專利名稱：可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)， 特別涉及車載的可移動的利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并且可以與車載起動/發(fā) 電機(jī)組成互補(bǔ)移動供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉粗?。風(fēng)能是太陽能在地球表面 的另外一種表現(xiàn)形式，由于地球表面的不同形態(tài)(如沙土地面、植被地面和水 面)對太陽光照的吸熱系數(shù)不同，在地球表面形成溫差，地表空氣的溫度不同 形成空氣對流而產(chǎn)生風(fēng)能。因此，太陽能與風(fēng)能在時間上和地域上天然具有很 強(qiáng)的互補(bǔ)性。白天太陽光最強(qiáng)時，風(fēng)很小，晚上太陽落山后，光照很弱，但由 于地表溫差變化大而風(fēng)能加強(qiáng)。在夏季，太陽光強(qiáng)度大而風(fēng)小，冬季，太陽光 強(qiáng)度弱而風(fēng)大。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上 具有最佳的匹配性，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是資源條件較好的獨(dú)立供電系統(tǒng)。風(fēng)光 互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以在沙漠、高原、海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)為居民、部隊等提供清潔可 再生的電力。
目前所有獨(dú)立供電的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)均為固定式的發(fā)電系統(tǒng)，也就是說 所有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽能電池都必須固定安裝在地面，為用戶提供電力。 也有部分太陽能動力汽車，利用安裝在車輛表面的太陽能電池為車輛供電，但 是車輛的外表面能夠安裝的太陽能電池板面積有限，因此所提供的功率一般不 超過lkW,除了為車輛本身提供部分電力外，幾乎無法為其他用電系統(tǒng)供電。也有部分專利(如CN1209506A)在車輛上安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，利用車輛行駛過程 中所產(chǎn)生的氣流發(fā)電，但是這個方案有個問題就是，安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)之后， 會大大增加車輛的行駛阻力，考慮到風(fēng)能捕獲效率和發(fā)電效率，所發(fā)出的電能 會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于車輛因?yàn)樵黾拥男旭傋枇λ牡哪芰俊?br> 本發(fā)明將風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、車載起動/發(fā)電機(jī)發(fā)電以及儲能裝置集成 在一起，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一個可移動的風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互 補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)所發(fā)出的電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自身所需電能，可以為更多用電系 統(tǒng)和設(shè)備提供電力。因此本發(fā)明特別適合于長期在野外流動作業(yè)的單位和應(yīng)用， 例如野外考古隊、勘探隊、野外動植物研究、邊防野外作業(yè)等等。
由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是信息和通訊技術(shù)的發(fā)展，所有野外 作業(yè)的單位無一例外均需要大量電力供應(yīng)。由于野外電網(wǎng)供電條件的限制，一 般需要采用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電。而柴油發(fā)電系統(tǒng)需要攜帶大量柴油，如果野外作 業(yè)時間比較長，則柴油的補(bǔ)給和供應(yīng)都比較困難。本發(fā)明針對該領(lǐng)域的應(yīng)用提 出了可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)能 夠充分利用可再生能源，盡量減少對柴油的依賴，為野外作業(yè)提供電力保障。 這樣可以使野外作業(yè)攜帶少量柴油，而增加其他重要物資的攜帶量，同時也減 輕了對后勤補(bǔ)給的依賴。特別是當(dāng)冰凍和大雪封山等災(zāi)害性氣候條件下，后勤 補(bǔ)給無法按時到達(dá)。即使沒有柴油等一次能源，此時的風(fēng)能會比較大，正好能 夠解決后勤補(bǔ)給無法到達(dá)條件下的供電問題，保證任務(wù)的實(shí)施和人員設(shè)備的安 全。
綜上所述，可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng) 能夠有效降低野外作業(yè)所需電源的成本，可以提高供電的可持續(xù)性，并且能夠 保證較高的供電可靠性。因此，本發(fā)明非常適合長期在野外作業(yè)又需要較大供電能力的用電場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的主要問題，提供一種可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽 能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。主要目的就是為野外流動作業(yè)的單位 提供一種高性能、低使用成本、使用便捷的供電系統(tǒng)。本發(fā)明可以非常方便的 將風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)到 達(dá)新的工作地點(diǎn)時，可以在極短時間迅速展開，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽能電 池向用電設(shè)備供電，在無風(fēng)且無陽光氣象條件下可以利用所攜帶的超級電容繼 續(xù)向系統(tǒng)供電，即使超級電容存儲的能量不足，也可以起動車載起動/發(fā)電機(jī)繼 續(xù)發(fā)電，因此可以大大提高系統(tǒng)供電的可靠性和安全性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的-
