CN117240186A - 一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法 - Google Patents
一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117240186A CN117240186A CN202310263023.0A CN202310263023A CN117240186A CN 117240186 A CN117240186 A CN 117240186A CN 202310263023 A CN202310263023 A CN 202310263023A CN 117240186 A CN117240186 A CN 117240186A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power generation
- energy
- wind
- solar panel
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 140
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title abstract description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 81
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 22
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 11
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 11
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明涉及一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法，包括摄像头、储能模块、主控模块、立柱和发电模块，发电模块包括太阳能组件和摩擦能组件，发电模块的输出端与储能模块的输入端连接，主控模块和摄像头均与所述储能模块的输出端连接，太阳能板、纳米摩擦发电机均与所述储能模块的输入端连接，以将太阳能、雨水能、风能转换为电能后传输至所述储能模块；实现了可同时利用太阳能、风能和雨能多能互补发电的自供能目的，通过风能、雨能和太阳能产生电能供给摄像头用电，具有成本低、实用性高的等优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，更具体地说，涉及一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法。
背景技术
目前，户外监控摄像头的电力供给多数采用传统电网供电方式，但是在野外地区人口稀少，往往不会进行电网铺设，采用蓄电池的方式更换十分麻烦，虽然有采用太阳能供电的摄像头，但在由于梅雨季或北方冬季等情况下易出现太阳能不足的情况，因此往往还是需要电网进行补充，因此现有的太阳能摄像头并不实用，在自然界中，太阳能、风能、雨能等能量取之不尽用之不竭，目前，除了太阳能外，常见的能量采集方式还包括风能发电、雨水能发电等。如何将这些能源转化为电能可以有效的对摄像头进行供能，因此，有必要提供一种装置，能将上述能量采集方式有机地结合在一起对摄像头进行供能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种利用太阳能节能发电的摄像头，包括摄像头、储能模块、主控模块、立柱、发电模块和电动万向机构；其中，
所述发电模块包括两个发电机构，具体为太阳能板，和与所述太阳能板背靠背设置的纳米摩擦发电机；
所述电动万向机构与发电模块下端连接，用于通过接收主控模块的指令控制发电模块在水平和竖直方向任意角度的旋转；所述主控模块用于通过电动万向机构调节发电模块使太阳能板朝向太阳或纳米摩擦发电机迎风来切换发电机构；
所述主控模块连接有光照度传感器、雨量传感器、风向传感器和风速传感器；所述主控模块用于通过雨量传感器、风速传感器、风向传感器和光照度传感器分别获取雨量信息、风速信息、风向信息和光照度信息；所述主控模块用于判断当前主要输出电能的发电机构并获取当前发电量，根据光照信息或风能雨水能信息预测另一发电机构的发电量，通过当前发电量和预测发电量的对比判断是否切换发电机构；
所述发电模块的输出端与储能模块的输入端连接，用于将电能输入储能模块；
所述储能模块用于对主控模块和摄像头供电；
所述纳米摩擦发电机包括柔性防水外壳、设置在所述柔性防水外壳下方的PTFE摩擦层、亚克力基底，以及设置在所述PTFE摩擦层和所述亚克力基底之间的导电层。
优选的，所述发电模块还包括风能组件，所述风能组件包括与所述立柱转动连接的机架，所述机架内设有风能发电机，和与风能发电机转动连接的扇叶，所述机架前端连接有呈喇叭口状的风斗，所述机架的后端连接有中空的尾翼；所述立柱上设有驱动所述机架转动的驱动电机，所述驱动电机和所述风向传感器均与所述主控模块电连接，所述主控模块接收风向传感器的风向信息，并根据风向信息调节驱动电机，使风斗位于迎风位置。
