CN217509050U - 一种高原高寒环境户外着装系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高原高寒环境户外着装系统，包括太阳能光伏储能系统、温度控制系统、服装系统，其特征在于：所述太阳能光伏储能系统包括柔性太阳能电池、超级电容器，温度控制系统包括光伏控制器、自动调温器，服装系统包括服装主体、电热元件、含棉内衬；所述柔性太阳能电池板与超级电容器电连接，超级电容器与光伏控制器电连接，太阳能光伏储能系统与温度控制系统固定于服装系统上。本实用新型利用超级电容器与柔性太阳能电池连结，集光电转化和能量存储为一体，进一步提高转化效率，提高了续航时间和安全性；极大减轻了服装在质量，为使用着节省更多体力，也为恶劣天气下的人们提供一层生命的保障。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能光伏储能技术领域，具体涉及一种高原高寒环境户外着装系统。
背景技术
地理学意义上的高寒是指的一种气候特征。它一般来描述由于海拔高或者因为纬度高而形成的特别寒冷的气候区。海拔高而气候寒冷是因为人类主要生活在地球表层的对流层大气圈内，在本圈内，气温的高低变化与海拔高低呈一定关系，即海拔平均每升高100米，气温要下降约0.6摄氏度。按照这个道理，海拔越高的地方，气候就越寒冷。所谓“高处不胜寒”就是这个意思。例如中国的青藏高原地区一个最显著的自然地理特征就是高寒。另外，因纬度高而寒冷的地区，大致遵循这样一个事实：由于地球是一个不发光的倾斜的不规则球体，太阳光线从遥远的地方射来，会导致在整个地球表面所得光热不均匀，赤道地区太阳高度角大，太阳辐射强烈，所得光热多，而越往南北两极地区，太阳高度角越来越小，所得光热也很少，就导致到了高纬度地区，气候变得相当寒冷。例如南极大陆地区(无常住人口)，北冰洋沿岸地区。无论是海拔高，还是纬度高，寒冷的气候造就了特殊的地理环境。这对于人类的生存活动是起重要影响的。
高原高寒地区具有海拔高、气温低、日照时间长、太阳辐射强等特点。以“世界屋脊”青藏高原为例，青藏高原位于我国西南部，平均海拔4000米以上，是世界上海拔最高的高原，属于典型的高山高原气候。青藏高原纬度较低，太阳高度角较大；太阳光线到达地面前通过大气层的光程较短，太阳能损耗较小；空气稀薄，大气中的水汽、固体杂质含量较少，大气透明度好；晴天多，云量少，日照时间长，是世界上太阳辐射强烈的地区。
高原高寒地区独特的地域优势为太阳能的利用提供了得天独厚的条件，随着柔性太阳能电池技术的日趋成熟，利用光伏供能的户外服装产品也应运而生。太阳能光伏供能的着装系统使用柔性太阳能电池与PVC面料服装结合，根据实际应用条件要求,综合考虑环境温度、低温场合滞留时间、人体运动状态、服装舒适性等因素的基础上，采取太阳能发电制热的方式增加服装的保暖供热效果，实现高原高寒地区服装轻量化。
由于高寒地区恶劣的环境条件，人们出行是个重大问题，通常需要穿着厚重的保暖服装，行动不便，对人体负担较重，消耗体力；加之高原地区日光条件好，但是仍然利用率较低；普通电池供电发热的，消耗较大，续航时间较短，而且低温环境下，电池性能大打折扣，因此难以达到高寒恶劣环境的使用需求。
普通电池的缺点：1、锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险；2、钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵，安全性较差；3、锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电；4、生产要求条件高，成本高；5、使用条件有限制，高低温使用危险大。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高原高寒环境户外着装系统。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型设计了一种高原高寒环境户外着装系统，利用超级电容器与柔性太阳能电池连结，集光电转化和能量存储为一体，能够有效解决采用锂电池加热的服装缺点，并在传统太阳能加热服装的基础上进一步提高转化效率；极大减轻了服装在质量，为使用着节省更多体力，也为恶劣天气下的人们提供一层生命的保障；为后续光电转化和储能技术的发展提供了一种更清洁、稳定的方案。
为了达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种高原高寒环境户外着装系统，包括太阳能光伏储能系统、温度控制系统、服装系统，其特征在于：所述太阳能光伏储能系统包括柔性太阳能电池、超级电容器，温度控制系统包括光伏控制器、自动调温器，服装系统包括服装主体、电热元件、含棉内衬；所述柔性太阳能电池板与超级电容器电连接，超级电容器与光伏控制器电连接，太阳能光伏储能系统与温度控制系统固定于服装系统上。
进一步的，所述超级电容器包括电极、电解液、集流体、隔膜以及封装元件。
进一步的，所述光伏控制器包括功率管、电阻、三极管、二极管、电容、集成块、继电器、开关仪表。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型设计了一种高原高寒环境户外着装系统，利用超级电容器与柔性太阳能电池连结，集光电转化和能量存储为一体，在传统太阳能加热服装的基础上进一步提高转化效率，能够适应高寒地区极端恶劣条件并正常工作，安全性更高，续航能力更强；极大减轻了服装在质量，为使用着节省更多体力，也为恶劣天气下的人们提供一层生命的保障；为后续光电转化和储能技术的发展提供了一种更清洁、稳定的方案。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
图1是本实用新型电路示意图；
图2是本实用新型整体结构示意图；
图3是本实用新型加热装置安装示意图；
