TW201408194A - 結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統 - Google Patents

結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，包括溫度監控裝置與發報裝置及供電裝置電性連接，該溫度監控裝置具有溫度偵測器、溫度調節器，該溫度調節器具有並聯設置之一太陽能集熱電路模組及一加熱電路模組，以及一溫度訊號比較器與該二電路模組及該溫度偵測器電性連接，供接收溫度偵測器輸出之一溫度訊號並輸出一溫度差訊號至太陽能集熱電路模組及加熱電路模組，以電性驅動該集熱器單獨進行養殖端溫度調節，或與加熱器同時進行溫度調節，達到準確掌握養殖環境、提高漁獲產量與品質並有效節省電力成本支出之目的。

Description

結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統
本發明係有關於一種漁業養殖溫度監測系統，特別是指一種結合太陽能及風力發電且具發報功能之漁業養殖溫度監測發報系統。
一般而言，漁業養殖需注意的養殖條件基本上有養殖水溫、酸鹼值、水中溶氧量及水位等，若能對於這些參數進行良好的監控，自然能達到理想的漁獲量；由於國內的漁業養殖主要以高經濟價值魚類為主，為求確保魚類在穩定的環境中順利生長，目前在漁業養殖自動化管理已多有研究發展。
值得注意的是，養殖業者多有使用實體線路系統進行監測，該系統雖符合可用性但卻可能因為使用定點式採集養殖水樣而失去偵測水質的靈活度，又對於養殖現場環境的掌握仍依賴經驗法則進行判斷，存在大幅降低環境掌握的準確度；故如何能在龐大的設備採購成本中，規劃建置一套合於自身需求的管理方式，以達到降低生產成本，又能有效利用資源並可改善養殖環境為一重要課題。
此外，漁業養殖業多設於沿海地區，而通常具有相當高的太陽能和風力潛能，可轉換供作電能使用；另外，前述養殖條件中，魚類在非其合適的養殖水溫中容易生病而影響生長情況，其中，一般養殖魚類可生長的環境溫度大致界於17 至35度之間，台灣位處溫熱帶地區溫度普遍落該範圍內，惟近年天氣變化極端，冬天溫度容易低於前述範圍導致魚群死亡，造成漁業養殖業大量損失，同時，過高的養殖水溫會導致水中溶氧量低及加速水中細菌、藻類的繁延而影響pH值，更進一步對魚類生長產生負面影響，是以，本案發明人認為，養殖水溫管理對於漁業養殖業而言可謂為最重要的環節。
有鑑於此，本案發明人認為有必要發展出一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，以改善上述漁業養殖問題。
本發明之目的在於提供一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其主要是透過無線感測器組成之發報裝置與監控裝置電性傳輸，以將感測裝置的狀態或觸發時間回報至監控平台，以藉科學管理方法進行漁業養殖，達到掌握準確可靠的養殖資料，並及時監控提高漁獲產量與品質。
本發明之另一目的在於提供一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其主要是利用漁業養殖業所在地之太陽能及風力潛能作為本發明系統的輔助電力來源，以在環保前提下，充分利用環境資源，達到有效節省電力成本支出之目的。
緣是，為達上述目的，依據本發明所提供之一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其包括一溫度監控裝置、一發報裝置及一供電裝置，該溫度監控裝置具有一監控平台設於一監控端，以及一溫度偵測器、一溫度調節器設於一養殖端；其中：該溫度調節器，具有並聯設置之一太陽能集熱電路模組及一加熱電路模組，該太陽能集熱電路模組具有一集熱控制電路電性連接一控制器及一太陽能集熱器，該加熱電路模組具有一加熱控制電路電性連接一控制器及一加熱器，該溫度調節器並具有一溫度訊號比較器與該二控制器及該溫度偵測器電性連接，供接收該溫度偵測器輸出之一溫度訊號並輸出一溫度差訊號至該太陽能集熱電路模組及該加熱電路模組，以電性驅動該集熱器單獨進行養殖端溫度調節，或與該加熱器同時進行溫度調節；該發報裝置，具有一無線接收器設於該監控端與該監控平台電性連接，以及一無線發射器設於該養殖端與該溫度偵測裝置、該溫度調節裝置電性連接，令該監控端以該監控平台監測控制該養殖端的該溫度偵測裝置及該溫度調節裝置；該供電裝置，係具有並聯設置之一太陽能供電模組及一風力供電模組與一蓄電單元電性連接，該供電裝置並具有與該蓄電單元並聯設置之一市電供電模組，令該蓄電單元與該市電供電模組與該溫度調節裝置電性連接以供電至該太陽能集熱電路模組及該加熱電路模組。