优选的，所述立柱顶部上设有水斗，所述水斗为喇叭结构且其外开口朝上设置，所述水斗中部设有调节杆，所述调节杆上端连接电动万向机构；所述立柱内设有容纳腔，所述容纳腔内设有微型水力发电机，所述容纳腔上端与水斗的底壁连通，下端设有泄水口；所述纳米摩擦发电机前侧表面形成有上窄下宽的凸块，所述凸块的中部形成有便于雨水汇聚的凹陷。
优选的，所述储能模块包括切换模块和蓄电池模块，所述太阳能板输出端与切换模块连接，当检测到太阳能板输出的电流低于摄像头所需电流时，通过切换模块切换为蓄电池对摄像头供电。
优选的，所述电动万向机构的输出端设置有调节座，所述纳米摩擦发电机与所述太阳能板下端均固定在所述调节座上，所述电动万向机构包括用于控制调节座纵向转动的第一调节机构，和用于控制第一调节机构横向转动的第二调节机构。
本发明还提供了一种复合发电方法，基于前述利用太阳能节能发电的摄像头，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，判断当前为太阳能板主输出模式或纳米摩擦发电机主输出模式，若为太阳能板主输出模式，则执行步骤S2和步骤S3，若为纳米摩擦发电机主输出模式则执行步骤S4和步骤S5；
步骤S2，实时获取当前时间段，并计算太阳所在方向和太阳与地面夹角变化值，通过第二调节机构将太阳能板正面转动至太阳所在方向，根据太阳与地面夹角值计算所述太阳能板的角度调节变化值，第一调节机构根据角度调节变化值以预设频次调节太阳能板角度；
步骤S3，实时获取太阳能板的输出发电量，并获取风能数据和降雨量数据，基于摩擦能发电预测公式处理以输出纳米摩擦发电机的预期发电量，若纳米摩擦发电机的预期发电量大于太阳能板的输出发电量时，执行步骤S4；
步骤S4，获取风向信息和降雨量信息，所述风向信息包括风向姿态角和风向方向角，若风速高于预设值，则根据风向方向角计算纳米摩擦发电机的水平方向调节值，第二调节机构通过水平方向调节值动态调节纳米摩擦发电机的方向，根据风向姿态角计算纳米摩擦发电机的纵向角度调节值，第一调节机构通过纵向角度调节值动态调节纳米摩擦发电机的角度；若风速低于预设值且降雨量大于预设值，通过第一调节机构将纳米摩擦发电机调节为水平状态；
步骤S5，实时获取纳米摩擦发电机的输出发电量和光照度数据，并基于太阳能发电预测公式处理以输出太阳能板的预期发电量，当纳米摩擦发电机的预期发电量小于太阳能板的输出发电量时，执行步骤S2。
优选的，在所述步骤S4中，所述摩擦能发电预测公式获取方法为，获取风速数据A，并记录对应风速数据的纳米摩擦发电机的发电量C1，定义摩擦风力发电系数为S，且S＝C1/A，因此摩擦发电板的预测摩擦风力预测公式为C1＝S*A，获取降雨量数据B，并记录对应降雨量数据纳米摩擦发电机的发电量C2，定义摩擦雨水能发电系数为T，且T＝C2/B，因此摩擦发电板的雨水能预测公式为C2＝T*B，则摩擦能发电预测公式为C＝T*B+S*A；在所述步骤S5中，太阳能发电预测公式获取方法为，在晴天获取光照度D，并记录太阳能板的发电量E1，定义阳能发电系数为V，且V＝E1/D，因此若获取到光照度D，则太阳能板的预测发电量E2＝V*D。
优选的，在所述步骤S2中，15-30分钟计算一次太阳与地面夹角值，并根据太阳与地面夹角值计算所述太阳能板的角度调节值，第一调节机构根据角度调节值调节太阳能板角度；在所述步骤S4中，实时获取风向信息，若风向姿态角和风向方向角的变化值不超过预设值，则电动万向机构(8)不对纳米摩擦发电机进行调节。
本发明的有益效果在于：本发明的太阳能板和纳米摩擦发电机背靠背连接在一起，当天气为雨天、大风天或暴风雨时，太阳光线不足，若计算出预期纳米摩擦发电机发电量大于太阳能板发电量时，通过电动万向机构将太阳能板翻转，使纳米摩擦发电机朝上或迎风设置，便于雨水能或风能发电，反之天气转晴，若计算出摩擦发电量小于预期太阳能发电量时，则翻转纳米摩擦发电机，使太阳能板朝上，在太阳能板朝上采集太阳能发电时，摩擦能发电板依然可以采集风能进行发电，作为太阳能发电的补充，实现了可同时利用太阳能、风能和雨能多能互补发电的自供能目的，通过风能、雨能和太阳能产生电能供给摄像头用电，具有成本低、实用性高的等优点。
纳米摩擦发电机为摩擦发电结构，通过雨水和/或风力击打纳米摩擦发电机表面产生机械能转化为电能，雨水经过风力加速能提供更多的机械能，因此本发明通过电动万向机构调节纳米摩擦发电机的角度，使纳米摩擦发电机正面迎风，保证雨水和风力的机械能最大化利用。
通过电动万向机构可以调节太阳能板的角度，预先通过太阳角度变化计算出太阳能板的角度变化，使太阳能板始终正对太阳，保证了太阳能的最大化利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本发明较佳实施例的利用太阳能节能发电的摄像头的结构示意图；
图2是本发明较佳实施例的利用太阳能节能发电的摄像头的水斗俯视示意图；
图3是本发明较佳实施例的利用太阳能节能发电的摄像头的结构框图；
图4是本发明较佳实施例的复合发电方法的步骤图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的利用太阳能节能发电的摄像头如图1所示，参见图2-3，包括摄像头1、储能模块2、主控模块3、立柱4、发电模块5和电动万向机构8；其中，
