CN219794064U - 一种利用太阳能的雨水收集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用太阳能的雨水收集系统，本系统集成了太阳能板和雨水收集装置，利用太阳能板的位置增加雨水收集装置的有效收集范围，或者利用太阳能板遮挡雨水收集装置，防止异物进入；同时利用传感器感知、控制技术，能够不依赖市电，自动收集清洁的雨水并收集起来。本实用新型的系统可以用于城市绿化灌溉，实现了绿化灌溉系统的节约、环保和智能化。

Description

一种利用太阳能的雨水收集系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于太阳能和传感器技术的自动集雨和灌溉系统，属于雨水收集利用技术领域，尤其涉及一种利用太阳能的雨水收集系统。

背景技术

雨水的收集和合理利用能够节约淡水资源，有效缓解城市供水压力。在下雨时将雨水收集起来，可以用于例如城市中的绿化灌溉。

在传统的园林绿化项目中，灌溉系统是通过人工操作，使用市电驱动水泵浇灌自来水，这样不仅浪费宝贵的电力和净水资源，灌溉方法也不能保证科学合理。也有部分项目使用了储水罐收集雨水，虽然能够节省部分水资源，但是智能化程度低，雨水收集效率低，为了增加雨水收集量就必须增加雨水收集装置的占地面积；同时还遇到了雨水杂质难以清除、和其他积尘杂物进入影响系统持续稳定运行的问题。这些都会导致雨水利用成本高、绿化管理效率低等不利影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用太阳能的雨水收集系统，用以解决雨水收集成本高的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种利用太阳能的雨水收集系统，包括向上倾斜设置的轨道，和在轨道上移动设置的太阳能板；所述太阳能板在驱动装置的作用下能够从其在轨道上的最低位置沿轨道方向上升到其在轨道上的最高位置；所述太阳能板下方设置有雨水收集结构，所述雨水收集结构的一个收集边缘延伸到太阳能板位于所述最高位置时的下方，雨水收集结构的另一个收集边缘延伸到太阳能板位于所述最低位置时的下方；所述雨水收集结构的最低处用于连接雨水存储装置，以实现进入雨水收集结构收集边缘的雨水，从最低处流入雨水存储装置进行储存。

本实用新型的集雨系统，采用太阳能电池板作为能源来源，无需电网供电，清洁可再生能源的利用节约了能源同时有利于环保。为了保证太阳能电池板最大程度利用太阳光，将太阳能板设置在倾斜的轨道上，而本身表面防水且倾斜设置的太阳能板又自然形成了雨水的收集通道，在太阳能板的下方设置漏斗状的雨水收集结构，在不增加雨水收集结构体积的情况下，利用上方倾斜的太阳能板，使落在太阳能板上的雨水沿太阳能板的倾斜方向顺着太阳能板表面流入雨水收集结构，增加了雨水收集量，提高了雨水收集效率。

同时，本实用新型中的太阳能板可滑动设置在轨道上，在需要收集雨水的时候升高至轨道的最高处，将雨水收集结构露出来，同时下边缘位于雨水收集结构收集范围内，便于收集雨水；在无雨的时候移动至最低位置，覆盖遮挡在雨水收集结构上，防止灰尘、绿化的泥土和其他杂物落入收集结构，最终进入雨水存储罐内影响雨水的进一步利用，甚至损坏泵送设备。

此外，考虑到刚下雨时雨水携带大气扬尘较多，水质较差，为避免储水罐内杂质积累，本实用新型的集雨系统还可以实现在下雨初期保持太阳能板在最低位置，阻挡雨水进入收集结构，在一定时间后将太阳能板上升至工作位置，收集洁净的雨水。有利于提高收集雨水的水质，延长设备寿命。

进一步地，所述太阳能板用于为储能系统供电，所述储能系统供电连接水泵；所述水泵的入水端连接雨水存储装置，出水端连接用水侧，以将雨水存储装置中收集的雨水泵送给用水侧；所述储能系统位于雨水收集结构和所述最低位置的下方，所述水泵至少设置于最低位置的下方。