有關於本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他功效，茲舉一較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如后。
首先，請以第1圖配合第2、3圖觀之，本發明所提供一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統的較佳實施例，如第1圖所示，其主要包括一溫度監控裝置A、一發報裝置B及一供電裝置C，該溫度監控裝置A具有一監控平台A1設於一監控端P1，以及一溫度偵測器A2、一溫度調節器A3設於一養殖端P2；其中：該溫度調節器A3，如第3圖所示，係具有並聯設置之一太陽能集熱電路模組10及一加熱電路模組20，該太陽能集熱電路模組10具有一集熱控制電路102電性連接一控制器101及一太陽能集熱器103，該加熱電路模組20具有一加熱控制電路202電性連接一控制器201及一加熱器203，該溫度調節器A3並具有一溫度訊號比較器30與該二控制器101、201及該溫度偵測器A2電性連接，供接收該溫度偵測器A2輸出之一溫度訊號T並輸出一溫度差訊號(T＊-T)至該太陽能集熱電路模組10及該加熱電路模組20，以電性驅動該集熱器103單獨進行養殖端P2溫度調節，或與該加熱器203同時進行溫度調節；於本實施例中，該控制器101、201可選自ON/OFF開 關、PID控制器或FUZZY控制器等控制器，且該溫度訊號比較器30亦可為一減法器；該發報裝置B，具有一無線發射器B2設於該監控端P1與該監控平台A1電性連接，以及一無線接收器B1設於該養殖端P2與該溫度偵測裝置A2、該溫度調節裝置A3電性連接，令該監控端P1以該監控平台A1監測控制該養殖端P2的該溫度偵測裝置A2及該溫度調節裝置A3；如第1圖所示，該發報裝置B的無線接收器B1、無線發射器B2可為具有ZigBee之裝置或其他線通訊裝置，透過將溫度調節裝置A3與該無線接收器B1及該無線發射器B2電性連接，再經類比轉數位(Analog to Digital)及GSM平台，即可將養殖環境偵測訊息傳輸至監控端P1的監控平台A1或如手機等行動通訊裝置E，或者，由監控平台A1或行動通訊裝置E驅動該無線收發器B1、B2執行特定程式動作，讓監控端P1經手機、電腦等媒介就能清楚且快速掌握養殖環境的溫度或其他養殖條件狀態，達到得以緊急應變降低成本損失之目的；該供電裝置C，係具有並聯設置之一太陽能供電模組40及一風力供電模組50與一蓄電單元60電性連接，該供電裝置C並具有與該蓄電單元60並聯設置之一市電供電模組70，該蓄電單元60與該市電供電模組70之間設有一跳接開關61，供切換該溫度調節裝置A3的供電源，且該蓄電單元 60與其跳接開關61之間設有一變流器62，令該蓄電單元60與該市電供電模組70與該溫度調節裝置A3電性連接以供電至該太陽能集熱電路模組10及該加熱電路模組20；於本實施例中，如第2圖所示，該太陽能供電模組40具有一升降壓轉換器41與該蓄電單元60及一太陽能電池42電性連接，令該太陽能電池42經該升降壓轉換器41輸出一電力至該蓄電單元60儲能；該風力供電模組50具有一風力發電機51經一升降壓轉換器52電性連接至該蓄電單元60，其中，該風力發電機51為永磁式同步發電機並與一風車511組接形成，且該升降壓轉換器52與該風力發電機51之間具有一整流子521電性連接，令該風力發電機51經該升降壓轉換器52輸出一電力至該蓄電單元60儲能；該市電供電模組70具有一電流控制器71電性連接一市電電源72及一驅動器73，令該市電供電模組70經該驅動器73與該蓄電單元60並聯設置。
以上所述即為本發明實施例主要構件及其組態說明，至於本發明較佳實施例的操作方式及其功效，做以下說明。
