明涉及光伏发电储能、雨水收集、空气中取水、水质净化、智能控制技术领域，具体为一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置。
背景技术
近年来，随着社会发展及人们生活水平的提高，生活圈不断扩大，特殊场景下取水用电的需求逐年旺盛，如何高效稳定便捷地获取电能和清洁的饮用水已然成为亟需解决的问题。在偏远山区、戈壁沙漠、边防驻扎区、海岛地区、水电供应不足的旅游景区等特殊环境下取水用电不稳定，非常不便。目前市面上无水源集水储能产品稀缺，且价格昂贵、耗能高、集水效率低、环境适应性弱、功能单一、稳定性差、智能化程度低、操作复杂、需要外部稳定的电压供应和较高的环境安装要求，无法保证稳定制水供电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置，以解决上述背景技术中提出的无水源集水储能产品稀缺，且价格昂贵、耗能高、集水效率低、环境适应性弱、功能单一、稳定性差、智能化程度低、操作复杂、需要外部稳定的电压供应和较高的环境安装要求、无法保证稳定制水供电的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置，包括框架总成、光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块、压缩空气冷凝集水模块和智能控制模块，所述光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块和压缩空气冷凝集水模块之间单独运行，所述智能控制模块与光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块和压缩空气冷凝集水模块连接。
优选的，所述框架总成包括支架、框架、第一载物台、第二载物台和脚轮，所述第一载物台和第二载物台安装在框架上，所述脚轮安装在第二载物台的底部，所述支架安装在框架的顶部，所述框架上安装有操作按钮和显示器。
优选的，所述光伏发电储能模块包括太阳能光伏板组件、太阳能控制器、蓄电池和逆变器，所述太阳能光伏板组件包括第一太阳能光伏板、第二太阳能光伏板、第三太阳能光伏板、第四太阳能光伏板和第五太阳能光伏板，所述第一太阳能光伏板安装在雨水收集净化模块上，所述第二太阳能光伏板和第三太阳能光伏板通过抽拉组件平行设置在框架的内部顶端，所述第四太阳能光伏板和第五太阳能光伏板通过铰接件设置在框架左右两侧面，所述太阳能光伏板组件通过太阳能控制器与蓄电池连接，所述逆变器与蓄电池连接，所述太阳能控制器安装在第一载物台上。
优选的，所述雨水收集净化模块包括蒸汽管、太阳能真空集热管、雨水收集槽、管翅式冷凝器、上水泵、净水箱、雨水收集箱和净化装置，所述太阳能真空集热管安装在支架上，所述蒸汽管安装在太阳能真空集热管的顶部并与太阳能真空集热管相连通，所述管翅式冷凝器安装在第一载物台上，所述净水箱和雨水收集箱安装在第二载物台上，所述雨水收集槽通过管道与雨水收集箱连接，所述雨水收集箱通过管道与太阳能真空集热管相连接，所述上水泵安装在雨水收集箱和太阳能真空集热管连接的管道上，所述太阳能真空集热管通过蒸汽管与管翅式冷凝器连接，所述管翅式冷凝器通过管道与净化装置相连接，所述净化装置与净水箱连接，所述太阳能真空集热管并列排布于支架的倾斜面，所述太阳能真空集热管的内部放置有毛细吸附材料和超声波雾化器，多个所述太阳能真空集热管的顶部均设有一个进水口和一个蒸汽口，所述雨水收集箱的进口处安装有过滤装置，所述净水箱内设有液位传感器和紫外线杀菌灯。
优选的，所述空气循环吸附集水模块包括空气吸附管、下水泵、抽拉板、
可调节支架和鼓风机，所述空气吸附管、可调节支架和鼓风机均安装在抽拉板上，所述下水泵安装在第二载物台上，所述空气吸附管的底部与可调节支架连接，所述雨水收集箱与空气吸附管的外壁连接，所述下水泵安装在雨水收集箱与空气吸附管连接的管道中部，所述鼓风机与空气吸附管的进气口连接，所述空气吸附管的出气口与管翅式冷凝器相连接。
优选的，所述压缩空气冷凝集水模块包括空气压缩机和壳管式冷凝器，所述空气压缩机和壳管式冷凝器位于第一载物台上，所述空气压缩机通过输气管道与壳管式冷凝器相连接，所述壳管式冷凝器通过管道与净化装置相连接，所述空气压缩机的进口处安装有空气过滤网，。
