CN211720269U - 一种高原用风光燃储互补能源系统 - Google Patents

一种高原用风光燃储互补能源系统 Download PDF

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陆运章
周蒙
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Abstract

本实用新型公开了一种高原用风光燃储互补能源系统，包括光伏发电单元、风力发电单元、燃料发电单元、储能单元和输出单元，所述光伏发电单元、风力发电单元和燃料发电单元均与所述储能单元相连，所述燃料发电单元根据所述储能单元的电量启停；所述输出单元的输入端分别与所述光伏发电单元、燃料发电单元、风力发电单元和储能单元相连，所述输出单元的输出端设有多个电源输出端口，各电源输出端口根据储能单元的电量而通断。本实用新型具有结构简单、整体安装便捷、占地面积小、电力供应稳定、成本低廉、无污染、无需补给，可实现无人值守等优点。

Description

一种高原用风光燃储互补能源系统
技术领域
本实用新型主要涉及供电系统技术领域，特指一种高原用风光燃储互补能源系统。
背景技术
高原地区因空气稀薄、氧气少、地形复杂、气候恶劣，同时常住人口少，居住分散，不适合在其上大规模建设电网；传统供电方式为柴油发电，此种方式能源利用效率低、噪音大、稳定性差，并且需经常补充柴油。目前单一的太阳能或风能发电系统开始在高原地区使用，此种方式虽然实现再生能源供电，但是对高原环境适应性差，资源利用率低，建设成本高，供电稳定性差。风光燃储互补能源系统将成为高原地区能源供应的发展趋势。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种供电合理、电力供应稳定的高原用风光燃储互补能源系统。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种高原用风光燃储互补能源系统，包括光伏发电单元、风力发电单元、燃料发电单元、储能单元和输出单元，所述光伏发电单元、风力发电单元和燃料发电单元均与所述储能单元相连，所述燃料发电单元根据所述储能单元的电量启停；所述输出单元的输入端分别与所述光伏发电单元、燃料发电单元、风力发电单元和储能单元相连，所述输出单元的输出端设有多个电源输出端口，各电源输出端口根据储能单元的电量而通断。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述燃料发电单元包括柴油发电机、油位检测模块和报警模块；所述油位检测模块用于检测柴油发电机的油量，并在油量低于预设值时发送报警信号至报警模块进行报警。
所述燃料发电单元还包括加热模块，所述加热模块包括温度探头、加热器和温控电路，所述温控电路分别与所述温度探头和加热器相连，用于根据所述温度探头检测到的柴油温度控制加热器进行加热。
所述电源输出端口的数量为六个，其中三个电源输出端口为一次下电输出端口，在蓄电池的剩余电量低于50％时断开；另外三个电源输出端口为二次下电输出端口，在蓄电池剩余电量低于30％时断开。
还包括中控单元、数据传输单元和终端，所述中控单元与所述光伏发电单元、风力发电单元、燃料发电单元、储能单元、输出单元和数据传输单元相连，所述中控单元通过数据传输单元与所述终端相连。
所述储能单元包括储能模块、储能管理模块和环控模块，所述储能管理模块与所述储能模块相连，用于对储能模块进行充放电管理；所述环控模块包括环境温度传感器、环控电路、散热组件和加热组件，所述环控电路分别与环境温度传感器、散热组件和加热组件相连，用于根据所述环境温度传感器检测的环境温度信号控制所述散热组件和加热组件的工作。
还包括柜体，所述柜体包括底层舱体和位于所述底层舱体上的中层腔体，所述燃料发电单元和储能单元安装于所述底层舱体内，所述光伏发电单元安装于所述中层腔体的上方，所述风力发电单元安装于所述中层腔体内。
所述光伏发电单元包括底座和光伏组件；所述光伏组件与所述底座之间安装倾角调节机构，用于对光伏组件的倾角进行调节；所述底座与所述中层腔体之间设有方位角调节机构，用于驱动所述底座旋转以调节光伏组件的方位角。
所述倾角调节机构包括立梁、第一传动轮、旋转轴和倾角步进电机；所述立梁安装于所述底座上，所述立梁的顶端安装有旋转轴，所述光伏组件安装于所述旋转轴上，所述旋转轴套设于所述第一传动轮上，所述倾角步进电机安装于立梁的底部，所述倾角步进电机通过第一传动带与所述第一传动轮相连；所述光伏组件的底面通过紧固件连接有斜梁，所述斜梁紧固于所述旋转轴上。