請以第3圖配合第4、5圖所示，說明本發明太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統之溫度調節控制方法，其中，第4圖係第3圖之脈波輸入點a與加熱點a1之間的電路架構示意圖，第5圖第第3圖之脈波輸入點b與加熱點b1之間的電路架構示意圖。
如第3、4圖所示，說明本發明系統之該太陽能集熱電路模組10架構，其中，該太陽能集熱電路模組10的控制器101係與其集熱控制電路102之一第一開關SW1電性連接，該第一開關SW1與一直流電源11及一電驛12形成控制電路，且該太陽能集熱器103與一光敏電阻13及一第二開關SW2形成電力電路，該太陽能集熱電路模組10的控制器101為該溫度差訊號(T＊-T)觸發輸出一脈波W1以閉合該第一開關SW1使該控制電路形成迴路，且該第二開關SW2於該直流電源11電性流經該電驛12時激磁閉合，則該電力電路形成迴路，令該光敏電阻13受日光照射形成短路狀態，該太陽能集熱器103開始加熱。
藉此，本發明在日照強時，即得以利用太陽能經該太陽能供電模組40對蓄電單元60進行充電，並以該太陽能集熱電路模組10的太陽能集熱器103維持養殖環境之溫度，而在如陰天日照較弱，或使用太陽能集熱器103但溫度仍低於養殖魚類較適溫度時，則如第3、5圖所示，可藉由該加熱電路模組20補足，其中，該加熱電路模組20的控制器201係與其加熱控制電路202之一第三開關SW3電性連接，該第三開關SW3與一直流電源21及一電驛22形成控制電路，且該加熱器203與一交流電源23及一第四開關SW4形成電力電路，該加熱電路模組20的控制器201為該溫度差訊號(T＊-T)觸發輸出一脈波W2以閉合該第三開關SW3使該控制 電路形成迴路，且該第四開關SW4於該直流電源21電性流經該電驛22時激磁閉合，則該電力電路形成迴路，令該加熱器203開始加熱；於本實施例中，該太陽能集熱電路模組10及該加熱電路模組20的電驛12、22係由一電阻R及一電感L組成，且令該直流電源11、21依序電性流經該電阻R及該電感L，以藉該電感L儲能並激磁該第二開關SW2或該第四開關SW4閉合，使其電力電路形成迴路。
此外，請配合參閱第6、7圖所示，本發明系統之風力供電模組50及太陽能供電模組40的控制電路架構，皆為使用升降壓轉換器52、41之PV充電系統，其中，本發明之二供電模組係為雙迴路控制，其包括以電流模式控制之一內迴路以及以電壓模式控制之二外迴路，且該二外迴路分別為一PV電壓控制迴路及一電池充電控制迴路，其中：如第6圖之風力供電模組50控制電路所示，其內迴路具有一電流控制器58、一驅動器59電性連接至該升降壓轉換器52組成，該PV電壓控制迴路具有一MPPT控制器56與一電壓控制器57經一加法器571與該電流控制器58電性連接，該電池充電控制迴路具有一充電控制器53、一限制器54、一減法器541及一比例積分控制器55電性連接至該加法器571組成；令本發明風力供電模組50利用最大功率點追蹤技術 (maximum power point tracking,MPPT)控制器56產生可以使風力發電機51輸出最大功率之整流電壓命令，再由電壓控制器57調整使整流子521之電壓為所設定之電壓命令，電壓控制器57產生一控制升降壓轉換器52之電流命令，此電流命令與電池充電控制迴路的電流命令於加法器571相加，由該減法器541及限制器54決定最後之轉換器電路命令，最終再經過電流控制器58與驅動器59得到該升降壓轉換器52的開關切換訊號。
如第7圖之太陽能供電模組40控制電路所示，其內迴路具有一電流控制器48、一驅動器49電性連接至該太陽能供電模組40的升降壓轉換器41組成，該太陽能供電模組40的PV電壓控制迴路具有一MPPT控制器46與一電壓控制器47經一加法器471與該電流控制器48電性連接，該太陽能供電模組40的電池充電控制迴路具有一充電控制器43、一限制器44、一減法器441及一比例積分控制器45電性連接至該加法器471組成；本發明太陽能供電模組40的電池充電迴路電流命令係由正向限制為零之該限制器44與PV電壓控制迴路的電流命令相加，由充電控制器43正向飽和，經限制器44後之輸出為零，電池充電迴路便無法影響PV電壓控制迴路產生之電流命令，使太陽能供電模組40的最終電流命令由MPPT控制器46決定；藉此，當太陽能所發之電力不足以提供負載 電力時，電流命令由該PV電壓控制迴路產生，且該迴路所產生電力由MPPT控制器46決定，在此情況下系統將減低充電速度或是將蓄電單元60的電力釋出至負載使用；反之，電力足夠負載時，電流命令則由電池充電迴路決定，在此情況下PV電壓控制迴路將被迫放棄MPPT控制器46以使其發電與負載及充電電力需求平衡。