发电模块5包括两个发电机构，具体为太阳能板6，和与太阳能板6背靠背设置的纳米摩擦发电机7；
电动万向机构8与发电模块5下端连接，用于通过接收主控模块3的指令控制发电模块5在水平和竖直方向任意角度的旋转；主控模块3用于通过电动万向机构8调节发电模块5使太阳能板朝向太阳或纳米摩擦发电机7迎风来切换发电机构；纳米摩擦发电机7与太阳能板6下端均固定在调节座51上，电动万向机构8包括用于控制调节座51纵向转动和横向转动；
主控模块3连接有光照度传感器31、雨量传感器32、风向传感器33和风速传感器34；主控模块3用于通过雨量传感器32、风速传感器34、风向传感器33和光照度传感器31分别获取雨量信息、风速信息、风向信息和光照度信息；主控模块3用于判断当前主要输出电能的发电机构并获取当前发电量，根据光照信息或风能雨水能信息预测另一发电机构的发电量，通过当前发电量和预测发电量的对比判断是否切换发电机构；
发电模块5的输出端与储能模块2的输入端连接，用于将电能输入储能模块2；
储能模块2用于对主控模块3和摄像头1供电；
纳米摩擦发电机7包括柔性防水外壳、设置在柔性防水外壳下方的PTFE摩擦层、亚克力基底，以及设置在PTFE摩擦层和亚克力基底之间的导电层；纳米摩擦发电机为摩擦发电结构，通过雨水和/或风力击打纳米摩擦发电机表面产生机械能转化为电能，雨水经过风力加速能提供更多的机械能，因此本发明通过电动万向机构调节纳米摩擦发电机的角度，使纳米摩擦发电机正面迎风，保证雨水和风力的机械能最大化利用。纳米摩擦发电机在环境中出现雨滴(或水滴)时接受雨滴下落时产生的冲击力，进而在冲击力的驱动下产生振动，并在振动过程中利用特定机电换能机制将振动机械能转化为电能；通过电动万向机构可以调节太阳能板的角度，预先通过太阳角度变化计算出太阳能板的角度变化，使太阳能板始终正对太阳，主保证了太阳能的最大化利用。
起初太阳能板通过调节机构调节太阳能板位置，使其朝向日出方向，通过计算日出时太阳的角度，调节第一调节机构，改变太阳能板与地面的角度，使太阳能板正对太阳，并驱动太阳能板55随着太阳转动，且在此过程中，太阳能板发生在竖直方向上发生偏转，从而大大提高了集热的效率，日落后，失去光照，电动万向机构反向转动，使太阳能板回到初始位置。当日出后的光照强度达到集热条件时，电动万向机构开始工作，从而带动太阳能板转动，开始发电，且日落后，电动万向机构停止工作，发电停止，如此一来，实现了装置有效的自动发电功能。
通过预先计算，可以得到不同日期和时间下的太阳光角度。之后可以通过计算模型数值与上一次的太阳能板实际位置的差值得到角度差，进而分别得出电机应运行时间，从而实现太阳能板的转动控制。
纳米摩擦发电机7包括柔性防水外壳、设置在柔性防水外壳下方的PTFE摩擦层、亚克力基底，以及设置在PTFE摩擦层和亚克力基底之间的导电层。
主控模块用于根据降雨量数据、风速数据和光照度数据变化控制电动万向机构的工作状态，若太阳能板正面朝上，则实时获取太阳能板的输出发电量，并通过获取风能数据和降雨量数据并基于预测公式处理以输出纳米摩擦发电机的预期发电量，当纳米摩擦发电机的预期发电量大于太阳能板的输出发电量时，主控模块调节电动万向机构使纳米摩擦发电机朝上设置；若纳米摩擦发电机正面朝上，则实时获取纳米摩擦发电机的输出发电量，并通过获取光线数据并基于预测公式处理以输出太阳能板的预期发电量，当纳米摩擦发电机的预期发电量小于太阳能板的输出发电量时，主控模块调节电动万向机构使太阳能板朝上设置。
电动万向机构8的输出端设置有调节座51，纳米摩擦发电机7与太阳能板6下端均固定在调节座51上，电动万向机构8包括用于控制调节座51纵向转动的第一调节机构81，和用于控制第一调节机构81横向转动的第二调节机构82。
发电模块5还包括风能组件9，风能组件9包括与立柱4转动连接的机架91，机架91内设有风能发电机92，和与风能发电机92转动连接的扇叶93，机架91前端连接有呈喇叭口状的风斗94，机架91的后端连接有中空的尾翼95；立柱4上设有驱动机架91转动的驱动电机，驱动电机和风向传感器33均与主控模块3电连接，主控模块3接收风向传感器33的风向信息，并根据风向信息调节驱动电机，使风斗94位于迎风位置，风立发电机为异步电机；风斗的棱锥形外壳结构，风从侧面进风口吹入后，风道逐渐减小，根据狭管效应,当气流由开阔地带流入地形构成的峡谷时,由于空气质量不能大量堆积,于是加速流过峡谷,风速增大，因此在相同的外界风速下，本发明的扇叶转速更快，可以获得更高的电能输出。
风斗内壁设有多个与储能模块电连接的摩擦发电机，摩擦发电机包括固定架，固定架与风斗相连接，且固定架内设有上电极层和下电极层，且上电极层和下电极层电连接；所述上电极层和下电极层之间设有负电性摩擦层，负电性摩擦层是由PTFE或者PDMS所制成的材料层。
风能发电机、纳米摩擦发电机和太阳能板55能够分别进行发电，实现复合俘能机制。其中，三者分别利用风能、摩擦能和太阳能进行发电。复合式能量收集装置是在同一装置中集成多种换能单元，能够从一种或多种外部环境激励中获取能量，与单一发电形式的能量收集器相比，复合式能量收集器具有更大的输出功率，更高的机电转换效率，更好的环境适应性，将三种能量收集技术有机结合，实现风能、太阳能和雨滴能的高效收集，可在更好的为摄像头1供能。
本发明的雨量传感器为压电式雨量传感器，采用压电陶瓷动能式雨量监测，根据雨滴掉落击打的力度进行识别，从小雨到磅礴大雨均可监测，对单个雨滴进行测算，进而计算降雨量。