优选的，所述智能控制模块包括智能控制器、温度传感器、液位传感器和湿度传感器，所述智能控制器安装第一载物台上，所述智能控制器通过线路与空气压缩机、管翅式冷凝器、壳管式冷凝器、上水泵、下水泵、鼓风机相连接，所述智能控制器内设有用于与外部移动设备相连接的蓝牙模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在有限空间内，优化空间结构，抽拉-折叠式太阳能光伏板设计有效提高单位容积下光伏板的发电面积，从而提高发电功率，可调节支架等设计，提高装置空间率，且装置可根据需求进行扩展定制。
(2)采用模块化理念，各模块可单独运行，也可联合运行，智能控制模块实现各模块之间的协调运行，且各模块可单独定制；将三种集水-净水方式相融合，适应不同温湿度环境下取水，解决极端无水源环境下的集水问题。
(3)通过智能化控制实现装置自动化运行，开发独立APP，装置内置的蓝牙模块实时显示、采集装置温度、电压、剩余电量、储水量等关键参数并传输到与之连接的移动设备上，实时监测设备运行状态，实现对装置的远程控制，减少人工操作的复杂性，提高了装置的独立性、便捷性、可靠性。
(4)同时将光伏发电储能、集水净水、智能控制等功能有机结合，丰富装置功能，通过关联使功能和效率叠加实现设备间互联互用，强化实用性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明右斜视结构示意图；
图3为本发明整体框架结构示意图；
图4为本发明的净水箱结构示意图。
图中：1支架、2框架、3第一载物台、4第二载物台、5脚轮、6蒸汽管、7太阳能真空集热管、8雨水收集槽、9空气压缩机、10空气吸附管、11管翅式冷凝器、12智能控制器、13太阳能控制器、14壳管式冷凝器、15上水泵、16下水泵、17净水箱、18抽拉板、19雨水收集箱、20可调节支架、21鼓风机、22逆变器、23蓄电池、24第一太阳能光伏板、25第二太阳能光伏板、26第三太阳能光伏板、27第四太阳能光伏板、28第五太阳能光伏板、29操作按钮、30显示器、31净化装置、32紫外线杀菌灯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供如下技术方案：一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置，请参阅图1，包括框架总成、光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块、压缩空气冷凝集水模块和智能控制模块，光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块和压缩空气冷凝集水模块之间单独运行，智能控制模块与光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块和压缩空气冷凝集水模块连接。
请再次参阅图1，框架总成包括支架1、框架2、第一载物台3、第二载物台4和脚轮5，第一载物台3和第二载物台4安装在框架2上，脚轮5安装在第二载物台4的底部，支架1安装在框架2的顶部，框架2上安装有操作按钮29和显示器30，操作按钮29用于操控装置的启停，如装置总电源、水泵与风扇的运行与停止等，显示器30用于实时显示设备的电池电量、储水量、温度、湿度等参数。
请再次参阅图1和图3，光伏发电储能模块包括太阳能光伏板组件、太阳能控制器13、蓄电池23和逆变器22，太阳能光伏板组件包括第一太阳能光伏板24、第二太阳能光伏板25、第三太阳能光伏板26、第四太阳能光伏板27和第五太阳能光伏板28，第一太阳能光伏板24安装在雨水收集净化模块上，第二太阳能光伏板25和第三太阳能光伏板26通过抽拉组件平行设置在框架2的内部顶端，第四太阳能光伏板27和第五太阳能光伏板28通过铰接件设置在框架2左右两侧面，太阳能光伏板组件通过太阳能控制器13与蓄电池23连接，逆变器22与蓄电池23连接，太阳能控制器13安装在第一载物台3上，实现光伏板组件的折叠，增大光伏板的接收面积。