所述底座的下方设有转杆，所述转杆套设于所述中层腔体上的轴承上；所述方位角调节机构包括方位角步进电机、第二传动轮和第二传动带，所述第二传动轮固定套设于所述转杆上，所述方位角步进电机通过第二传动带与所述第二传动轮相连。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型的高原用风光燃储互补能源系统，充分考虑高原地区高海拔、低温、低气压的环境条件，以及高原地区燃料补给困难的现状；利用自然界取之不尽，用之不竭的太阳能、风能作为能量来源，使用蓄电池在能量充足时存储多余能量，在能量不足时释放能量供负载使用，使用燃料发电单元(如柴油发电机)做后备能源；输出单元的输出端设有多个电源输出端口，各电源输出端口根据储能单元的电量而通断，可以根据负载的优先级进行合理供电，优先保证重要负载的供电；整体安装便捷、占地面积小、电力供应稳定、成本低廉、无污染、无需补给，可实现无人值守。
本实用新型的高原用风光燃储互补能源系统，将燃料发电单元、储能单元、风力发电单元和光伏发电单元分层布置，一体化安装，结构简单且布局合理，占地面积小，成本低廉、无污染、无需补给、可实现无人值守；另外，光伏发电单元安装于顶层，在不同的季节，可根据太阳高度和角度，调整安装角度，使正午太阳直射到光伏组件上；在一天的不同时间可正对太阳旋转，使光伏发电单元一直正对太阳，从而提高发电量。
本实用新型的高原用风光燃储互补能源系统，将风力发电单元、光伏发电单元、燃料发电单元、储能单元整合为一体化结构，简化了基础制作，省去了繁琐的安装调试过程；优越的能源管理，实现最大限度地利用可再生能源，避免反复补给燃料，保障了能源供应稳定可靠。
附图说明
图1为本实用新型在实施例的方框结构图。
图2为本实用新型在实施例的主视结构图。
图3为本实用新型在实施例的侧视结构图。
图4为本实用新型的底层舱体在实施例的俯视结构图。
图中标号表示：1、底层舱体；101、底架；102、燃料发电单元；103、进气口；104、百叶窗；105、油箱；106、加油口；107、排烟口；108、检修门；109、负载；110、排风扇；111、中控单元；112、数据传输单元；113、储能单元；2、中层腔体；201、风力发电单元； 3、光伏发电单元；301、光伏组件；302、斜梁；303、立梁；304、倾角调节机构；3041、旋转轴；3042、第一传动轮；3043、第一传动带；3044、倾角步进电机；305、方位角调节机构； 3051、方位角步进电机；3052、第二传动轮；3053、第二传动带；306、通讯天线；307、底座；4、输出单元；401、逆变模块；402、负载控制模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，本实施例的高原用风光燃储互补能源系统，包括光伏发电单元3、风力发电单元201、燃料发电单元102、储能单元113(如蓄电池)和输出单元4，光伏发电单元3、风力发电单元201和燃料发电单元102均与储能单元113相连，燃料发电单元102作为备用能源，根据储能单元113的电量启停；输出单元4的输入端分别与光伏发电单元3、燃料发电单元102、风力发电单元201和储能单元113相连，输出单元4的输出端设有多个电源输出端口，各电源输出端口根据储能单元113的电量而通断。具体地，电源输出端口的数量为六个，其中三个电源输出端口为一次下电输出端口，在蓄电池的剩余电量低于50％时断开；另外三个电源输出端口为二次下电输出端口，在蓄电池剩余电量低于30％时断开。当然，在此并不对电源输出端口的数量、电源输出端口对应的储能单元113剩余电量进行限定，在其它实施例中，根据实际情况进行数量的选择以及剩余电量的调整。
本实用新型的高原用风光燃储互补能源系统，充分考虑高原地区高海拔、低温、低气压的环境条件，以及高原地区燃料补给困难的现状；利用自然界取之不尽，用之不竭的太阳能、风能作为能量来源，使用蓄电池在能量充足时存储多余能量，在能量不足时释放能量供负载使用，使用燃料发电单元102(如柴油发电机)做后备能源；输出单元4的输出端设有多个电源输出端口，各电源输出端口根据储能单元113的电量而通断，可以根据负载的优先级进行合理供电，优先保证重要负载的供电；整体安装便捷、占地面积小、电力供应稳定、成本低廉、无污染、无需补给，可实现无人值守。
