TW201827674A - 綠能灌溉系統 - Google Patents
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Abstract
一種綠能灌溉系統，包括：一灌溉系統，其包含有一抽水裝置用於輸送低處水體的水至高處之儲水槽，而具有高位能，並經由位能差而自由流出並用於灌溉，同時藉一水力發電裝置轉換所述之位能差而進行發電；一風力發電裝置以及一太陽能發電裝置；以及一併電控電模組，係合併該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置產生的電能並供給該抽水裝置，並且連接有市電系統，以於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置產生的電能的加總低於預設值時，併入市電系統之電能，以於環境狀況不穩定時，仍確保灌溉系統穩定運作。
Description
本發明係關於一種綠能灌溉系統，尤指一種藉由合併風力發電裝置、太陽能發電裝置、水力發電裝置及市電系統之電能，以帶動灌溉系統運作之綠能灌溉系統。
中華民國新型專利公告第M384209號「高地位能導引灌溉系統」，該專利前案係設有至少一導流組及一出水管路，各導流組係設有一導流筒及一發電機，該導流筒係設有一下筒體、一上筒體及一主軸，該下筒體設有一下進水口，該上筒體設於下筒體上並設有至少一出水口，該主軸係可轉動地設於兩筒體間，該導流筒於下筒體內及上筒體內係分別設有複數個螺旋方向相反的下螺旋葉片及上螺旋葉片，而該發電機係與導流筒的主軸相結合，該出水管路係與各導流組的出水口相連接，藉以構成一可方便灌溉高地農田且節省能源之導引灌溉系統者。
然而，上述前案需藉由水源處的水流之推動，才能使主軸旋轉而輸送水體至欲灌溉地，若水源處的水並不流動，則不能順利進行灌溉，而有可再改善之空間。
爰此，本發明人尋思其他可能的引水灌溉之方式及其所需能源來源，乃致力研究與創新，提出本發明之綠能灌溉系統，包括：一灌溉系統，包含一水體、一抽水裝置、一儲水槽以及一灌溉管路，該儲水槽係相對該水體位於高處，該灌溉管路係連通該儲水槽至低處，該抽水裝置係連通該水體以及該儲水槽，用以將該水體的水輸送至該儲水槽而具有高位能，所述高位能的水並用以經由該灌溉管路自由流出而用於灌溉；一風力發電裝置；一太陽能發電裝置；一水力發電裝置，包含有一轉動葉片，該轉動葉片設置於該灌溉管路，以受水流推動旋轉，而使該水力發電裝置發電；以及一併電控電裝置，係電力連接該風力發電裝置、該太陽能發電裝置、該水力發電裝置、該抽水裝置以及一市電系統，並係包含有一風力發電功率追蹤單元、一太陽能發電功率追蹤單元以及一水力發電功率追蹤單元，分別用於偵測該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率；又該併電控電裝置係於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率的加總高於一預設值時，合併該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置所產生的電能，並供給於該抽水裝置，而於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率的加總低於該預設值時，再同時併入該市電系統所提供之電能，藉以補足與該預設值之差異，而一併供給於該抽水裝置。
進一步，該併電控電裝置更包含一Fuzzy控制模組，係於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率的加總低於該預設值時，分配該市電系統之電能的併入比例。
進一步，該抽水裝置包含一阿基米德式螺旋抽水機以及一電動機，該阿基米德式螺旋抽水機係包含有一螺旋葉片、一旋轉主軸以及一筒體，該螺旋葉片係環設於該旋轉主軸，並共同設置於該筒體中，該筒體之兩相對端分別設有一入水口以及一出水口，該入水口連通該水體，該出水口連通該儲水槽；該抽水裝置係以該電動機與該併電控電裝置電力連接，該電動機並係連結該旋轉主軸，以驅動該旋轉主軸，而使該阿基米德式螺旋抽水機將該水體的水經由該入水口輸送至該出水口。