请再次参阅图1和图4，雨水收集净化模块包括蒸汽管6、太阳能真空集热管7、雨水收集槽8、管翅式冷凝器11、上水泵15、净水箱17、雨水收集箱19和净化装置31，太阳能真空集热管7安装在支架1上，蒸汽管6安装在太阳能真空集热管7的顶部并与太阳能真空集热管7相连通，管翅式冷凝器11安装在第一载物台3上，管翅式冷凝器11结构紧凑、体积较小，管翅式冷凝器11内冷凝管管程较长且外设散热风扇进行引风，送走管翅式冷凝器11管道表面热量，提高冷凝效率，冷凝所得冷凝水通过管道经过净化装置31后导入净水箱17中储存起来，净水箱17和雨水收集箱19安装在第二载物台4上，雨水收集槽8通过管道与雨水收集箱19连接，雨水收集箱19通过管道与太阳能真空集热管7相连接，上水泵15安装在雨水收集箱19和太阳能真空集热管7连接的管道上，太阳能真空集热管7通过蒸汽管6与管翅式冷凝器11连接，管翅式冷凝器11通过管道与净化装置31相连接，净化装置31与净水箱17连接，太阳能真空集热管7并列排布于支架1的倾斜面，太阳能真空集热管7的内部放置有毛细吸附材料和超声波雾化器，多个太阳能真空集热管7的顶部均设有一个进水口和一个蒸汽口，雨水收集箱19的进口处安装有过滤装置，净水箱17内设有液位传感器和紫外线杀菌灯32，雨水收集槽88通过管道将雨水导入雨水收集箱19，雨水收集箱19出水口设有过滤装置，用上水泵15将雨水收集箱19的雨水通过输水管道泵入太阳能真空集热管7，太阳能真空集热管7内设有毛细材料及超声波雾化器强化蒸发，同时设有液位传感器与智能控制器12相连，可控制太阳能真空集热管7内的水位，进行高效蒸发。从太阳能真空集热管7中蒸发出来的水蒸气通过蒸汽管6道进入管翅式冷凝器11进行冷凝，冷凝得到的冷凝水通过净化装置31后由输水管道流入净水箱17中储存。
请再次参阅图1-2，空气循环吸附集水模块包括空气吸附管10、下水泵16、抽拉板18、可调节支架20和鼓风机21，空气吸附管10、可调节支架20和鼓风机21均安装在抽拉板18上，下水泵16安装在第二载物台4上，空气吸附管10的底部与可调节支架20连接，雨水收集箱19与空气吸附管10的外壁连接，下水泵16安装在雨水收集箱19与空气吸附管10连接的管道中部，鼓风机21与空气吸附管10的进气口连接，空气吸附管10的出气口与管翅式冷凝器11相连接，一组空气循环吸附系统进行空气吸附时，选用两组空气循环吸附装置的其中一组空气循环吸附装置进行空气吸附工作，另一组吸附管进行太阳能的聚光集热，通过太阳能辐射加热吸附管道来收集热量，为解吸附储热。解吸附完毕后，进行5分钟的水冷降温，连接两组吸附管底部外层三通阀三和连接两组吸附管顶部外层三通阀四靠近吸附组管道的一侧阀门打开，关闭三通阀另一侧阀门，启动下水泵16，使冷却液态水通过小型疏水管道自下而上地流向吸附管的外层，逐渐充满整个吸附管两层壁面中间外层中空处，此时水面上升，最终通过管道流入雨水收集箱19，如此一直实行冷却水的循环使吸附管道降温，从而使吸附管的温度降到25℃左右，达到吸附剂最适宜的吸附温度，完成水浴降温过程。在此过程中，吸附组管道中的进气口处的电磁阀打开，三通阀一靠近解吸组管道的一侧阀门关闭，出气口中的三通阀二靠近吸附组管道的一侧阀门打开，另一侧关闭，使得鼓风机21抽入的湿润空气流进吸附组管道内层与吸附剂充分接触，使吸附组管道里的吸附剂更快的吸附空气中的水分，达到吸附剂饱和，最终变成干燥空气从出气口回到大气中，实现气流不间断交换。电子空气测湿器测得空气湿度参数在85％～95％时,吸附接近饱和，则另一组空气循环吸附系统进行空气解吸附。连接吸附管底部外层三通阀三和连接吸附管顶部外层三通阀四靠近解吸管道的一侧阀门关闭，切断水浴降温装置对该组吸附管道进行降温，使其不受另一侧吸附管道水冷降温的影响，同时进气口的电磁阀和出气口的三通阀二靠近解吸管道的一侧阀门关闭，使其达到密封的效果，三通阀一靠近解吸装置的一侧阀门打开，另一侧关闭，如此便能不影响另一组吸附解吸管的工作，使解吸出来的水蒸气只能单向流往冷凝器。通过可调节支架20调整空气吸附管10集热角度，利用太阳能辐射进行聚光集热辅助加热解吸附管道，同时电热丝缠绕于吸附管道的内层中间处，配合太阳能集热加热吸附管道内部达到80℃～90℃，使解吸附出来的高温高压水蒸气自下而上地流到管翅式冷凝器11中进行换热，启动管翅式冷凝器11的风机加快水蒸气冷凝成低温低压的液态水，冷却后经管翅式冷凝器11底部流向气液分离器，将液体和未冷凝的小部分气体分开，然后流经净化装置31，经过净化后得到可直接饮用的液态水流入到净水箱17中，从而完成空气解吸。