本發(fā)明由裝載車輛l、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2、太陽能電池陣列3、儲能系統(tǒng)(超 級電容)4、車載起動/發(fā)電機(jī)5、動力方艙6組成。
具有可折疊式塔桿的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2立于動力方艙6的中部，當(dāng)系統(tǒng)處于 機(jī)動狀態(tài)時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2的塔桿折疊在動力方艙6的內(nèi)部；當(dāng)?shù)竭_(dá)工作地 點(diǎn)時，從動力方艙6中展開并垂直安裝在動力方艙6的中部。
可折疊太陽能電池陣列3位于動力方艙6的一側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)處于機(jī)動狀態(tài)時， 太陽能電池陣列3折疊在動力方艙6 —側(cè)的側(cè)壁上；當(dāng)?shù)竭_(dá)工作地點(diǎn)時，從動 力方艙6的側(cè)壁上展開并調(diào)整好角度朝向太陽方向。
儲能系統(tǒng)(超級電容)4位于動力方艙6的底部，這樣可以有足夠的空間裝 載儲能模塊，并且可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)抗強(qiáng)風(fēng)能力。車載起動/發(fā)電機(jī)5安裝在車輛發(fā)動機(jī)艙，當(dāng)需要機(jī)動時，作為電動機(jī)用于 發(fā)動機(jī)的起動。當(dāng)風(fēng)能、太陽能、以及儲能系統(tǒng)的能量不足以向負(fù)載供電時， 利用車輛發(fā)動機(jī)帶動起動/發(fā)電機(jī)5發(fā)電向負(fù)載供電，從而保證了發(fā)電系統(tǒng)的可 靠性。
整個可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由全數(shù) 字化控制器進(jìn)行監(jiān)控。通過通訊接口可以接收上位機(jī)控制指令，并向上位機(jī)發(fā) 送可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)。 鍵盤顯示器可以在近端通過全數(shù)字化控制器對可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與 車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并可以設(shè)置相關(guān)控制參數(shù)。
本發(fā)明的一個效果在于，可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī) 互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)集成在一個方艙中，該方艙安裝在車輛上，通過車輛實(shí)現(xiàn)發(fā)電系 統(tǒng)的機(jī)動，并能夠向用電設(shè)備提供可再生能源，從而降低可移動發(fā)電系統(tǒng)的發(fā) 電成本。
本發(fā)明的另外一個效果在于，風(fēng)力發(fā)電機(jī)2的塔桿可以折疊在方艙6中， 方便發(fā)電系統(tǒng)的移動，同時所設(shè)計的展開機(jī)構(gòu)能夠在到達(dá)指定地點(diǎn)后迅速將風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組和塔桿展開并到達(dá)垂直固定位置進(jìn)行發(fā)電。
本發(fā)明的另外一個效果在于，太陽能電池陣列3可以折疊在動力方艙6的 一側(cè)，方便發(fā)電系統(tǒng)的移動。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定工作地點(diǎn)時，能夠迅速從動力方艙6 的側(cè)壁上展開并調(diào)整好角度進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明的另外一個效果在于，設(shè)計了車載起動/發(fā)電機(jī)，當(dāng)車輛需要起動時 該起動/發(fā)電機(jī)作為電動機(jī)使用，將車輛的發(fā)動機(jī)起動至點(diǎn)火轉(zhuǎn)速；當(dāng)風(fēng)能、太 陽能和儲能單元能量無法滿足用電需求時，該起動/發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用，利 用車輛發(fā)動機(jī)帶動該起動/發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電。這樣可以使本發(fā)明不需耍攜帶專 門的柴油發(fā)電機(jī)組，既降低了系統(tǒng)成本又減小了系統(tǒng)的體積和重量，并且能夠 保證系統(tǒng)供電的可靠性。
本發(fā)明的另外一個效果在于，采用超級電容作為儲能單元，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蓄 電池。超級電容的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)40萬次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通蓄電池的2000 次左右，可以降低系統(tǒng)的使用成本。同時超級電容有更大的功率密度，可以提 供比蓄電池更大輸出功率。