本发明的风向传感器，是一种以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的物理装置。风向传感器可测量室外环境中的近地风向，按工作原理可分为光电式、电压式和罗盘式等，被广泛应用于气象、海洋、环境、农业、林业、水利、电力、科研等领域，通常与风速传感器一起使用。
本发明的风速传感器是用来测量风速的设备,外形小巧轻便，便于携带和组装。本发明采用的风速传感器包括但不限于机械式风速传感器、超声波式风速传感器。能有效获得风速信息，壳体采用优质铝合金型材或聚碳酸酯复合材料，防雨水，耐腐蚀，抗老化，是一种使用方便，安全可靠的智能仪器仪表。主要用在气象、农业、船舶等领域，可长期在室外使用。
本发明的光照传感器是一种传感器，用于检测光照强度，简称照度，工作原理是将光照强度值转为电压值，主要用于农业林业温室大棚培育等。
立柱4顶部上设有水斗41，水斗41为喇叭结构且其外开口朝上设置，水斗41中部设有调节杆42，调节杆42上端连接电动万向机构；立柱4内设有容纳腔43，容纳腔43内设有微型水力发电机10，容纳腔43上端与水斗41的底壁连通，下端设有泄水口；纳米摩擦发电机7前侧表面形成有上窄下宽的凸块，凸块的中部形成有便于雨水汇聚的凹陷；本申请的微型水力发电机为现有的水龙头微型发电机，具体结构可参见专利号为CN200920307705.2的专利，下雨时，水斗可以收集雨水，用于微型水力发电机进行水力发电，纳米摩擦发电机7前侧两边突出，中间形成的凹陷便于雨水汇聚，提高了雨水收集量，因此提高了发电效率。
储能模块2包括切换模块和蓄电池模块，太阳能板6输出端与切换模块连接，当检测到太阳能板6输出的电流低于摄像头1所需电流时，通过切换模块切换为蓄电池对摄像头1供电。
本发明还提供了一种复合发电方法实施例，基于前述利用太阳能节能发电的摄像头实施例，如图4所示，本方法包括以下步骤：
步骤S1，判断当前为太阳能板6主输出模式或纳米摩擦发电机7主输出模式，若为太阳能板6主输出模式，则执行步骤S2和步骤S3，若为纳米摩擦发电机7主输出模式则执行步骤S4和步骤S5；
步骤S2，实时获取当前时间段，并计算太阳所在方向和太阳与地面夹角变化值，通过第二调节机构82将太阳能板6正面转动至太阳所在方向，根据太阳与地面夹角值计算太阳能板的角度调节变化值，第一调节机构81根据角度调节变化值以预设频次调节太阳能板6角度；
步骤S3，实时获取太阳能板6的输出发电量，并获取风能数据和降雨量数据，基于摩擦能发电预测公式处理以输出纳米摩擦发电机7的预期发电量，若纳米摩擦发电机7的预期发电量大于太阳能板6的输出发电量时，执行步骤S4；
步骤S4，获取风向信息和降雨量信息，风向信息包括风向姿态角和风向方向角，若风速高于预设值，则根据风向方向角计算纳米摩擦发电机7的水平方向调节值，第二调节机构82通过水平方向调节值动态调节纳米摩擦发电机7的方向，根据风向姿态角计算纳米摩擦发电机7的纵向角度调节值，第一调节机构81通过纵向角度调节值动态调节纳米摩擦发电机7的角度；若风速低于预设值且降雨量大于预设值，通过第一调节机构81将纳米摩擦发电机7调节为水平状态，具体的，若风速低于10-15km/h且降雨量大于15-25mm，通过第一调节机构81将纳米摩擦发电机7调节为水平状态，在本实施例中，风速低于12km/h且降雨量大于18mm时，此时风速对于雨水影响较小，纳米摩擦发电板无需跟随风速转动，因此只需要将纳米摩擦发电机7维持在水平状态。
步骤S5，实时获取纳米摩擦发电机7的输出发电量和光照度数据，并基于太阳能发电预测公式处理以输出太阳能板6的预期发电量，当纳米摩擦发电机7的预期发电量小于太阳能板6的输出发电量时，执行步骤S2。
在步骤S4中，摩擦能发电预测公式获取方法为，获取风速数据A，并记录对应风速数据的纳米摩擦发电机7的发电量C1，定义摩擦风力发电系数为S，且S＝C1/A，因此摩擦发电板的预测摩擦风力预测公式为C1＝S*A，获取降雨量数据B，并记录对应降雨量数据纳米摩擦发电机7的发电量C2，定义摩擦雨水能发电系数为T，且T＝C2/B，因此摩擦发电板的雨水能预测公式为C2＝T*B，则摩擦能发电预测公式为C＝T*B+S*A；在步骤S5中，太阳能发电预测公式获取方法为，在晴天获取光照度D，并记录太阳能板6的发电量E1，定义阳能发电系数为V，且V＝E1/D，因此若获取到光照度D，则太阳能板6的预测发电量E2＝V*D。
在步骤S2中，15-30分钟计算一次太阳与地面夹角值，并根据太阳与地面夹角值计算太阳能板的角度调节值，第一调节机构81根据角度调节值调节太阳能板6角度；在步骤S4中，实时获取风向信息，若风向姿态角和风向方向角的变化值不超过预设值，则电动万向机构8不对纳米摩擦发电机7进行调节；若风向姿态角和风向方向角的变化值不超过10-15°，则纳米摩擦发电机7不会调节至相应的角度，若风向姿态角和风向方向角的变化值超过10-15°，则调节纳米摩擦发电机7，使纳米摩擦发电机7始终与风向姿态角和风向方向角二者的差值小于10-15°，可以有效的节约调节损耗的电力，同时又不会损失过多的发电量。