请再次参阅图1，压缩空气冷凝集水模块包括空气压缩机9和壳管式冷凝器14，空气压缩机9和壳管式冷凝器14位于第一载物台3上，空气压缩机9通过输气管道与壳管式冷凝器14相连接，壳管式冷凝器14通过管道与净化装置31相连接，空气压缩机9的进口处安装有空气过滤网，空气压缩机9把外界环境中的空气压缩后经过预冷器送入到壳管式冷凝器14中，根据干湿球温度来控制压缩比，使得露点温度高于环境温度，预冷器源为壳管式冷凝器14冷端出口空气，通过与压缩空气换热，吸收压缩空气携带的热量，降低压缩空气进口温度，压缩空气进入到冷凝器后先经导流板均匀分散到各个流道，提高与冷端进行热交换的速率，冷凝器热端流道布置为U型，垂直于地面，使得冷凝水在受到重力作用下，经过净化装置31净化后经过管道储存在净水箱17中。
请再次参阅图1，智能控制模块包括智能控制器12、温度传感器、液位传感器和湿度传感器，智能控制器12安装第一载物台3上，智能控制器12通过线路与空气压缩机9、管翅式冷凝器11、壳管式冷凝器14、上水泵15、下水泵16、鼓风机21相连接，智能控制器12内设有用于与外部移动设备相连接的蓝牙模块，智能控制器12与设置在控制面板上的显示器30相连。当需要了解设备运行状况时，扫描二维码，下载独立开发的移动端APP，利用的智能控制器12中的蓝牙模块，实现与移动端连接，在移动端上实时显示设备的电压、电流、累计使用电量与剩余电量等状态参数，并能通过手机APP控制装置输出开关的状态，实现远程操控装置的启停。
实施例
太阳能电池板实时发电功率受光照条件及安装角度等因素影响，以额定发电功率代替装置的实际发电功率会产生较大的误差，集水效率测试以模拟一定环境参数进行测试。以下为本发明测试实施过程：
发电功率测试条件：室外温度34.5℃，空气相对湿度45.6％，光照强度70000～80000lux
1.测得电压值21V；
2.测得电流值8.9A；
3.计算得实时发电功率186.9W。
一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置集水效率测试
(1)雨水收集净化模块集水效率测试条件：降雨量在15-20ml/每天,可制取饮用水10-12L/每天左右
(2)空气循环吸附集水模块集水效率测试条件：环境温度25℃，相对湿度RH＝50％的条件下，空气中含水量如下，将水箱内水进行收集，每天可制取饮用水5.0L
(3)压缩空气冷凝集水模块集水效率测试条件：环境温度25℃，相对湿度RH＝50％的条件下，空气中含水量如下，将水箱内水进行收集，每天可制取饮用水9.0L
装置三大集水模块总集水效率测试条件：环境温度25℃，相对湿度RH＝50％的条件下，空气中含水量如下，将水箱内水进行收集，每天可制取饮用水24L
虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效无替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举的描述仅仅是处于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而且包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (3)

1.一种多场景基站式太阳能智能集水储能装置，其特征在于：包 括框架总成、光伏发电储能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附 集水模块、压缩空气冷凝集水模块和智能控制模块，所述光伏发电储 能模块、雨水收集净化模块、空气循环吸附集水模块和压缩空气冷凝 集水模块之间单独运行，所述智能控制模块与光伏发电储能模块、雨 水收集净化模块、空气循环吸附集水模块和压缩空气冷凝集水模块连
接；