本实施例中，燃料发电单元102包括柴油发电机、油位检测模块、报警模块和加热模块；油位检测模块用于检测柴油发电机的油量，并在油量低于预设值时发送报警信号至报警模块进行报警，如在油量低于20％时，发送报警信号。加热模块包括温度探头、加热器和温控电路，温控电路分别与温度探头和加热器相连，用于根据温度探头检测到的柴油温度控制加热器进行加热，在检测到柴油温度低于-10℃时，温控电路控制加热器对油箱105进行加热，油箱105温度上升并达到合适温度(如5℃时)后，温控器控制加热器停止对油箱105进行加热。柴油发电机作为备用能源，在蓄电池剩余电量低于30％时，启动柴油发电机进行发电，给负载供电，多余的电能给蓄电池供电；当蓄电池剩余电量高于70％时，停止柴油发电机的工作。
本实施例中，储能单元113包括储能模块(如蓄电池)、储能管理模块和环控模块，储能管理模块与储能模块相连，用于对储能模块进行充放电管理，如监测每节蓄电池的实时电压，当监测到有的蓄电池电压与其他蓄电池的差异大于10％时，可以对此节蓄电池进行充放电，直至将电压调整至于其他蓄电池相近(差异小于2％)。环控模块包括环境温度传感器、环控电路、散热组件和加热组件，环控电路分别与温度传感器、散热组件和加热组件相连，用于根据温度传感器检测的蓄电池温度信号控制散热组件和加热组件的工作，如在蓄电池温度低于5℃时，控制加热组件(如常规电加热器)对蓄电池加热，在温度上升至15℃时停止加热；在环境温度高于35℃，控制散热组件(如散热风机)对蓄电池进行散热，在温度降至25℃时停止散热，从而保证蓄电池工作在适宜温度。
本实施例中，光伏发电单元3包括光伏阵列和光伏控制模块；风力发电单元201包括风力发电机和风能控制模块；燃料发电单元102包括柴油发电机和整流模块；输出模块包括逆变模块401(如逆变器)和负载控制模块402；另外，还包括中控单元111、数据传输单元112 和终端，中控单元111与光伏发电单元3、风力发电单元201、燃料发电单元102、储能单元 113、输出单元4和数据传输单元112相连，中控单元111通过数据传输单元112与终端相连。中控单元111可采集能源系统的数据并进行分析判断，数据传输单元112通过GPRS网络传输至用户端，在用户手机软件可以看到太阳能发电功率、风能发电功率、柴油机发电功率、柴油机油量、蓄电池剩余电量、蓄电池电压、逆变器输出功率等能源系统运行参数，以及发电是否正常、蓄电池是否缺电、柴油机是否缺油等信息。
具体地，光伏阵列包括136块270W的多晶硅太阳能组件，太阳能装机容量为36.72kW，采用17串8并的方式连接至一台360V80A的太阳能控制器；一台5kW风力发电机连接至一台 360V20A风能控制器；一台50kW柴油发电机连接3个80A整理模块；180节2V500Ah的蓄电池串联成360V500Ah蓄电池组，存储的电量为180kWh；逆变器的额定输出功率为40kW，输出电压为AC220V。其中光伏控制模块、风能控制模块、整流模块都设有过流保护、过压保护、防反接保护，过流保护设置为额定电流的1.05倍，过压保护设置为430V；逆变模块401、负载控制模块402内都设有欠压保护、过压保护、过载保护功能，欠压保护电压设置为310V，过压保护电压设置为430V，过载保护值设置为逆变器额定输出的1.05倍。另外，整个系统配置有电能保护装置，光伏控制模块与风能控制模块输入端配置有空气开关、熔断器、防雷器、防反二极管；输出端配置有空气开关、熔断器、防雷器。整流模块输入端与输出端配置有空气开关、熔断器、防雷器。配电箱输入端配置有空气开关、熔断器、过压和漏电保护装置，输出端配置有空气开关、熔断器、防雷器。
如图2至图4所示，还包括柜体，柜体包括底层舱体1和中层腔体2，燃料发电单元102 和储能单元113(如蓄电池)安装在底层舱体1内；中层腔体2安装于底层舱体1的上方，风力发电单元201安装在中层腔体2内；光伏发电单元3位于中层腔体2的上方，光伏发电单元3包括底座307和光伏组件301；光伏组件301与底座307之间安装倾角调节机构304，用于对光伏组件301的倾角进行调节；底座307与中层腔体2之间设有方位角调节机构305，用于驱动底座307旋转以调节光伏组件301的方位角。由于将燃料发电单元102、储能单元 113、风力发电单元201和光伏发电单元3分层布置，一体化安装，结构简单且布局合理，占地面积小，成本低廉、无污染、无需补给、可实现无人值守；另外，光伏发电单元3安装于顶层，在不同的季节，可根据太阳高度和角度，调整安装角度，使正午太阳直射到光伏组件 301上；在一天的不同时间可正对太阳旋转，使光伏组件301一直正对太阳，从而提高发电量。