本发明的太阳能板和纳米摩擦发电机为同一结构，当天气为雨天、大风天或暴风雨时，太阳光线不足，若计算出预期纳米摩擦发电机发电量大于太阳能板发电量时，通过电动万向机构将太阳能板6翻转，使纳米摩擦发电机7朝上或迎风设置，便于雨水能或风能发电，反之天气转晴，若计算出摩擦发电量小于预期太阳能发电量时，则翻转纳米摩擦发电机7，使太阳能板6朝上，在太阳能板朝上采集太阳能发电时，摩擦能发电板依然可以采集风能进行发电，作为太阳能发电的补充，实现了可同时利用太阳能、风能和雨能多能互补发电的自供能目的，通过风能、雨能和太阳能产生电能供给摄像头1用电，具有成本低、实用性高的等优点。
纳米摩擦发电机7为摩擦发电结构，通过雨水和/或风力击打纳米摩擦发电机7表面产生机械能转化为电能，雨水经过风力加速能提供更多的机械能，因此本发明通过电动万向机构调节纳米摩擦发电机7的角度，使纳米摩擦发电机7正面迎风，保证雨水和风力机械能最大化利用。
通过电动万向机构可以调节太阳能板6的角度，预先通过太阳角度变化计算出太阳能板6的角度变化，使太阳能板6始终正对太阳，保证了太阳能的最大化利用。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用太阳能节能发电的摄像头，利用太阳能、风能和雨水能综合发电，其特征在于，包括摄像头(1)、储能模块(2)、主控模块(3)、立柱(4)、发电模块(5)和电动万向机构(8)；其中，
所述发电模块(5)包括两个发电机构，具体为太阳能板(6)，和与所述太阳能板(6)背靠背设置的纳米摩擦发电机(7)；
所述电动万向机构(8)与发电模块(5)下端连接，用于通过接收主控模块(3)的指令控制发电模块(5)在水平和竖直方向任意角度的旋转；所述主控模块(3)用于通过电动万向机构(8)调节发电模块(5)使太阳能板朝向太阳或纳米摩擦发电机(7)迎风来切换发电机构；
所述主控模块(3)连接有光照度传感器(31)、雨量传感器(32)、风向传感器(33)和风速传感器(34)；所述主控模块(3)用于通过雨量传感器(32)、风速传感器(34)、风向传感器(33)和光照度传感器(31)分别获取雨量信息、风速信息、风向信息和光照度信息；所述主控模块(3)用于判断当前主要输出电能的发电机构并获取当前发电量，根据光照信息或风能雨水能信息预测另一发电机构的发电量，通过当前发电量和预测发电量的对比判断是否切换发电机构；
所述发电模块(5)的输出端与储能模块(2)的输入端连接，用于将电能输入储能模块(2)；
所述储能模块(2)用于对主控模块(3)和摄像头(1)供电；
所述纳米摩擦发电机(7)包括柔性防水外壳、设置在所述柔性防水外壳下方的PTFE摩擦层、亚克力基底，以及设置在所述PTFE摩擦层和所述亚克力基底之间的导电层。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能节能发电的摄像头，其特征在于，所述立柱(4)顶部上设有水斗(41)，所述水斗(41)为喇叭结构且其外开口朝上设置，所述水斗(41)中部设有调节杆(42)，所述调节杆(42)上端连接电动万向机构；所述立柱(4)内设有容纳腔(43)，所述容纳腔(43)内设有微型水力发电机(10)，所述容纳腔(43)上端与水斗(41)的底壁连通，下端设有泄水口；所述纳米摩擦发电机(7)前侧表面形成有上窄下宽的凸块，所述凸块的中部形成有便于雨水汇聚的凹陷，所述微型水力发电机(10)用于通过水斗收集的雨水进行水力发电。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能节能发电的摄像头，其特征在于，所述发电模块(5)还包括风能组件(9)，所述风能组件(9)包括与所述立柱(4)转动连接的机架(91)，所述机架(91)内设有风能发电机(92)，和与风能发电机(92)转动连接的扇叶(93)，所述机架(91)前端连接有呈喇叭口状的风斗(94)，所述机架(91)的后端连接有中空的尾翼(95)；所述立柱(4)上设有驱动所述机架(91)转动的驱动电机，所述驱动电机和所述风向传感器(33)均与所述主控模块(3)电连接，所述主控模块(3)接收风向传感器(33)的风向信息，并根据风向信息调节驱动电机，使风斗(94)位于迎风位置。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能节能发电的摄像头，其特征在于，所述储能模块(2)包括切换模块和蓄电池模块，所述太阳能板(6)输出端与切换模块连接，当检测到太阳能板(6)输出的电流低于摄像头(1)所需电流时，通过切换模块切换为蓄电池对摄像头(1)供电。
5.根据权利要求1所述的利用太阳能节能发电的摄像头，其特征在于，所述电动万向机构(8)的输出端设置有调节座(51)，所述纳米摩擦发电机(7)与所述太阳能板(6)下端均固定在所述调节座(51)上，所述电动万向机构(8)包括用于控制调节座(51)纵向转动的第一调节机构(81)，和用于控制第一调节机构(81)横向转动的第二调节机构(82)。
6.一种复合发电方法，基于权利要求1-5任一所述利用太阳能节能发电的摄像头，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，判断当前为太阳能板(6)主输出模式或纳米摩擦发电机(7)主输出模式，若为太阳能板(6)主输出模式，则执行步骤S2和步骤S3，若为纳米摩擦发电机(7)主输出模式则执行步骤S4和步骤S5；