圖1是本發(fā)明可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系 統(tǒng)處于機(jī)動狀態(tài)圖2是可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)處于 展開狀態(tài)圖3是位于方艙中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的折疊狀態(tài)；
圖4是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組展開過程；
圖5是太陽能電池陣列展開過程；
圖6是可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)工作 原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，本發(fā)明包括運(yùn)載車輛l、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2、太陽能陣列3、 超級電容與電源控制系統(tǒng)4、車載起動/發(fā)電機(jī)5、車載可移動方艙6。其中可移 動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)如圖6所示。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2由塔桿、發(fā)電機(jī)、渦輪、尾桿和變換器組成，渦輪用于捕 捉風(fēng)能，并帶動風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電，經(jīng)過圖6中所示的風(fēng)力發(fā)電整流單元 16轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)過風(fēng)力發(fā)電變換器17對超級電容能量存儲單元24進(jìn)行 充電，或者對直流負(fù)載25進(jìn)行供電。
太陽能陣列3由多個太陽能電池單元連接組成，當(dāng)陽光照射到太陽能陣列3 時就會在輸出端產(chǎn)生電壓，經(jīng)過圖6中的太陽能變換器15對超級電容能量存儲 單元24進(jìn)行充電，或者對直流負(fù)載25進(jìn)行供電。
如果出現(xiàn)沒有風(fēng)也沒有太陽的情況，則由超級電容能量存儲單元24繼續(xù)向 直流負(fù)載25進(jìn)行供電。 一旦超級電容能量存儲單元24能量不足時，如圖6所 示由車載起動/發(fā)電機(jī)14起動運(yùn)載車輛1的車輛發(fā)動機(jī)18，當(dāng)發(fā)動機(jī)18起動之 后，車載起動/發(fā)電機(jī)14轉(zhuǎn)入發(fā)電狀態(tài)，并通過起動發(fā)電變換器19對超級電容 能量存儲單元24進(jìn)行充電，或者對直流負(fù)載25進(jìn)行供電。這樣可以有效保證 系統(tǒng)的供電可靠性，同時也有效降低了對燃油的消耗，使供電成本大大降低。
對于系統(tǒng)中的交流負(fù)載26，可以利用逆變器20將直流母線電壓逆變?yōu)榻涣?電向交流負(fù)載26供電。
所有能量管理和控制均由基于DSP芯片的全數(shù)字控制器21完成。全數(shù)字控 制器可以通過通信接口與所有變換器、逆變器等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對所有單元 的電壓電流信號進(jìn)行監(jiān)控。其控制參數(shù)和控制策略既可以由本地監(jiān)控單元23來 設(shè)置，也可以通過通訊接口 22由上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2和太陽能電池陣列3在移動過程中是分別折疊在車載可移動方艙6的內(nèi)部和側(cè)壁上，如圖3和圖5 (a)所示。當(dāng)運(yùn)載車輛1攜帶車載可 移動方艙6到達(dá)指定地點(diǎn)時，可以通過本發(fā)明所設(shè)計的機(jī)構(gòu)迅速展開，從而達(dá) 到可移動、易展開、高可靠、低成本的目的。
如圖4 (a)所示，當(dāng)運(yùn)載車輛1到達(dá)指定地點(diǎn)時，先打開車載可移動方艙 6的后門9，并撤掉天窗，放下通用升降輔助支架8。將位于車載可移動方艙6 頂部的電動葫蘆10上的鋼索固定到風(fēng)力發(fā)電機(jī)2塔桿折疊部位的固定點(diǎn)上，并 緩慢收緊鋼索。如圖4 (b)所示，輔助移動支架7托著風(fēng)力發(fā)電機(jī)2向車載可 移動方艙6的后門9的方向移動。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)2移出后門9之后，緩慢放下 收緊的鋼索，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)2放到通用升降輔助支架8上，并對塔桿折疊關(guān)節(jié) 固定使之成為一個堅固的塔桿，如圖4 (c)所示。再次緩慢收緊鋼索，使塔桿 處于直立位置，并與方艙頂部固定，如圖4 (d)所示。然后解除風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 制動手柄，利用本地監(jiān)控單元23起動風(fēng)力發(fā)電機(jī)2，使之處于發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)需 要轉(zhuǎn)移其他地區(qū)時，反向?qū)嵤┥鲜龉ぷ髁鞒?，即可將風(fēng)力發(fā)電機(jī)2重新收回到 車載可移動方艙6中并固定即可。
如圖5 (a)所示，太陽能電池陣列3折疊在車載可移動方艙6的側(cè)壁上， 當(dāng)運(yùn)載車輛1到達(dá)指定地點(diǎn)時，先放下通用升降輔助支架8。將位于車載可移動 方艙6側(cè)壁頂部的電動葫蘆11上的鋼索固定到太陽能電池陣列3的固定點(diǎn)上， 并緩慢放下鋼索，如圖5 (b)所示。利用通用升降輔助支架8支好第1、 2電池 板，并將其固定，使第1個電池板的端部滑動輪落到地面上，見圖5 (c)。繼續(xù) 放下鋼索，直至4個電池板完全展開，利用通用升降輔助支架8固定好，見圖5 (d)。然后利用本地監(jiān)控單元23起動太陽能變換器15,使之處于發(fā)電狀態(tài)。當(dāng) 需要轉(zhuǎn)移其他地區(qū)時，反向?qū)嵤┥鲜龉ぷ髁鞒蹋纯蓪⑻柲荜嚵?重新收回 到車載可移動方艙6側(cè)壁上并固定即可。
權(quán)利要求