如图2和图3所示，本实施例中，倾角调节机构304包括立梁303、第一传动轮3042、旋转轴3041和倾角步进电机3044；立梁303安装于底座307上，立梁303的顶端安装有旋转轴3041，光伏组件301安装于旋转轴3041上，旋转轴3041套设于第一传动轮3042上，倾角步进电机3044安装于立梁303的底部，倾角步进电机3044通过第一传动带3043与第一传动轮3042相连。在需要调节倾角时，倾角步进电机3044旋转，通过第一传动带3043带动第一传动轮3042上的旋转轴3041转动，从而带动光伏组件301转动以实现倾角的变化。具体地，光伏组件301的底面通过紧固件连接有斜梁302，斜梁302紧固于旋转轴3041上；倾角调节机构304的整体结构简单且操作简便。
本实施例中，底座307的下方转动安装于中层腔体2上，转动方向为水平面转动；底座 307的下方设有转杆，转杆套设于中层腔体2上的轴承上；方位角调节机构305包括方位角步进电机3051、第二传动轮3052和第二传动带3053，第二传动轮3052固定套设于转杆上，方位角步进电机3051通过第二传动带3053与第二传动轮3052相连。具体地，在底座307上设有角度跟踪器，用于控制倾角步进电机3044和方位角步进电机3051的运行，控制原理如下：
Figure BDA0002435485130000061
ω＝15°(12-H)
式中：δ为赤纬角，ω为太阳时角；H为时刻，0～24h；dn代表从1月1日起的第dn天，即1≤dn≤365。光伏组件301的倾角为赤纬角加上光伏组件301所在的纬度，根据日期可算出δ；同时需使光伏组件301与正南方向的夹角为太阳时角ω，通过一天中的时刻可计算出太阳时角。
如图4所示，本实施例中，底层舱体1的一侧设有百叶窗104，百叶窗104正对燃料发电单元102(即柴油发电机)的进气口103；底层舱体1的正面设有加油口106，加油口106 与柴油发电机的油箱105相连；底层舱体1的一侧设置有检修门108，用于对负载109进行配电。底层舱体1(简称底舱)的底架101设有安装孔，可固定在安装基础上；底架101设有叉车口，可使用叉车运至安装地点；柴油发电机固定在底架101上，柴油发电机的排烟管通过底舱排烟口107将废气排出底舱，可通过加油口106对柴油发电机油箱105加注柴油，柴油发电机的进气口103通过底舱百叶窗104补充空气，百叶窗104上设有滤网可以防止杂质与昆虫进入，排风扇110上设有温度开关，温度低于35℃时，排风扇110处于关闭状态；当温度高于35℃时，半功率运行；当温度高于50℃时，满功率运行。蓄电池、数据传输单元 112固定在底架101上，底舱侧面设有显示屏和按钮，可观察柴油发电机、数据传输单元112 运行状态并对其进行操作，数据传输单元112可通过通讯天线306将系统的运行数据输出至 GPRS网络，同时用户可通过数据传输单元112远程控制系统各单元的运行。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，包括光伏发电单元(3)、风力发电单元(201)、燃料发电单元(102)、储能单元(113)和输出单元(4)，所述光伏发电单元(3)、风力发电单元(201)和燃料发电单元(102)均与所述储能单元(113)相连，所述燃料发电单元(102)根据所述储能单元(113)的电量启停；所述输出单元(4)的输入端分别与所述光伏发电单元(3)、燃料发电单元(102)、风力发电单元(201)和储能单元(113)相连，所述输出单元(4)的输出端设有多个电源输出端口，各电源输出端口根据储能单元(113)的电量而通断。
2.根据权利要求1所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述燃料发电单元(102)包括柴油发电机、油位检测模块和报警模块；所述油位检测模块用于检测柴油发电机的油量，并在油量低于预设值时发送报警信号至报警模块进行报警。