本实用新型配套的水泵、蓄电池等设备设置在雨水收集结构的下方，首先在雨天时避免雨林；其次还进一步设置在太阳能板在最低位置的下方，晴天时太阳能板下降至最低位置，防止设备被太阳暴晒，避免设备加速老化，延长设备使用寿命。

进一步地，所述雨水收集结构的收集边缘在下方沿着太阳能板位于所述最低位置时的边框设置；太阳能板位于所述最高位置时下方的边框不高于其位于所述最低位置时上方的边框。

雨水收集结构的收集边缘与太阳能板在最低位置时的边缘对齐，太阳能板在最高位置时的下边缘略微伸入雨水收集结构的上边缘上方。如此保证太阳能板在最低位置时，完全覆盖雨水收集结构，完全避免异物进入。同时太阳能板在最高位置时，与雨水收集结构构成最大面积的雨水有效收集区域，在不增加整个系统的占地面积情况下，最高效率的收集雨水。

进一步地，所述太阳能板呈方形，所述轨道包括分别设置在太阳能板两侧的导轨，所述太阳能板在两侧两根导轨的导向作用下实现在最低位置到最高位置的移动。

轨道分设于太阳能板两侧，增加太阳能板移动过程中的稳定性和使用可靠性，延长设备的使用寿命。

进一步地，所述雨水收集结构为方形的柔性防水材料，柔性防水材料的其中两边固定于太阳能板两侧的导轨下方，柔性防水材料朝下的一边固定于与导轨下端连接的横向结构上，柔性防水材料朝上的一边固定于太阳能板位于所述最高位置时下边缘的内部。

采用柔性材料做雨水收集结构，沿边缘固定后，在中间形成凹陷部，整体形成漏斗状，材料边缘便是雨水收集边缘，雨水在其中汇聚在凹陷部的最低点，实现雨水收集。

进一步地，所述柔性防水材料固定好后自然状态下最低点开设漏水孔，所述漏水孔通过软管连接雨水存储装置。

在凹陷部最低点开孔并连接软管，能够将雨水顺利引入储存罐内，完成雨水收集。

进一步地，所述导轨上与太阳能板接触的向上一面设置滚轮。

通过滚轮滚动接触，便于太阳能板顺畅移动，有利于延长太阳能板和导轨的使用寿命。

进一步地，所述导轨的外侧边缘向上翻折，形成与太阳能板侧边挡止配合的横向限位翻边。

在导轨边缘对太阳能板限位，防止太阳能板在移动中偏斜，增加系统可靠性和延长系统使用寿命。

进一步地，所述驱动装置为电动推杆，所述电动推杆设置在两根导轨中间，其一端铰接在导轨下端处的结构上，另一端铰接于太阳能板的背面。

进一步地，还包括雨水传感器，用于根据下雨情况实现对驱动装置的控制。

利用传感器技术，可以提高本实用新型的智能化和自动化程度，在监测到下雨时自动上升太阳能板开始雨水收集，在无雨时下降太阳能板遮盖雨水收集结构。

此外还能够实现，在刚监测到下雨时，不上升太阳能板，不收集下雨初期杂质较多的雨水，在下雨持续设定的时间后升起太阳能板，收集清洁的雨水。

附图说明

图1是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统主视示意图(太阳能板移动至下端)；

图2是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统主视示意图(太阳能板移动至上端)；

图3是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统左视示意图(太阳能板收起状态)；

图4是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统左视示意图(太阳能板打开状态)；

图5是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统另一个实施例的左视示意图(太阳能板打开状态)；

图6是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统太阳能板收起状态示意图；

图7是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统太阳能板打开状态示意图；

图8是本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统电路原理图。

图中包括：

1、前支撑框架；11、前框架立柱；12、前框架上横梁；13、前框架下横梁；14；前框架连杆；15、前框架横杆；2、后支撑框架；21、后框架立柱；22、后框架横梁；3、导轨；4、太阳能板；5、电动推杆；6、侧向横杆；71、集雨结构；72、雨水导管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1、3所示，本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统的框架结构主要由前支撑框架1和后支撑框架2构成，前支撑框架1包括左右两根用于在前部将整个系统支撑于地面的前框架立柱11；两个前框架立柱11之间通过上下两根前框架上横梁12和前框架下横梁13连接；为了保证前支撑框架1的结构稳定，前框架上横梁12和前框架下横梁13之间还纵向设置有两根前框架连杆14。