1、一種可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)供電系統(tǒng)，其特征在于，它由裝載車輛1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2、太陽能電池陣列3、儲能系統(tǒng)(超級電容)4、車載起動/發(fā)電機(jī)5、動力方艙6組成。具有可折疊式塔桿的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2立于動力方艙6的中部，當(dāng)系統(tǒng)處于機(jī)動狀態(tài)時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2的塔桿折疊在動力方艙6的內(nèi)部；當(dāng)?shù)竭_(dá)工作地點(diǎn)時，從動力方艙6中展開并垂直安裝在動力方艙6的中部。可折疊太陽能電池陣列3位于動力方艙6的一側(cè)，當(dāng)系統(tǒng)處于機(jī)動狀態(tài)時，太陽能電池陣列3折疊在動力方艙6一側(cè)的側(cè)壁上；當(dāng)?shù)竭_(dá)工作地點(diǎn)時，從動力方艙6的側(cè)壁上展開并調(diào)整好角度朝向太陽方向。
2、 如權(quán)利要求1所述的可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)供電系統(tǒng)，其特征在于，可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互 補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)集成在一個方艙中，該方艙安裝在車輛上，通過車輛實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng) 的機(jī)動，并能夠向用電設(shè)備提供可再生能源，從而降低可移動發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電 成本。
3、 如權(quán)利要求l所述的可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互 補(bǔ)供電系統(tǒng)，其特征在于，風(fēng)力發(fā)電機(jī)2的塔桿可以折疊在方艙6中，方便發(fā) 電系統(tǒng)的移動。同時利用所設(shè)計的展開機(jī)構(gòu)如通用升降輔助支架8、位于車載 可移動方艙6頂部的電動葫蘆10等，能夠在到達(dá)指定地點(diǎn)后迅速將風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組和塔桿展開并到達(dá)垂直固定位置進(jìn)行發(fā)電。
4、 如權(quán)利要求1所述的可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互 補(bǔ)供電系統(tǒng)，其特征在于，太陽能電池陣列3可以折疊在動力方艙6的一側(cè)， 方便發(fā)電系統(tǒng)的移動。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定工作地點(diǎn)時，利用所設(shè)計的展開機(jī)構(gòu)如通用升降輔助支架8、位于車載可移動方艙6側(cè)壁的電動葫蘆11等，能夠使太陽能電池迅速從動力方艙6的側(cè)壁上展開并調(diào)整好角度并進(jìn)行發(fā)電。
5、 如權(quán)利要求1所述的可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互 補(bǔ)供電系統(tǒng)，其特征在于，車載起動/發(fā)電機(jī)，當(dāng)車輛需要起動時該起動/發(fā)電 機(jī)作為電動機(jī)使用，將車輛的發(fā)動機(jī)起動至點(diǎn)火轉(zhuǎn)速；當(dāng)風(fēng)能、太陽能和儲能 單元能量無法滿足用電需求時，該起動/發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用，利用車輛發(fā)動 機(jī)帶動該起動/發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電。這樣可以使本發(fā)明不需要攜帶專門的柴油發(fā) 電機(jī)組，既降低了系統(tǒng)成本又減小了系統(tǒng)的體積和重量，并且能夠保證系統(tǒng)供 電的可靠性。
6、 如權(quán)利要求1所述的可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互 補(bǔ)供電系統(tǒng)，其特征在于，采用超級電容作為儲能單元，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蓄電池。 超級電容的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)40萬次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通蓄電池的2000次左右， 可以降低系統(tǒng)的使用成本。同時超級電容有更大的功率密度，可以提供比蓄電 池更大輸出功率。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可移動風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電與車載起動/發(fā)電機(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。它由裝載車輛、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能電池陣列、儲能系統(tǒng)(超級電容)、車載起動/發(fā)電機(jī)、動力方艙組成。本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)移動靈活、展開方便，特別適合于長期在野外流動作業(yè)的單位應(yīng)用，能夠充分利用可再生能源，盡量減少對燃油的依賴，為野外作業(yè)提供電力保障。
文檔編號F03D9/00GK101619711SQ20091015754
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者雷 冬 申請人:北京動力京工科技有限公司;冬 雷