所述雨水收集净化模块包括蒸汽管(6) 、太阳能真空集热管(7) 、 雨水收集槽(8) 、管翅式冷凝器(11)、上水泵(15)、净水箱(17) 、雨水收 集箱(19)和净化装置(31) ，所述太阳能真空集热管(7)安装在支架(1) 上，所述蒸汽管(6)安装在太阳能真空集热管(7)的顶部并与太阳能真 空集热管(7)相连通，所述管翅式冷凝器(11)安装在第一载物台(3)上，所述净水箱(17)和雨水收集箱(19)安装在第二载物台(4)上，所述雨水 收集槽(8)通过管道与雨水收集箱(19)连接，所述雨水收集箱(19)通过 管道与太阳能真空集热管(7)相连接，所述上水泵(15)安装在雨水收集 箱(19)和太阳能真空集热管(7)连接的管道上，所述太阳能真空集热管 (7)通过蒸汽管(6)与管翅式冷凝器(11)连接，所述管翅式冷凝器(11)通 过管道与净化装置(31)相连接，所述净化装置(31)与净水箱(17)连接， 所述太阳能真空集热管(7)并列排布于支架(1)的倾斜面，所述太阳能 真空集热管(7)的内部放置有毛细吸附材料和超声波雾化器，多个所 述太阳能真空集热管(7)的顶部均设有一个进水口和一个蒸汽口，所
述雨水收集箱(19)的进口处安装有过滤装置，所述净水箱(17)内设有
液位传感器和紫外线杀菌灯(32)；
所述压缩空气冷凝集水模块包括空气压缩机(9)和壳管式冷凝器 ( 14) ，所述空气压缩机(9)和壳管式冷凝器(14)位于第一载物台(3)上， 所述空气压缩机(9)通过输气管道与壳管式冷凝器(14)相连接，所述壳 管式冷凝器(14)通过管道与净化装置(31)相连接，所述空气压缩机(9)
的进口处安装有空气过滤网；
所述空气循环吸附集水模块包括空气吸附管(10)、下水泵(16) 、抽拉板(18) 、可调节支架(20)和鼓风机(21) ，所述空气吸附管(10) 、可调节支架(20)和鼓风机(21)均安装在抽拉板(18)上，所述下水泵(16)安装在第二载物台(4)上，所述空气吸附管(10)的底部与可调节支架(20)连接，所述雨水收集箱(19)与空气吸附管(10)的外壁连接，所述下水泵(16)安装在雨水收集箱(19)与空气吸附管(10)连接的管道中部，所述鼓风机(21)与空气吸附管(10)的进气口连接，所述空气吸附管(10)的出气口与管翅式冷凝器(11)相连接；
所述智能控制模块包括智能控制器(12) 、温度传感器、液位传感器和湿度传感器，所述智能控制器(12)安装第一载物台(3)上，所述智能控制器(12)通过线路与空气压缩机(9)、管翅式冷凝器(11) 、壳管式冷凝器(14) 、上水泵(15) 、下水泵(16) 、鼓风机(21)相连接，所述智能控制器(12)内设有用于与外部移动设备相连接的蓝牙模块；当需要了解设备运行状况时，扫描二维码，下载独立开发的移动端APP，利用智能控制器（12）中的蓝牙模块，实现与移动端连接，在移动端上实时显示设备的电压、电流、累计使用电量与剩余电量，并能通过移动端APP控制装置输出开关的状态，实现远程操控装置的启停。
2.根据权利要求 1 所述的多场景基站式太阳能智能集水储能装置，其特征在于：所述框架总成包括支架(1) 、框架(2) 、第一载物 台(3) 、第二载物台(4)和脚轮(5)，所述第一载物台(3)和第二载物台(4) 安装在框架(2)上，所述脚轮(5)安装在第二载物台(4)的底部，所述支 架(1)安装在框架(2)的顶部，所述框架(2)上安装有操作按钮(29)和显
示器(30)。
3.根据权利要求 2 所述的多场景基站式太阳能智能集水储能装置，其特征在于：所述光伏发电储能模块包括太阳能光伏板组件、 太阳能控制器(13)、蓄电池(23)和逆变器(22)，所述太阳能光伏板组件 包括第一太阳能光伏板(24) 、第二太阳能光伏板(25) 、第三太阳能光 伏板(26)、第四太阳能光伏板(27)和第五太阳能光伏板(28)，所述第一 太阳能光伏板(24)安装在雨水收集净化模块上，所述第二太阳能光伏 板(25)和第三太阳能光伏板(26)通过抽拉组件平行设置在框架(2)的内 部顶端，所述第四太阳能光伏板(27)和第五太阳能光伏板(28)通过铰 接件设置在框架(2)左右两侧面，所述太阳能光伏板组件通过太阳能控制器(13)与蓄电池(23)连接，所述逆变器(22)与蓄电池(23)连接，所述太阳能控制器(13)安装在第一载物台(3)上。
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