步骤S2，实时获取当前时间段，并计算太阳所在方向和太阳与地面夹角变化值，通过第二调节机构(82)将太阳能板(6)正面转动至太阳所在方向，根据太阳与地面夹角值计算所述太阳能板的角度调节变化值，第一调节机构(81)根据角度调节变化值以预设频次调节太阳能板(6)角度；
步骤S3，实时获取太阳能板(6)的输出发电量，并获取风能数据和降雨量数据，基于摩擦能发电预测公式处理以输出纳米摩擦发电机(7)的预期发电量，若纳米摩擦发电机(7)的预期发电量大于太阳能板(6)的输出发电量时，执行步骤S4；
步骤S4，获取风向信息和降雨量信息，所述风向信息包括风向姿态角和风向方向角，若风速高于预设值，则根据风向方向角计算纳米摩擦发电机(7)的水平方向调节值，第二调节机构(82)通过水平方向调节值动态调节纳米摩擦发电机(7)的方向，根据风向姿态角计算纳米摩擦发电机(7)的纵向角度调节值，第一调节机构(81)通过纵向角度调节值动态调节纳米摩擦发电机(7)的角度；若风速低于预设值且降雨量大于预设值，通过第一调节机构(81)将纳米摩擦发电机(7)调节为水平状态；
步骤S5，实时获取纳米摩擦发电机(7)的输出发电量和光照度数据，并基于太阳能发电预测公式处理以输出太阳能板(6)的预期发电量，当纳米摩擦发电机(7)的预期发电量小于太阳能板(6)的输出发电量时，执行步骤S2。
7.根据权利要求6所述的复合发电方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述摩擦能发电预测公式获取方法为，获取风速数据A，并记录对应风速数据的纳米摩擦发电机(7)的发电量C1，定义摩擦风力发电系数为S，且S＝C1/A，因此摩擦发电板的预测摩擦风力预测公式为C1＝S*A，获取降雨量数据B，并记录对应降雨量数据纳米摩擦发电机(7)的发电量C2，定义摩擦雨水能发电系数为T，且T＝C2/B，因此摩擦发电板的雨水能预测公式为C2＝T*B，则摩擦能发电预测公式为C＝T*B+S*A；在所述步骤S5中，太阳能发电预测公式获取方法为，在晴天获取光照度D，并记录太阳能板(6)的发电量E1，定义阳能发电系数为V，且V＝E1/D，因此若获取到光照度D，则太阳能板(6)的预测发电量E2＝V*D。
8.根据权利要求6所述的复合发电方法，其特征在于，在所述步骤S2中，15-30分钟计算一次太阳与地面夹角值，并根据太阳与地面夹角值计算所述太阳能板的角度调节值，第一调节机构(81)根据角度调节值调节太阳能板(6)角度；在所述步骤S4中，实时获取风向信息，若风向姿态角和风向方向角的变化值不超过预设值，则电动万向机构(8)不对纳米摩擦发电机(7)进行调节。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310263023.0A CN117240186A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310263023.0A CN117240186A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117240186A true CN117240186A (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=89097325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310263023.0A Pending CN117240186A (zh) | 2023-03-17 | 2023-03-17 | 一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117240186A (zh) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070138797A1 (en) * | 2005-10-20 | 2007-06-21 | Michael Reidy | Wind energy harnessing apparatuses, systems, methods, and improvements |
| CN101667798A (zh) * | 2009-09-23 | 2010-03-10 | 深圳清华大学研究院 | 一种风光一体化发电系统 |
| CN203150560U (zh) * | 2013-04-02 | 2013-08-21 | 葛宗建 | 一种能源自供装置 |
| JP2014095318A (ja) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Sekisei Kk | 風力発電とソーラー発電とのハイブリッド発電装置 |
| CN104124888A (zh) * | 2013-04-28 | 2014-10-29 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 发电系统 |
| CN105804945A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-07-27 | 安徽工业大学 | 一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法 |
