5VDC直流電后，送到直流母線排，最終為船舶上的各類用電設(shè)備供電。其中，DC/DC并網(wǎng)型光伏模塊具有極性保護(hù)、過流過壓保護(hù)、防反向電流保護(hù)等功能。
[0102](二)可伸縮支架
[0103]可伸縮支架用于調(diào)整可卷曲光伏電池薄膜的角度，從而提高可卷曲光伏電池薄膜的利用率。具體的，可伸縮支架2包括四個(gè)支架粧腿3 ;各個(gè)支架粧腿3分別布置在可卷曲光伏電池薄膜I的四角位置，通過四個(gè)支架粧腿3，支撐可卷曲光伏電池薄膜I。
[0104]白天且非陰天情況下，根據(jù)光強(qiáng)傳感器檢測到的光最強(qiáng)方向，調(diào)整可伸縮支架各個(gè)支架粧腿的高度，使可卷曲光伏電池薄膜朝向光強(qiáng)方向傾斜6度，自動(dòng)跟蹤光強(qiáng)方向。夜間或陰天情況下，根據(jù)風(fēng)力風(fēng)向傳感器檢測到的風(fēng)力助航信息，自動(dòng)調(diào)整可伸縮支架各個(gè)支架粧腿的高度，使光伏電池薄膜迎風(fēng)方向抬高45-75度，作為風(fēng)帆使用。
[0105]需要強(qiáng)調(diào)的是，可卷曲光伏電池薄膜作風(fēng)帆使用的時(shí)候，通過調(diào)整可伸縮支架各個(gè)支架粧腿的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)可卷曲光伏電池薄膜在四周方向中某一角度的傾角，吸收風(fēng)力為船舶助航。但可卷曲光伏電池薄膜風(fēng)帆助航的前提條件是不能為船舶產(chǎn)生前行阻力，順風(fēng)的時(shí)候效果更佳，側(cè)風(fēng)次之，逆風(fēng)時(shí)不適用。可卷曲光伏電池薄膜風(fēng)帆助航比風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率更高、效果更好。
[0106]下面詳細(xì)介紹支架粧腿的結(jié)構(gòu):
[0107]如圖6所示，為支架粧腿的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖7所示，為圖6的橫剖面圖；每個(gè)支架粧腿3均包括:固定基座3.1、外套管3.2、內(nèi)立柱3.3、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3.4、電動(dòng)機(jī)定子3.5和三相繞組電源；
[0108]內(nèi)立柱3.3通過螺紋連接方式設(shè)置在外套管3.2的內(nèi)腔，具體的，內(nèi)立柱3.3設(shè)置有外螺紋；外套管3.2的內(nèi)部腔體設(shè)置有內(nèi)螺紋；外螺紋和內(nèi)螺紋嚙合，在圖4中，3.8即代表嚙合螺紋，即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)立柱3.3和外套管3.2的螺紋連接。
[0109]外套管3.2的底部固定安裝電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3.4，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)外套管同步轉(zhuǎn)動(dòng)；實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3.4可采用鼠籠導(dǎo)條，鼠籠導(dǎo)條的形狀與外套管3.2的形狀相同，固定在外套管3.2的底部。
[0110]在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3.4的外部包圍設(shè)置電動(dòng)機(jī)定子3.5，電動(dòng)機(jī)定子3.5采用三相感性異步電動(dòng)機(jī)定子；
[0111]電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子3.4可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在固定基座3.1的頂面，固定基座3.1的底面固定在船舶甲板上；另外，三相繞組電源與電動(dòng)機(jī)定子3.5電連接。內(nèi)立柱3.3的頂部安裝有鉸接件3.6 ;鉸接件3.6用于連接可卷曲光伏電池薄膜I。
[0112]其工作原理為:
[0113]通過改變電動(dòng)機(jī)定子的三相繞組電源(110Vac/60HZ)相序，控制支架粧腿電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。即:電動(dòng)機(jī)定子接通正相序電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)鼠籠型轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因該轉(zhuǎn)子與外套管一體，則外套管也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過螺紋嚙合使內(nèi)立柱下移，進(jìn)而調(diào)低光伏薄膜的高度；當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子接通反相序電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)鼠籠型轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則外套管也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過螺紋嚙合使內(nèi)立柱上移，調(diào)高光伏薄膜。
[0114]實(shí)際應(yīng)用中，為延長每個(gè)支架粧腿的使用壽命，還包括保護(hù)外罩3.7 ;保護(hù)外罩3.7套在外套管3.2和內(nèi)立柱3.3的外部，并且，保護(hù)外罩3.7的頂部與內(nèi)立柱3.3的頂部固定，可隨內(nèi)立柱3.3的升降動(dòng)作進(jìn)行同步升降。
[0115]為實(shí)現(xiàn)支架粧腿高度的自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)而自動(dòng)調(diào)整可卷曲光伏電池薄膜的傾斜角度，還包括:控制器、光強(qiáng)傳感器和風(fēng)力風(fēng)向傳感器；控制器分別與光強(qiáng)傳感器、風(fēng)力風(fēng)向傳感器以及各個(gè)支架粧腿3的三相繞組電源連接。
[0116]經(jīng)驗(yàn)證，本實(shí)用新型提供的船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)，在嚴(yán)寒及酷熱條件下能正常工作，工作溫度范圍為_25°C?+55°C，具有良好的防雷接地設(shè)計(jì)，滿足雷電防護(hù)分區(qū)、分級(jí)確定的防雷等級(jí)要求，各連接點(diǎn)的連接電阻應(yīng)小于10歐姆；滿足船用要求，方便施工和維修方便，互換性好，兼容性好，便于管理，整體使用壽命應(yīng)在25年以上。