值得一提的是，本發明系統亦得以在養殖端P2設置其他偵測監控裝置，如第8圖所示，本發明系統另得以在養殖端P2與該溫度調節裝置A3並聯設置一含氧量調節裝置D，且令該供電裝置C輸出電力供驅動該含氧量調節裝置D作動。
綜上所述，本發明結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，透過該發報裝置B的ZigBee裝置與該監控裝置A之配合，達到讓監控端P1得以即時具準確地監控養殖環境，而能有效提高漁獲量與養殖品質之目的，又，本發明供電裝置C藉前述控制電路，充分利用養殖環境資源，更達到有效節省電力成本支出之目的。
P1‧‧‧監控端
P2‧‧‧養殖端
A‧‧‧溫度監控裝置
A1‧‧‧監控平台
A2‧‧‧溫度偵測器
A3‧‧‧溫度調節器
B‧‧‧發報裝置
B1‧‧‧無線接收器
B2‧‧‧無線發射器
C‧‧‧供電裝置
D‧‧‧含氧量調節裝置
E‧‧‧行動通訊裝置
10‧‧‧太陽能集熱電路模組
101‧‧‧控制器
102‧‧‧集熱控制電路
103‧‧‧太陽能集熱器
11‧‧‧直流電源
12‧‧‧電驛
13‧‧‧光敏電阻
20‧‧‧加熱電路模組
201‧‧‧控制器
202‧‧‧加熱控制電路
203‧‧‧加熱器
21‧‧‧直流電源
22‧‧‧電驛
23‧‧‧交流電源
30‧‧‧溫度訊號比較器
40‧‧‧太陽能供電模組
41‧‧‧升降壓轉換器
42‧‧‧太陽能電池
43‧‧‧充電控制器
44‧‧‧限制器
441‧‧‧減法器
45‧‧‧比例積分控制器
46‧‧‧MPPT控制器
47‧‧‧電壓控制器
48‧‧‧電流控制器
471‧‧‧加法器
49‧‧‧驅動器
50‧‧‧風力供電模組
51‧‧‧風力發電機
511‧‧‧風車
52‧‧‧升降壓轉換器
521‧‧‧整流子
53‧‧‧充電控制器
54‧‧‧限制器
541‧‧‧減法器
55‧‧‧比例積分控制器
56‧‧‧MPPT控制器
57‧‧‧電壓控制器
58‧‧‧電流控制器
571‧‧‧加法器
59‧‧‧驅動器
60‧‧‧蓄電單元
61‧‧‧跳接開關
62‧‧‧變流器
70‧‧‧市電供電模組
71‧‧‧電流控制器
72‧‧‧市電電源
73‧‧‧驅動器
T‧‧‧溫度訊號
(T＊-T)‧‧‧溫度差訊號
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
W1‧‧‧脈波
W2‧‧‧脈波
R‧‧‧電阻
L‧‧‧電感
a、b‧‧‧脈波輸入點
a1、b1‧‧‧溫度調節點
第1圖 本發明漁業養殖溫度監測發報系統架構示意圖。
第2圖 本發明監測發報系統結合太陽能及風力發電之系統架構示意圖。
第3圖 本發明系統之溫度控制架構方塊圖。
第4圖 本發明第3圖之太陽能集熱器溫控電路示意圖。
第5圖 本發明第3圖之加熱器溫控電路示意圖。
第6圖 本發明系統之風力發電電路示意圖。
第7圖 本發明系統之太陽能發電電路示意圖。
第8圖 本發明漁業養殖溫度監測發報系統配合增氧機之系統架構示意圖。
P2‧‧‧養殖端
A2‧‧‧溫度偵測器
A3‧‧‧溫度調節器
10‧‧‧太陽能集熱電路模組
101‧‧‧控制器
102‧‧‧集熱控制電路
103‧‧‧太陽能集熱器
20‧‧‧加熱電路模組
201‧‧‧控制器
202‧‧‧加熱控制電路
203‧‧‧加熱器
30‧‧‧溫度訊號比較器
T‧‧‧溫度訊號
(T＊-T)‧‧‧溫度差訊號
W1‧‧‧脈波
W2‧‧‧脈波
a、b‧‧‧脈波輸入點
a1、b1‧‧‧溫度調節點

Claims (8)