進一步，該風力發電裝置包含一扇葉以及一扇葉轉軸，該扇葉轉軸連結該扇葉以及該旋轉主軸，該扇葉係受風力推動而旋轉，而帶動該扇葉轉軸旋轉，使該風力發電裝置發電；且該扇葉轉軸旋轉並帶動該旋轉主軸旋轉，而使該阿基米德式螺旋抽水機將該水體的水經由該入水口輸送至該出水口。
進一步，更包含一儲水量感測單元以及一無線發送裝置，該儲水量感測單元設置於該儲水槽，以感測該儲水槽之儲水量，該無線發送模組訊號連接該風力發電功率追蹤單元、該太陽能發電功率追蹤單元、該水力發電功率追蹤單元以及該儲水量感測單元，並係訊號連接一手持電子裝置。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.藉由該併電模組合併風力發電裝置及太陽能發電裝置所產生的電能，以及灌溉過程中，該水力發電裝置由該灌溉管路中的水位落差所轉換的電能，而由該控電模組將合併後的電能供給抽水裝置運作，有效利用各種再生能源。
2.該扇葉藉該扇葉轉軸連接該阿基米德式螺旋抽水機之該旋轉主軸，當該扇葉受風力推動而旋轉，除了用於發電，多餘動力並用於帶動該阿基米德式螺旋抽水機輸送水體的水，有效利用所述風力。
3.該併電模組並與市電系統電力，並追蹤該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率，於該些發電功率的加總低於一預設值時，藉該控電模組分配適當比例之市電，並與該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電合併，於環境狀況不穩定時，仍確保灌溉系統的穩定運作。
綜合上述技術特徵，本發明綠能灌溉系統的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
參閱第一圖及第二圖所示，本實施例之綠能灌溉系統係包括一灌溉系統(1)、一風力發電裝置(2)、一太陽能發電裝置(3)、一水力發電裝置(4)、一併電控電裝置(5)以及一市電系統(6)，其中：
該灌溉系統(1)包含有一水體(11)、一抽水裝置(12)、一儲水槽(13)以及一灌溉管路(14)。該水體(11)係相對該儲水槽(13)位於較低處，例如為池水、溪水、河水或雨水收集池收集的雨水等。而該儲水槽(13)係相對該水體(11)位於較高處，並係設有一儲水量感測單元(131)。而該灌溉管路(14)係連通該儲水槽(13)並導引至低處。而該抽水裝置(12)係連通該水體(11)以及該儲水槽(13)。
其中，本實施例中，該抽水裝置(12)係包含有一阿基米德式螺旋抽水機(121)以及一電動機(122)。而該阿基米德式螺旋抽水機(121)包含有一螺旋葉片(1211)、一旋轉主軸(1212)以及一筒體(1213)，該螺旋葉片(1211)係環設於該旋轉主軸(1212)，並共同設置於該筒體(1213)中，該筒體(1213)之兩相對端分別設有一入水口(1214)以及一出水口(1215)，該入水口(1214)連通該水體(11)，該出水口(1215)連通該儲水槽(13)。而該電動機(122)係連結該阿基米德式螺旋抽水機(121)之該旋轉主軸(1212)，以驅動該旋轉主軸(1212)，而使該阿基米德式螺旋抽水機(121)將該水體(11)的水經由該入水口(1214)輸送至該出水口(1215)。
該風力發電裝置(2)係延伸連結一扇葉(21)以及一扇葉轉軸(22)，該扇葉(21)連結該扇葉轉軸(22)，該扇葉(21)係受風力推動而旋轉，而帶動該扇葉轉軸(22)旋轉，而使該風力發電裝置(2)發電。並且，本實施例中，該扇葉轉軸(22)並連結該阿基米德式螺旋抽水機(121)之該旋轉主軸(1212)，且其可以是藉由例如齒輪組、傳動皮帶等傳動組件做適當搭配而連結，故不另繪示於圖式。
該水力發電裝置(4)包含有一轉動葉片(41)，該轉動葉片(41)設置於該灌溉管路(14)，係受該灌溉管路(14)內的水流推動而旋轉，而使該水力發電裝置(4)發電。
該併電控電裝置(5)，係包含有一併電模組(51)、一控電模組(52)、一風力發電功率追蹤單元(53)、一太陽能發電功率追蹤單元(54)、一水力發電功率追蹤單元(55)以及一無線發送裝置(56)。其中：
該併電模組(5)係電力連接該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)，用以合併該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)各自生產之電能。