| CN207145138U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-03-27 | 深圳市大众新源节能科技有限公司 | 一种复合发电装置 |
| CN108155831A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-06-12 | 南昌工程学院 | 一种用于采集风能的压电-摩擦电复合型能量采集器 |
| CN208001241U (zh) * | 2018-03-16 | 2018-10-23 | 南昌工程学院 | 一种用于采集风能的压电-摩擦电复合型能量采集器 |
| CN109060012A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-12-21 | 河南理工大学 | 一种森林水文调控监测装置 |
| CN109236569A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-18 | 陈凤耘 | 一种风力增压与太阳能互补发电装置 |
| CN110912461A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-03-24 | 大连海事大学 | 一种基于太阳能、风能与雨能多能互补的自供能装置 |
| CN113644838A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-12 | 暨南大学 | 一种雨能和太阳能采集装置、实现方法及制备方法 |
| CN113794396A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-12-14 | 浙江大学 | 一种具有狭缝效应高效收集风能的摩擦纳米发电机 |
| CN114139797A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 国网电子商务有限公司 | 光伏板表面积灰预测系统及方法、存储介质及电子设备 |
| CN114992054A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-09-02 | 无锡财博信息科技有限公司 | 一种绿色建筑的能量收集系统 |
-
2023
- 2023-03-17 CN CN202310263023.0A patent/CN117240186A/zh active Pending
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070138797A1 (en) * | 2005-10-20 | 2007-06-21 | Michael Reidy | Wind energy harnessing apparatuses, systems, methods, and improvements |
| CN101667798A (zh) * | 2009-09-23 | 2010-03-10 | 深圳清华大学研究院 | 一种风光一体化发电系统 |
| JP2014095318A (ja) * | 2012-11-08 | 2014-05-22 | Sekisei Kk | 風力発電とソーラー発電とのハイブリッド発電装置 |
| CN203150560U (zh) * | 2013-04-02 | 2013-08-21 | 葛宗建 | 一种能源自供装置 |
| CN104124888A (zh) * | 2013-04-28 | 2014-10-29 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 发电系统 |
| CN105804945A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-07-27 | 安徽工业大学 | 一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法 |
| CN207145138U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-03-27 | 深圳市大众新源节能科技有限公司 | 一种复合发电装置 |
| CN208001241U (zh) * | 2018-03-16 | 2018-10-23 | 南昌工程学院 | 一种用于采集风能的压电-摩擦电复合型能量采集器 |
| CN108155831A (zh) * | 2018-03-16 | 2018-06-12 | 南昌工程学院 | 一种用于采集风能的压电-摩擦电复合型能量采集器 |
| CN109060012A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-12-21 | 河南理工大学 | 一种森林水文调控监测装置 |
| CN109236569A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-18 | 陈凤耘 | 一种风力增压与太阳能互补发电装置 |