后支撑框架2同样包括左右两根用于在后部将整个系统支撑于地面的后框架立柱21；后框架立柱21顶部通过后框架横梁22连接，后支撑框架2还包括其他必要的保证结构稳定的连接件，本实施例不再一一列举。

本实施例中，前支撑框架1和后支撑框架2之间，通过下部设置的两个侧向横杆6、和上部设置的两根导轨3连接，为了保证结构稳定性，还可以额外设置其他连接结构。侧向横杆6前后分别固定在前框架立柱11和后框架立柱21底部，两根导轨3作为太阳能板4的移动轨道外还可以起到额外的结构连接功能，前后分别固定在前框架上横梁12和后框架横梁22上。

具体的，框架结构采用直径28毫米的不锈钢钢管，管壁厚度不低于1毫米，通过焊接、或抱箍等固定件相互连接形成本实用新型系统的前支撑框架1和后支撑框架2及整个框架结构。

如图1、2所示，太阳能板4可沿导轨3方向上下移动的设置在两根导轨3上，电动推杆5的一端铰接在太阳能板4的背面，另一端铰接在两根前框架连杆14之间的前框架横杆15上，用于伸缩以驱动太阳能板4在导轨3上移动。前支撑框架1低于后支撑框架2，以使导轨3倾斜设置，同时使太阳能板4倾斜设置。

作为最佳实施方式，导轨3和太阳能板4与水平面呈45度夹角，以在春、夏、秋三季都能充分获得全天最佳的光照。

作为一种实施方式，两根导轨3分别设置在太阳能板的左右两侧的边缘，电动推杆5设置在两根导轨3的中间。

具体的，导轨3采用滑动面上带有滚轮的流利条，便于太阳能板4在上面的流畅移动，两个导轨外侧边上设置向上翻折的翻边，用于对太阳能板4在横向上限位。

太阳能板4采用单晶硅太阳能电池板，发电功率不低于100W，18.5V的工作电压，IP65防护等级，通过太阳能发电，实现整个系统的独立运行。

太阳能板4在导轨3上具有两个位置，一个如图6所示是收起状态下到达导轨3下死点的最低位置；另一个是如图7所示的打开状态下到达导轨3上死点的最高位置，最高位置也即本实用新型的系统集雨的工作位置。

雨水收集结构如图3所示(雨水收集结构未在图1、2中示出)，集雨结构71设置在太阳能板4位于最低位置的正下方，其最大集雨边缘应当对应或者略小于最低位置太阳能板4的边缘。

如图4所示，当太阳能板4移动至最高位置，太阳能板4的下边沿应当在上方伸入集雨结构71的集雨边缘范围内，以使落在太阳能板4上的雨水，顺利流入集雨结构。

作为最佳实施方式，太阳能板4在导轨3上的可移动距离略小于太阳能板沿导轨3方向的长度，使得打开状态下的太阳能板4下边缘略伸入集雨结构71的集雨范围，使得雨水有效收集的面积最大化。

电动推杆5行程应当与太阳能板4的移动距离相匹配，本实施例中，采用450毫米行程、25公斤推理的电动推杆来移动太阳能板4。

本实施例中，集雨结构71左右两侧的边缘可以固定在两根导轨3下方，下边缘固定在前框架上横梁12下方，但应当避让开电动推杆5的铰接点；上边缘可以固定在连接两导轨的横梁上，电动推杆5行程扫过的范围以外。

作为其他实施方式，集雨结构71还可以如图5所示，通过独立的框架固定边缘，只要保证边缘位于最低位置的太阳能板4在对应水平面上的投影范围内，保证太阳能板4在收起状态对集雨结构71的遮挡，防止雨水进入；同时位于最高位置的太阳能板4下边沿在对应水平面上的投影落入集雨结构71的边缘之内，保证落在打开状态太阳能板4上的雨水能够落入集雨结构71集雨边缘范围内。

具体的，集雨结构71使用采用PVC材质的软玻璃制作，四个边缘固定后，在中心向下隆起形成一个凹坑，用于汇聚雨水，在凹坑底部开孔，连接一个雨水导管72，雨水导管72另一端连接用作存储雨水的雨水存储罐。

下面以一个在城市绿化灌溉场景下的具体应用实例进一步说明本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统。

本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统的太阳能板供电连接蓄电池，蓄电池用于为水泵和电动推杆供电，水泵进水端连接雨水存储罐，另一端向绿化土壤滴灌或喷灌。

蓄电池和水泵设置于收起状态下太阳能电池板的下面。

控制系统电路如图8所示，包括主控制器、太阳能控制器、雨水传感器、温湿度传感器、土壤湿度传感器、液位传感器、电机驱动板(H桥)、蜂鸣器和LED发光二极管。

主控制器采用Arduino单片机，用于系统控制，采样连接各个传感器，通过H桥驱动连接电动推杆，控制连接水泵、蜂鸣器和LED发光二极管。雨水传感器用于监测是否在降水，温湿度传感器采集气温和空气湿度。土壤湿度传感器埋设于绿化的土壤中，液位传感器设置于雨水存储罐内，用于监测存储罐内液位。

本实施例中，太阳能控制器满足IP68防护等级，12-24V系统电压，能够将太阳能电力存储到铅酸、锂电或磷酸铁锂等类型的蓄电池中，并综合协调太阳能电池板和蓄电池，为Arduino系统提供稳定充足的电力供应。

蓄电池具体采用12V铅酸蓄电池，容量不低于8AH，用于存储太阳能板转化的电力并为灌溉系统供电。

采用3.3-5V工作电压的雨水传感器；和3.3-5V工作电压、-20℃至60℃温度量程、5-95％RH湿度量程的温湿度传感器；和3.3-5V工作电压的土壤湿度传感器；和5-24V工作电压，高低电平输出的液位传感器。

电机驱动板(H桥)不低于12V、160W的驱动能力，用于控制电动推杆的推、拉动作。

水泵采用额定电压12V，功率48W的潜水泵。

蜂鸣器和LED发光二极管用于在系统检测到错误信息时发出声光警报。

Arduino单片机：额定电压9-12V，包含至少4个输入端口和6个输出端口，通过编写相关软件，Arduino单片机可以控制本实用新型的利用太阳能的雨水收集系统智能的进行雨水收集和灌溉工作。

本具体应用实例中，利用太阳能电池板和太阳能控制器为蓄电池充电。摆放本实用新型利用太阳能的雨水收集系统的框架结构时，太阳能板要朝向正南方，确保在正午前后各两个小时的时间里不会被阴影遮挡。在标准测试条件下，电池板可以在一个小时内将蓄电池充满。通过实际应用测试，在晴朗无云且空气清洁的情况下，正午前后三个小时时间可以将蓄电池充满。

在阴天或夜晚等光照不足时，系统由蓄电池供电，通过实验测试，无太阳能充电的情况下，蓄电池可以为系统提供最多一周的待机时间，故本系统一般情况下不须要外接电源就可以独立持续工作。

无雨的时候，太阳能板处于收起状态，此时系统可以正常的进行充电和灌溉工作：系统通过土壤湿度传感器检测土壤状态，当土壤干燥时会启动水泵进行灌溉，当土壤含水量充足后会关闭水泵；但是，如果气温过于炎热或过于寒冷接近冰点，水泵不会启动，以防损害植物或水泵。太阳能电池板收起目的是避免异物通过集雨结构进入水箱，还可以防止电子设备在阳光下加速老化。