3.根据权利要求2所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述燃料发电单元(102)还包括加热模块，所述加热模块包括温度探头、加热器和温控电路，所述温控电路分别与所述温度探头和加热器相连，用于根据所述温度探头检测到的柴油温度控制加热器进行加热。
4.根据权利要求1或2或3所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述电源输出端口的数量为六个，其中三个电源输出端口为一次下电输出端口，在蓄电池的剩余电量低于50％时断开；另外三个电源输出端口为二次下电输出端口，在蓄电池剩余电量低于30％时断开。
5.根据权利要求1或2或3所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，还包括中控单元(111)、数据传输单元(112)和终端，所述中控单元(111)与所述光伏发电单元(3)、风力发电单元(201)、燃料发电单元(102)、储能单元(113)、输出单元(4)和数据传输单元(112)相连，所述中控单元(111)通过数据传输单元(112)与所述终端相连。
6.根据权利要求1或2或3所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述储能单元(113)包括储能模块、储能管理模块和环控模块，所述储能管理模块与所述储能模块相连，用于对储能模块进行充放电管理；所述环控模块包括环境温度传感器、环控电路、散热组件和加热组件，所述环控电路分别与环境温度传感器、散热组件和加热组件相连,用于根据所述环境温度传感器检测的环境温度信号控制所述散热组件和加热组件的工作。
7.根据权利要求1或2或3所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，还包括柜体，所述柜体包括底层舱体(1)和位于所述底层舱体(1)上的中层腔体(2)，所述燃料发电单元(102)和储能单元(113)安装于所述底层舱体(1)内，所述光伏发电单元(3)安装于所述中层腔体(2)的上方，所述风力发电单元(201)安装于所述中层腔体(2)内。
8.根据权利要求7所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述光伏发电单元(3)包括底座(307)和光伏组件(301)；所述光伏组件(301)与所述底座(307)之间安装倾角调节机构(304)，用于对光伏组件(301)的倾角进行调节；所述底座(307)与所述中层腔体(2)之间设有方位角调节机构(305)，用于驱动所述底座(307)旋转以调节光伏组件(301)的方位角。
9.根据权利要求8所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述倾角调节机构(304)包括立梁(303)、第一传动轮(3042)、旋转轴(3041)和倾角步进电机(3044)；所述立梁(303)安装于所述底座(307)上，所述立梁(303)的顶端安装有旋转轴(3041)，所述光伏组件(301)安装于所述旋转轴(3041)上，所述旋转轴(3041)套设于所述第一传动轮(3042)上，所述倾角步进电机(3044)安装于立梁(303)的底部，所述倾角步进电机(3044)通过第一传动带(3043)与所述第一传动轮(3042)相连；所述光伏组件(301)的底面通过紧固件连接有斜梁(302)，所述斜梁(302)紧固于所述旋转轴(3041)上。
10.根据权利要求8所述的高原用风光燃储互补能源系统，其特征在于，所述底座(307)的下方设有转杆，所述转杆套设于所述中层腔体(2)上的轴承上；所述方位角调节机构(305)包括方位角步进电机(3051)、第二传动轮(3052)和第二传动带(3053)，所述第二传动轮(3052)固定套设于所述转杆上，所述方位角步进电机(3051)通过第二传动带(3053)与所述第二传动轮(3052)相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112879254A (zh) * 2021-03-15 2021-06-01 许昌学院 一种家用组合式新能源发电节能装置
CN113193641A (zh) * 2021-04-23 2021-07-30 中国消防救援学院 一种基于风光油氢的多能源应急电源系统

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