| CN110912461A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-03-24 | 大连海事大学 | 一种基于太阳能、风能与雨能多能互补的自供能装置 |
| CN113644838A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-11-12 | 暨南大学 | 一种雨能和太阳能采集装置、实现方法及制备方法 |
| CN113794396A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-12-14 | 浙江大学 | 一种具有狭缝效应高效收集风能的摩擦纳米发电机 |
| CN114139797A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 国网电子商务有限公司 | 光伏板表面积灰预测系统及方法、存储介质及电子设备 |
| CN114992054A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-09-02 | 无锡财博信息科技有限公司 | 一种绿色建筑的能量收集系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kazem et al. | Effect of humidity on photovoltaic performance based on experimental study | |
| US8330296B2 (en) | Hybrid renewable energy turbine using wind and solar power | |
| CN102566597B (zh) | 光伏发电智能自适应跟踪控制方法及控制系统 | |
| CN108462429B (zh) | 一种离网型新能源智能供电系统 | |
| Nahar et al. | Single axis solar tracker for maximizing power production and sunlight overlapping removal on the sensors of tracker | |
| CN201412273Y (zh) | 增强型太阳能风能自动跟踪发电装置 | |
| Samanta et al. | A simple and efficient sun tracking mechanism using programmable logic controller | |
| Whavale et al. | A review of Adaptive solar tracking for performance enhancement of solar power plant | |
| CN117240186A (zh) | 一种利用太阳能节能发电的摄像头和复合发电方法 | |
| CN207369718U (zh) | 自动除雪农业大棚 | |
| CN109660184B (zh) | 一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统 | |
| CN202472431U (zh) | 聚光光伏双轴定时跟踪控制系统 | |
| CN2760463Y (zh) | 太阳光跟踪传感器 | |
| CN201024600Y (zh) | 可调式太阳能光电遮阳装置 | |
| CN212563526U (zh) | 一种新型绿色能源发电系统 | |
| CN201876732U (zh) | 太阳实时跟踪系统 | |
| CA2703468C (en) | Hybrid renewable energy turbine using wind and solar power | |
| CN113203449A (zh) | 一种水文监测设备的辅助测量组件 | |
| CN2483667Y (zh) | 全方位跟踪日光的太阳能装置 | |
| KR20110048480A (ko) | 하이브리드형 발전장치 | |
| Kennedy et al. | Efficient and low cost implementation of a single axis solar tracking system | |
| NL2032369B1 (en) | A process for generating electric power with a hybrid wind-photo voltaic energy converting system | |
| Haomin et al. | Research and Design of Intelligent Solar Tracking Power Generation and Rainwater Collection System | |
| CN211880346U (zh) | 一种架空线路式光伏发电装置 | |
| CN115038218A (zh) | 基于天气识别和时间自控的太阳能灯 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |