RU2452637C1

RU2452637C1 - Мобильная система автономного электропитания

Info

Publication number: RU2452637C1
Application number: RU2010145320/07A
Authority: RU
Inventors: Николай Григорьевич Тупиков (RU); Николай Григорьевич Тупиков; Владимир Николаевич Федяинов (RU); Владимир Николаевич Федяинов
Original assignee: Николай Григорьевич Тупиков; Владимир Николаевич Федяинов
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-06-10
Also published as: RU2010145320A

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике и может быть использовано для электропитания удаленных от электрических сетей объектов, например автономных метеостанций, строительных объектов, электроинструментов служб спасения и пр. Технический результат состоит в расширении эксплуатационных возможностей. Мобильная система автономного электропитания содержит ветрогенератор, преобразователь солнечной энергии в электрическую, аккумуляторные батареи, выходы которых соединены через инвертор напряжения и распределительное устройство к нагрузке, и узел управления, узел радиоканала с антенной связи, подключенный к узлу управления, центральный пункт управления и колесное шасси, снабженное крепежными элементами для транспортировки по воздуху. Аккумуляторные батареи содержат, по меньшей мере, три секции, ветрогенератор и преобразователь солнечной энергии в электрическую соединены с секциями аккумуляторных батарей через блок заряда аккумуляторных батарей, вход управления которого подключен к выходу узла управления, корпус системы выполнен в виде установленного на колесном шасси вагончика, в транспортном состоянии системы ветрогенератор находится внутри вагончика. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике и может быть использовано в системах накопления электрической энергии для электропитания удаленных от электрических сетей объектов, например автономных метеостанций, строительных объектов, электроинструментов служб спасения и пр.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной является система бесперебойного энергоснабжения, содержащая источники электроэнергии, в том числе, по меньшей мере, один возобновляемый - солнечную батарею, генератор электроэнергии, двигатель внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, аккумуляторные батареи, инвертор напряжения накопленной энергии, силовой коммутатор, нагрузку, блок управления, при этом подключение каждого возобновляемого источника электроэнергии к аккумуляторной батарее осуществлено через конвертор напряжений, связанный с блоком управления, а аккумуляторные батареи подключены через конвертор напряжений, связанный с блоком управления, а аккумуляторные батареи подключены через инвертор к силовому коммутатору, а последний через стабилизатор - к электросети (см. RU 78012, U1, кл. H02J 3/28, опубл. 10.11.2008).

Недостатками известного решения являются следующие.

Во-первых, наличие в системе двигателя внутреннего сгорания снижает возможность ее автономности. Двигатель внутреннего сгорания с генератором имеет определенный объем, а в случае мощной силовой установки это должен быть значительный объем, который уменьшает пространство корпуса, которое необходимо для других узлов системы, например аккумуляторной батареи. Двигатель внутреннего сгорания должен быть обеспечен также горюче-смазочными материалами, которые расходуются в процессе эксплуатации системы и требуют возобновления запасов. Так дизельный генератор мощность 25 кВт расходует 10-12 литров топлива в час, что составляет около 240 литров в сутки. С учетом необходимых запасов топлива автономность подобной системы может составлять максимум несколько суток, после чего потребуется вновь доставлять топливо, переливать его в накопительные цистерны, что невозможно без участия человека. Дизель-генератор расходует также масло, охлаждающую жидкость и требует периодической замены фильтров. Автономной такую систему назвать невозможно.

Во-вторых, работа двигателя внутреннего сгорания приводит к появлению выхлопа и неизбежных утечек горюче-смазочных материалов, что снижает экологичность системы. Известную систему нельзя ставить, например, в охраняемых заповедниках. Наличие шума от работы двигателя также ограничивает эксплуатационные возможности известной системы.

В третьих, известная система не является мобильной, что ограничивает возможности ее перемещения, снижая эксплуатационные возможности.

В четвертых известная система не обеспечивает удаленный контроль параметров работы и возможность дистанционного управления работой системы, что также ограничивает ее автономность исключая возможность длительной эксплуатации в удаленных местах.

Задачей и обусловленным ею техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения автономности работы длительное время, повышение параметров экологичности эксплуатации, обеспечения мобильности и обеспечения удаленного контроля параметров работы и дистанционного управления.

Указанный результат достигается тем, что в мобильную систему автономного электропитания, содержащую ветрогенератор, преобразователь солнечной энергии в электрическую, аккумуляторные батареи, выходы которых соединены через инвертор напряжения и распределительное устройство к нагрузке, и узел управления, введены узел радиоканала с антенной связи, подключенный к узлу управления, центральный пункт управления и колесное шасси, снабженное крепежными элементами для транспортировки по воздуху, аккумуляторные батареи содержат, по меньшей мере, три секции, ветрогенератор и преобразователь солнечной энергии в электрическую соединены с секциями аккумуляторных батарей через блок заряда аккумуляторных батарей, вход управления которого подключен к выходу узла управления, а корпус системы выполнен в виде установленного на колесном шасси вагончика, при этом в транспортном состоянии системы ветрогенератор находится внутри вагончика.

Кроме того, - ветрогенгератор установлен на выдвижной раме и в развернутом состоянии закреплен в торцевой части вагончика,

- в развернутом состоянии ветрогенгератор закреплен на крыше вагончика,

- корпус системы снабжен помещением для временного проживания человека,

- антенна связи закреплена на крыше вагончика,

- связь между узлом радиоканала и центральным пунктом управления осуществляется с использованием радиоканала,

- колесное шасси снабжено прицепным узлом,

- элементы преобразователя солнечной энергии в электрическую установлены на крыше вагончика и/или на его боковых стенках,

- система в развернутом состоянии имеет боковые панели с элементами преобразователя солнечной энергии в электрическую, которые развернуты к горизонту под углом примерно 45 градусов,

- входы-выходы узла управления подключены к соответствующим входам-выходам управления инвертора и распределительного устройства.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показан чертеж мобильной системы автономного электропитания в транспортном состоянии, на Фиг.2 - чертеж мобильной системы автономного электропитания в развернутом состоянии, на Фиг.3 - структурная схема системы.

На чертежах сделаны следующие обозначения:

1 - ветрогенератор,

2 - преобразователь солнечной энергии в электрическую (солнечные батареи),

3 - аккумуляторные батареи (АКБ),

4 - инвертор напряжения,

5 - распределительное устройство,

6 - узел управления,

7 - узел радиоканала,

8 - антенна связи,

9 - центральный пункт управления,

10 - шасси,

11 - крепежные элементы.

12 - прицепной узел.

13 - нагрузка (потребители),

14 - защитные щиты,

15 - блок заряда аккумуляторных батарей.

Мобильная система автономного электропитания содержит ветрогенератор, преобразователь солнечной энергии в электрическую, аккумуляторные батареи, выходы которых через инвертор напряжения и распределительное устройство подключены к нагрузке, узел управления, узел радиоканала с антенной связи, подключенный к узлу управления и удаленный центральный пункт управления. Входы-выходы управления узла управления подключены к соответствующим входам-выходам управления инвертора и распределительного устройства. Аккумуляторные батареи содержат, по меньшей мере, три секции. Ветрогенератор и преобразователь солнечной энергии в электрическую соединены с секциями аккумуляторных батарей через блок заряда аккумуляторных батарей, вход управления которого подключен к выходу узла управления. Корпус системы выполнен в виде установленного на колесном шасси вагончика, при этом колесное шасси снабжено крепежными элементами для транспортировки вагончика по воздуху. Колесное шасси снабжено также прицепным узлом для крепления к тягачу. В транспортном состоянии системы ветрогенератор находится внутри вагончика, а в развернутом состоянии закреплен в торцевой части вагончика или на крыше.

Входы-выходы узлов системы представляют собой совокупность соответствующих входов и выходов узлов, либо универсальные шины соединения, обеспечивающие коммуникацию входных и выходных сигналов.

Корпус системы снабжен помещением для временного проживания человека.

На крыше и на внешней поверхности боковых стенок вагончика установлены элементы преобразователя солнечной энергии в электрическую, которые в транспортном состоянии закрыты защитными панелями.

В развернутом состоянии системы антенна связи закреплена на крыше вагончика и имеет боковые панели с элементами преобразователя солнечной энергии в электрическую, которые развернуты к горизонту под углом примерно 45 градусов.

Мобильная система автономного электропитания работает следующим образом.

В исходном состоянии мобильная система автономного электропитания находится в транспортном состоянии, когда ветрогенератор закреплен внутри вагончика, а преобразователи солнечной энергии в электрическую закрыты защитными щитами, предохраняющими от механических воздействий.

Вагончик может доставляться к месту назначения по земле как прицепное средство, для этого он посредством прицепного узла, крепится к тягачу. Вагончик может быть доставлен к месту назначения также по воздуху, например вертолетом, для этой цели, а также для целей погрузки-разгрузки на другие транспортные средства вагончик снабжен крепежными элементами в виде петель, закрепленных на шасси.

После доставки вагончика к месту эксплуатации осуществляют развертывание системы. Извлекают ветрогенератор, который закреплен на специальной раме, перемещаемой по направляющим в торцевой части вагончика, и осуществляют его установку в рабочее состояние. Снимают защитные щиты с элементов преобразователя солнечной энергии в электрическую на крыше и с боковых сторон. При этом элементы преобразователя солнечной энергии в электрическую, установленные на боковых сторонах закреплены на листах, которые в свою очередь шарнирно закреплены на боковых стенках вагончика. Листы с элементами преобразователя солнечной энергии в электрическую разворачивают под углом приблизительно 45 градусов к горизонту для обеспечения эффективного преобразования в течение светового дня.

Антенны связи закрепляют на крыше вагончика. Запускают систему, подключают потребителей (нагрузку), проверяют ее работоспособность, после чего оставляют систему, работающую в автономном режиме, на требуемый период времени.

В зависимости от погодных условий блок заряда АКБ обеспечивает зарядку АКБ от ветрогенератора при наличии ветра, или от элементов преобразователя солнечной энергии в электрическую, либо одновременно.

Из трех секций АКБ постоянно на зарядке находятся две секции, одна из трех секций считается заряженной и обеспечивает потребителей электроэнергией. Трехсекционное выполнение АКБ обеспечивает повышение ресурса эксплуатируемых аккумуляторов.

Инвертор обеспечивает преобразование постоянного напряжения заряженной батареи в переменное напряжение 380 V.

Распределительное устройство обеспечивает необходимые параметры подключения соответствующего потребителя к электропитанию. Такими необходимыми параметрами подключения могут являться, например, ток потребления или время подключения.

Сведения о работе различных узлов системы, в том числе инвертора, распределительного устройства и блока заряда аккумуляторных батарей поступают в узел управления через соответствующие входы-выходы управления, откуда с помощью узла радиоканала подаются на вход центрального пункта управления, находящегося в удалении от места установки вагончика. Радиосвязь может осуществляться посредством радиорелейной связи, спутниковой связи и пр. с последующим, в случае необходимости, выходом в сеть Интернет.

В необходимых случаях, когда требуется вмешательство в работу системы, оператором на центральном пункте управления формируются команды, которые посредством радиоканала подаются на узел управления, с которого осуществляется необходимая корректировка работы узлов системы через соответствующие входы-выходы управления.

Сочетание таких возобновляемых источников энергии как ветер и солнечный свет обеспечивает наибольшую вероятность наличия зарядного тока батарей.

Во время развертывания системы после доставки вагончика на место, а также во время регламентных или ремонтных работ может понадобиться жилое отапливаемое помещение для временного проживания человека на время работы, которое предусмотрено внутри вагончика. Помещение предусматривает необходимое освещение и отопление.

Заявленная система практически бесшумна (уровень шума вертикального ветрогенератора не превышает 20 дб) и практически не загрязняет окружающую среду по сравнению дизель-генератором, что повышает экологичность системы.

Таким образом, мобильная система автономного электропитания имеет более широкие эксплуатационные возможности, так как она способна работать автономно длительное время без необходимости пополнения расходуемых запасов, система более экологична, мобильна и обеспечивает контроль необходимых параметров работы оператором, находящимся в значительном удалении от места установки источника питания, а также возможность дистанционного управления в необходимых случаях.

Claims

1. Мобильная система автономного электропитания, содержащая ветрогенератор, преобразователь солнечной энергии в электрическую, аккумуляторные батареи, выходы которых соединены через инвертор напряжения и распределительное устройство к нагрузке, и узел управления, отличающаяся тем, что в нее введены узел радиоканала с антенной связи, подключенный к узлу управления, центральный пункт управления и колесное шасси, снабженное крепежными элементами для транспортировки по воздуху, аккумуляторные батареи содержат, по меньшей мере, три секции, ветрогенератор и преобразователь солнечной энергии в электрическую соединены с секциями аккумуляторных батарей через блок заряда аккумуляторных батарей, вход управления которого подключен к выходу узла управления, а корпус системы выполнен в виде установленного на колесном шасси вагончика, при этом в транспортном состоянии системы ветрогенератор находится внутри вагончика.

2. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что ветрогенгератор установлен на выдвижной раме и в развернутом состоянии закреплен в торцевой части вагончика.

3. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что развернутом состоянии ветрогенгератор закреплен на крыше вагончика.

4. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что корпус системы снабжен помещением для временного проживания человека.

5. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что антенна связи закреплена на крыше вагончика.

6. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что связь между узлом радиоканала и центральным пунктом управления осуществляется с использованием радиоканала.

7. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что колесное шасси снабжено прицепным узлом.

8. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что элементы преобразователя солнечной энергии в электрическую установлены на крыше вагончика и/или на его боковых стенках.

9. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что система в развернутом состоянии имеет боковые панели с элементами преобразователя солнечной энергии в электрическую, которые развернуты к горизонту под углом примерно 45°.

10. Мобильная система по п.1, отличающаяся тем, что входы-выходы узла управления подключены к соответствующим входам-выходам управления инвертора и распределительного устройства.