  1. 一種結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其包括一溫度監控裝置、一發報裝置及一供電裝置，該溫度監控裝置具有一監控平台設於一監控端，以及一溫度偵測器、一溫度調節器設於一養殖端；其中：該溫度調節器，具有並聯設置之一太陽能集熱電路模組及一加熱電路模組，該太陽能集熱電路模組具有一集熱控制電路電性連接一控制器及一太陽能集熱器，該加熱電路模組具有一加熱控制電路電性連接一控制器及一加熱器，該溫度調節器並具有一溫度訊號比較器與該二控制器及該溫度偵測器電性連接，供接收該溫度偵測器輸出之一溫度訊號並輸出一溫度差訊號至該太陽能集熱電路模組及該加熱電路模組，以電性驅動該集熱器單獨進行養殖端溫度調節，或與該加熱器同時進行溫度調節；該發報裝置，具有一無線發射器設於該監控端與該監控平台電性連接，以及一無線接收器設於該養殖端與該溫度偵測裝置、該溫度調節裝置電性連接，令該監控端以該監控平台監測控制該養殖端的該溫度偵測裝置及該溫度調節裝置；該供電裝置，係具有並聯設置之一太陽能供電模組及一風力供電模組與一蓄電單元電性連接，該供電裝置並具有與該蓄電單元並聯設置之一市電供電模組，令該蓄電 單元與該市電供電模組與該溫度調節裝置電性連接以供電至該太陽能集熱電路模組及該加熱電路模組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中，該太陽能集熱電路模組的控制器係與其集熱控制電路之一第一開關電性連接，該第一開關與一直流電源及一電驛形成控制電路，且該太陽能集熱器與一光敏電阻及一第二開關形成電力電路，該太陽能集熱電路模組的控制器為該溫度差訊號觸發輸出一脈波以閉合該第一開關使該控制電路形成迴路，且該第二開關於該直流電源電性流經該電驛時激磁閉合，則該電力電路形成迴路，令該光敏電阻受日光照射形成短路狀態，該太陽能集熱器開始加熱。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中，該加熱電路模組的控制器係與其加熱控制電路之一第三開關電性連接，該第三開關與一直流電源及一電驛形成控制電路，且該加熱器與一交流電源及一第四開關形成電力電路，該加熱電路模組的控制器為該溫度差訊號觸發輸出一脈波以閉合該第三開關使該控制電路形成迴路，且該第四開關於該直流電源電性流經該電驛時激磁閉合，則該電力電路形成迴路，令 該加熱器開始加熱。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中，該電驛具有一電阻及一電感組成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中，該供電裝置之該蓄電單元與該市電供電模組之間設有一跳接開關，供切換該溫度調節裝置的供電源，且該蓄電單元與其跳接開關之間設有一變流器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中，該發報裝置的無線接收器具有ZigBee裝置，供該監控平台經該無線接收器輸出一訊息至監控端之一行動通訊裝置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中：該太陽能供電模組，具有一升降壓轉換器與該蓄電單元及一太陽能電池電性連接，令該太陽能電池經該升降壓轉換器輸出一電力至該蓄電單元儲能； 該風力供電模組，具有一風力發電機經一升降壓轉換器電性連接至該蓄電單元，令該風力發電機經該升降壓轉換器輸出一電力至該蓄電單元儲能；該市電供電模組，具有一電流控制器電性連接一市電電源及一驅動器，令該市電供電模組經該驅動器與該蓄電單元並聯設置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統，其中，該養殖端另設有一含氧量調節裝置，該含氧量調節裝置係與該溫度調節裝置並聯設置地與該供電裝置與電性連接，該含氧量調節裝置。
TW101131517A 2012-08-30 2012-08-30 結合太陽能及風力發電之漁業養殖溫度監測發報系統 TW201408194A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104181951A (zh) * 2014-08-19 2014-12-03 王永华 多温多控恒温养殖的温控方法及一机多温多控海鲜恒温机
TWI743903B (zh) * 2020-07-27 2021-10-21 台灣鯛科技股份有限公司 養殖水域環境監測系統

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