下雨的时候，系统能够通过雨水传感器检测到下雨，太阳能电池板自动打开，这样可以扩大集雨板的面积，增加雨水收集量；下雨时土壤一般不需要额外灌溉，水泵会自动关闭；当雨停止以后，太阳能板会自动关闭。通常情况下，刚下雨时，雨水中的杂质较多，太阳能电池板不会立即打开，延时设定时间待雨水变清洁后才会打开并收集雨水。另外，太阳能板的开关操作也可以通过手动开关进行控制。

系统通过电压传感器检测系统供电情况，当供电电压过低时，会收起太阳能电池板，关闭灌溉系统，进入待机状态以节省用电，同时通过声光警报——每秒鸣叫一声、闪光一下——提醒用户注意供电状态。出现这种情况的原因有两种：1、出现长时间日照强度不足的天气，导致蓄电池电量不足，天气放晴时会自动消除警报；2、电池板、控制器或蓄电池出现故障，即使天晴也无法自动消除警报，须要检查故障点。

系统通过液位传感器检测水箱储水量，当发现水位过低时，会关闭水泵停止灌溉，避免水泵空转导致的损坏，同时通过声光警报——每秒鸣叫两声、闪光两下——提醒用户注意储水状态。此时，系统的太阳能充电功能和集雨功能不受影响。如果确实因为天气原因长时间没有雨水补充，可以通过人工向水箱内注水，确保自动灌溉功能不受影响。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本结构和功能在于上述基本方案，对本领域技术人员而言，根据本实用新型的教导，采用其他模块、装置、结构、安装方式不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，包括向上倾斜设置的轨道，和在轨道上移动设置的太阳能板；所述太阳能板在驱动装置的作用下能够从其在轨道上的最低位置沿轨道方向上升到其在轨道上的最高位置；所述太阳能板下方设置有雨水收集结构，所述雨水收集结构的一个收集边缘延伸到太阳能板位于所述最高位置时的下方，雨水收集结构的另一个收集边缘延伸到太阳能板位于所述最低位置时的下方；所述雨水收集结构的最低处用于连接雨水存储装置，以实现进入雨水收集结构收集边缘的雨水，从最低处流入雨水存储装置进行储存。

2.根据权利要求1所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述太阳能板用于为储能系统供电，所述储能系统供电连接水泵；所述水泵的入水端连接雨水存储装置，出水端连接用水侧，以将雨水存储装置中收集的雨水泵送给用水侧；所述储能系统位于雨水收集结构和所述最低位置的下方，所述水泵至少设置于最低位置的下方。

3.根据权利要求1所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述雨水收集结构的收集边缘在下方沿着太阳能板位于所述最低位置时的边框设置；太阳能板位于所述最高位置时下方的边框不高于其位于所述最低位置时上方的边框。

4.根据权利要求3所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述太阳能板呈方形，所述轨道包括分别设置在太阳能板两侧的导轨，所述太阳能板在两侧两根导轨的导向作用下实现在最低位置到最高位置的移动。

5.根据权利要求4所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述雨水收集结构为方形的柔性防水材料，柔性防水材料的其中两边固定于太阳能板两侧的导轨下方，柔性防水材料朝下的一边固定于与导轨下端连接的横向结构上，柔性防水材料朝上的一边固定于太阳能板位于所述最高位置时下边缘的内部。

6.根据权利要求5所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述柔性防水材料固定好后自然状态下最低点开设漏水孔，所述漏水孔通过软管连接雨水存储装置。

7.根据权利要求4所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述导轨上与太阳能板接触的向上一面设置滚轮。

8.根据权利要求7所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述导轨的外侧边缘向上翻折，形成与太阳能板侧边挡止配合的横向限位翻边。

9.根据权利要求4所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，所述驱动装置为电动推杆，所述电动推杆设置在两根导轨中间，其一端铰接在导轨下端处的结构上，另一端铰接于太阳能板的背面。

10.根据权利要求1所述的利用太阳能的雨水收集系统，其特征在于，还包括雨水传感器，用于根据下雨情况实现对驱动装置的控制。