图4是本实用新型太阳能板安装示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.电热元件；2.超级电容器；3.转换器；4.光伏控制器；5.柔性太阳能电池。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
参阅图1至图4所示，一种高原高寒环境户外着装系统，包括太阳能光伏储能系统、温度控制系统、服装系统，其特征在于：所述太阳能光伏储能系统包括柔性太阳能电池5、超级电容器2，温度控制系统包括光伏控制器4、自动调温器，服装系统包括服装主体、电热元件1、含棉内衬；所述柔性太阳能电池5板与超级电容器2电连接，超级电容器2与光伏控制器4电连接，太阳能光伏储能系统与温度控制系统固定于服装系统上；所述电热元件为电热丝。
所述超级电容器2包括电极、电解液、集流体、隔膜以及封装元件。
所述光伏控制器4包括功率管、电阻、三极管、二极管、电容、集成块、继电器、开关仪表。
基于利用超级电容器2与柔性太阳能电池5连结提高光电转化和能量储存效率的方法，包括以下步骤：
S1：讨论适用于高原高寒环境并且能够适配超级电容器2与柔性太阳能电池5集成产物的服装载体；
S2：筛选适用于该方法的超级电容器2、光伏控制器4和柔性太阳能电池5板；
S3：探究超级电容器2与光伏控制器4的集成方法；
S4：探究集成器件与着装系统的连结方式。
针对高原高寒地区环境气温较低、昼夜温差大、地形结构复杂的特点以及高原高寒户外环境人们的实际应用条件要求，选择符合条件的服装作为设计产品载体。
筛选适用于该方法的超级电容器2、光伏控制器4和柔性太阳能电池5。以实现节能减排目的，满足发明产品需求。
综合考虑超级电容器2、光伏控制器4与柔性太阳能电池5三者之间集成的适配性、设计方案的可行性以及相关技术实施的难易程度等多方因素，探究超级电容器2与光伏控制器4集成的方法。
以系统稳定性、服装实用性和简单高效原则为基准，探究集成的器件与着装系统整体的连结方式。
整合上述步骤，采用专门的实验设备制作出发明产品，辅助以实验数据和计算结果阐明其有益效果：
1、基于统计数据的对比，着装系统整体较同效益的常规防寒服装相比，质量降低了25％以上，能够达到轻量化水平的标准，为高原高寒气候户外活动提供保证；
2、加热元件可调温度范围是40～60℃。当光照充足时(1000W/m2),高温挡位(60℃)加热可持续6小时左右；中温挡位(50℃)加热可持续9小时左右；低温挡位(40℃)加热可持续12小时左右，由于环境气候差异导致人体散热量不同，实际使用温度受此影响。
3、人体在低温环境下主要散热方式是辐射散热，人体的发射率ε＝0.98，成人皮肤总面积约为1.8m2人体体温约为36.5℃。冬季裸露的有效散热部位主要为手和面部，其皮肤面积约占总面积4％，即0.072m2。穿着服装部分的皮肤通过服装与环境进行传导散热，冬季服装导热系数取0.03W/(m2·℃),厚度约为0.06m。基于此数据计算得出：寒冷状态下(低于零下15℃)，人体散热量为65W，调至高温档位弥补散热损失，并可保持5小时左右；低温时(-15～0℃)，人体散热量为50W，调至中温档位弥补散热损失并可保持7小时左右。
4、夜间或者光照不充足的状态下，由超级电容器2供能可以将电热元件1加热至最高60摄氏度，并能在低温及寒冷情况下维持正常保温效果5小时以上；
5、采用相关实验仪器，模拟实际使用环境，对整个着装系统进行充放电的测试，该系统在正常使用状态下超级电容器2循环寿命能够大于10万次。
实施例2
结合附图对本发明作进一步详细描述：
1、本实用新型选择了户外马甲作为着装系统的载体。
2、本实用新型采用超级电容器2型号为Ultracapacitor Kaihao ENERYG Co.Ltd(容量5000F；额定电压2.7V，温限-40℃～+65℃)；光伏控制器4型号为W88-A(额定电压12V/24V；额定充电电流10A)；柔性太阳能电池5板型号为PV-BX502(功率30W/50W)。经实验测试能够满足设计标准。
3、由光伏控制器4、超级电容器2和太阳能电池组成的复合电源系统有多种组合方式，最简单的连结方法为三者并联，但会导致太阳能无法充分利用，超级电容器2的特性也无法得到充分发挥。因此，本装置将超级电容器2通过一个直流电压转换器3(DC/DC变换器)接入直流母线，可实现对超级电容器2输出功率的主动控制。
4、集成器件连接完毕后，基于保持系统稳定和服装简单实用原则，合理调整方针位置，将集成器件固定至服装载体上，进行测试和数据分析。
实施例3
本实用新型设计了一种高原高寒环境户外着装系统，利用超级电容器2与柔性太阳能电池5连结，集光电转化和能量存储为一体，能够有效解决采用锂电池加热的服装缺点，并在传统太阳能加热服装的基础上进一步提高转化效率；极大减轻了服装在质量，为使用着节省更多体力，也为恶劣天气下的人们提供一层生命的保障；为后续光电转化和储能技术的发展提供了一种更清洁、稳定的方案。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (3)
1.一种高原高寒环境户外着装系统，包括太阳能光伏储能系统、温度控制系统、服装系统，其特征在于：所述太阳能光伏储能系统包括柔性太阳能电池、超级电容器，温度控制系统包括光伏控制器、自动调温器，服装系统包括服装主体、电热元件、含棉内衬；所述柔性太阳能电池与超级电容器电连接，超级电容器与光伏控制器电连接，太阳能光伏储能系统与温度控制系统固定于服装系统上。
2.根据权利要求1所述一种高原高寒环境户外着装系统，其特征在于，所述超级电容器包括电极、电解液、集流体、隔膜以及封装元件。
3.根据权利要求1所述一种高原高寒环境户外着装系统，其特征在于，所述光伏控制器包括功率管、电阻、三极管、二极管、电容、集成块、继电器、开关仪表。
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