該風力發電功率追蹤單元(53)、該太陽能發電功率追蹤單元(54)以及該水力發電功率追蹤單元(55)，係分別用於偵測該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)各自之發電功率。
該控電模組(52)係電力連接該併電模組(51)以及該抽水裝置(12)之該電動機(122)，並係電性連接該風力發電功率追蹤單元(53)、該太陽能發電功率追蹤單元(54)以及該水力發電功率追蹤單元(55)。該控電模組(52)係於該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)各自之發電功率的加總高於一預設值時，將該併電模組(51)合併自該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)所各自生產之電能，供給於該抽水裝置(12)之該電動機(122)。
又本實施例中，該控電模組(52)係為一Fuzzy控電模組，而該併電模組(51)並係電力連接該市電系統(6)，當該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)各自之發電功率的加總低於該預設值時，該控電模組(52)係根據所述發電功率的加總與該預設值的差異，隨時分配該市電系統有適當的一併電比例，該併電模組(51)並根據該併電比例將該市電系統(6)之適當電能，與該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)所產生的電能的加總做合併，使合併後的電能之總功率值高於該預設值。
同樣參閱第一圖及第二圖所示，使用時，該扇葉(21)受風力推動而旋轉，使該風力發電裝置(2)發電，而多餘的動力並帶動該旋轉主軸(22)旋轉，而可使該阿基米德式螺旋抽水機(121)運轉，用以將該水體(11)的水經由該入水口(1214)輸送至該出水口(1215)，而儲存於該儲水槽(13)而具有高位能，所述高位能的水用以經由該灌溉管路(14)釋放位能而自由流出，以用於灌溉。其中，所述高位能的水流經該灌溉管路(14)時，推動該轉動葉片(41)旋轉，而使該水力發電裝置(4)發電。又該太陽能發電裝置(3)並轉換太陽能為電能發而發電。上述該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)所產生的電能，經該併電模組(51)併電後，其功率值若大於該預設值，則由該控電模組(52)將併電後的電能供給於該電動機(122)，以驅動該阿基米德式螺旋抽水機(121)之該旋轉主軸(1212)，同樣使該阿基米德式螺旋抽水機(121)將該水體(11)的水經由該入水口(1214)輸送至該出水口(1215)。是以，較有效率地轉換風力、太陽能及水力用於驅使該水體(11)進行灌溉。
而由於環境狀況並非隨時保持固定，當例如夜晚或風力較小時，使該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)所產生的電能，經該併電模組(51)併電後，其功率值小於該預設值，則由該控電模組(52)分配適當併電比例的該市電系統(6)之電能，並由該併電模組(51)併入該風力發電裝置(2)、該太陽能發電裝置(3)以及該水力發電裝置(4)所產生的電能的加總，使併電後的電能後，其功率值大於該預設值，並由該控電模組(52)供給於該電動機(122)，用於驅動該阿基米德式螺旋抽水機(121)輸送該水體(11)的水。是以，確保在環境狀況不穩定時，仍能保持有穩定的灌溉來源。
此外，該儲水量感測單元(131)並感測該儲水槽(13)之儲水量，而前述無線發送模組(56)係訊號連接該風力發電功率追蹤單元(53)、該太陽能發電功率追蹤單元(54)、該水力發電功率追蹤單元(55)、該儲水量感測單元(131)以及一手持電子裝置(A)，並將該風力發電功率追蹤單元(53)、該太陽能發電功率追蹤單元(54)、該水力發電功率追蹤單元(55)以及該儲水量感測單元(131)分別所偵測到的儲水量、風力發電功率、太陽能發電功率以及水力發電功率，傳送至該手持電子裝置(A)，藉之，供使用者監控本實施例之運作情況。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1)‧‧‧灌溉系統
(11)‧‧‧水體
(12)‧‧‧抽水裝置
(121)‧‧‧阿基米德式螺旋抽水機
(1211)‧‧‧螺旋葉片
(1212)‧‧‧旋轉主軸
(1213)‧‧‧筒體
(1214)‧‧‧入水口
(1215)‧‧‧出水口
(122)‧‧‧電動機
(13)‧‧‧儲水槽
(131)‧‧‧儲水量感測單元
(14)‧‧‧灌溉管路
(2)‧‧‧風力發電裝置
(21)‧‧‧扇葉
(22)‧‧‧扇葉轉軸
(3)‧‧‧太陽能發電裝置
(4)‧‧‧水力發電裝置
(41)‧‧‧轉動葉片
(5)‧‧‧併電控電裝置
(51)‧‧‧併電模組
(52)‧‧‧控電模組
(53)‧‧‧風力發電功率追蹤單元
(54)‧‧‧太陽能發電功率追蹤單元
(55)‧‧‧水力發電功率追蹤單元
(56)‧‧‧無線發送模組
(A)‧‧‧手持電子裝置
[第一圖]係本發明實施例之綠能灌溉系統之系統架構示意圖。
[第二圖]係本發明實施例之綠能灌溉系統之阿基米德式螺旋抽水機之剖視示意圖。
Claims (5)
- 一種綠能灌溉系統，包括： 一灌溉系統，包含一水體、一抽水裝置、一儲水槽以及一灌溉管路，該儲水槽係相對該水體位於高處，該灌溉管路係連通該儲水槽至低處，該抽水裝置係連通該水體以及該儲水槽，用以將該水體的水輸送至該儲水槽而具有高位能，所述高位能的水並用以經由該灌溉管路自由流出而用於灌溉； 一風力發電裝置； 一太陽能發電裝置； 一水力發電裝置，包含有一轉動葉片，該轉動葉片設置於該灌溉管路，以受水流推動旋轉，而使該水力發電裝置發電；以及 一併電控電裝置，係電力連接該風力發電裝置、該太陽能發電裝置、該水力發電裝置、該抽水裝置以及一市電系統，並係包含有一風力發電功率追蹤單元、一太陽能發電功率追蹤單元以及一水力發電功率追蹤單元，分別用於偵測該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率；又該併電控電裝置係於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率的加總高於一預設值時，合併該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置所產生的電能，並供給於該抽水裝置，而於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率的加總低於該預設值時，再同時併入該市電系統所提供之電能，藉以補足與該預設值之差異，而一併供給於該抽水裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述之綠能灌溉系統，其中，該併電控電裝置更包含一Fuzzy控制模組，係於該風力發電裝置、該太陽能發電裝置以及該水力發電裝置各自之發電功率的加總低於該預設值時，分配該市電系統之電能的併入比例。
- 如申請專利範圍第1項所述之綠能灌溉系統，其中，該抽水裝置包含一阿基米德式螺旋抽水機以及一電動機，該阿基米德式螺旋抽水機係包含有一螺旋葉片、一旋轉主軸以及一筒體，該螺旋葉片係環設於該旋轉主軸，並共同設置於該筒體中，該筒體之兩相對端分別設有一入水口以及一出水口，該入水口連通該水體，該出水口連通該儲水槽；該抽水裝置係以該電動機與該併電控電裝置電力連接，該電動機並係連結該旋轉主軸，以驅動該旋轉主軸，而使該阿基米德式螺旋抽水機將該水體的水經由該入水口輸送至該出水口。
- 如申請專利範圍第3項所述之綠能灌溉系統，其中，該風力發電裝置係延伸連結一扇葉以及一扇葉轉軸，該扇葉轉軸連結該扇葉以及該旋轉主軸，該扇葉係受風力推動而旋轉，而帶動該扇葉轉軸旋轉，使該風力發電裝置發電；且該扇葉轉軸旋轉並帶動該旋轉主軸旋轉，而使該阿基米德式螺旋抽水機將該水體的水經由該入水口輸送至該出水口。
- 如申請專利範圍第1項所述之綠能灌溉系統，更包含一儲水量感測單元以及一無線發送裝置，該儲水量感測單元設置於該儲水槽，以感測該儲水槽之儲水量，該無線發送模組訊號連接該風力發電功率追蹤單元、該太陽能發電功率追蹤單元、該水力發電功率追蹤單元以及該儲水量感測單元，並係訊號連接一手持電子裝置。
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