[0117]由此可見，本實(shí)用新型提供的船舶光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用風(fēng)帆型式的可卷曲太陽能薄膜，并且，可卷曲太陽能薄膜通過可伸縮支架支撐，可根據(jù)需要展開或收起。白天，通過對可伸縮支架的高度控制，使太陽能薄膜自動(dòng)跟蹤太陽光最強(qiáng)方向且調(diào)整在風(fēng)阻力最小位置，提高太陽光發(fā)電效率。晚上，太陽能薄膜豎起作為風(fēng)帆使用，且自動(dòng)調(diào)整位置吸收風(fēng)能，利用風(fēng)帆為船舶提供輔助推力，從而全面提高了太陽能發(fā)電設(shè)備的利用率。
[0118]4、船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
[0119]本實(shí)用新型提供一種船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過風(fēng)力渦輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)，從而有效提高風(fēng)能發(fā)電效率。下面通過兩個(gè)實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0120]實(shí)施例一
[0121]如圖8所示，為本實(shí)施例提供的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:固定基座11、旋轉(zhuǎn)立柱12、永磁發(fā)電機(jī)13和風(fēng)力渦輪機(jī)14 ；
[0122]其中，旋轉(zhuǎn)立柱12的兩端分別安裝有柱狀滾動(dòng)軸承15，旋轉(zhuǎn)立柱12可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于固定基座11上；旋轉(zhuǎn)立柱12的頂面與風(fēng)力渦輪機(jī)14的底面固定連接；
[0123]永磁發(fā)電機(jī)13包括永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子13.1、永久磁鐵、永磁發(fā)電機(jī)定子13.2和三相交流電輸出接口 13.3 ;永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子13.1固定在旋轉(zhuǎn)立柱12的側(cè)面；在永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子13.1上固定安裝N極S極交替的永久磁鐵；在永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子13.1的外部包圍設(shè)置永磁發(fā)電機(jī)定子13.2，并且，永磁發(fā)電機(jī)定子13.2固定在固定基座11上，在永磁發(fā)電機(jī)定子13.2的內(nèi)部嵌入三相繞組；永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子13.1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)永久磁鐵同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而切割永磁發(fā)電機(jī)定子13.2產(chǎn)生的磁場，通過三相交流電輸出接口 13.3，輸出三相交流電。
[0124]其工作原理為:
[0125]風(fēng)力渦輪機(jī)與旋轉(zhuǎn)立柱固定在一起，風(fēng)力渦輪機(jī)吸收各個(gè)方向上的風(fēng)能而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在旋轉(zhuǎn)立柱上，永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝N極S極交替的永久磁鐵，因此，風(fēng)能作用風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)立柱和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵切割定子三相繞組，于是永磁發(fā)電機(jī)輸出120V60HZ三相交流電。
[0126]本實(shí)施例提供的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)船長和寬度靈活布置在甲板的不同位置，且數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整，只需滿足以下基本布置原則即可:甲板上布置的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以不能影響船舶裝卸貨、不影響船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度、操作維護(hù)方便簡單、安全可靠為原則。
[0127]實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基座固定在船艙之間的干隔艙位置，甲板上部旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機(jī)高度3m、直徑Im合適，風(fēng)力渦輪機(jī)拆卸安裝需要方便。
[0128]本實(shí)用新型中，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生幅值和頻率變化的交流電，通過AC/DC模塊整流為直流電。風(fēng)力渦輪機(jī)兼顧寬尖速比和降噪氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，氣動(dòng)效率高于0.4，噪音低于65db。槳葉采用膠衣樹脂和增強(qiáng)玻璃纖維制作，能保證在高轉(zhuǎn)速下安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用強(qiáng)磁材料，優(yōu)級(jí)軸承，F(xiàn)級(jí)絕緣IP54防護(hù)，按免維護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)，保證使用壽命30000小時(shí)以上，壽命期內(nèi)無需解體保養(yǎng)。風(fēng)力禍輪機(jī)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，但最高轉(zhuǎn)速不超過3600r/min。
[0129]本實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過風(fēng)力渦輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)，最大限度捕捉風(fēng)能，為船舶提供電力，具有發(fā)電效率高的特點(diǎn)。
[0130]實(shí)施例二
[0131]如圖9所示，為本實(shí)施例提供的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上增加擺線推進(jìn)器16和伸縮導(dǎo)管17 ;本實(shí)施例提供的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，主要安裝于船舶尾部，且在船舶尾部左右對稱安裝兩個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，對于每個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，底部安裝可伸縮的擺線推進(jìn)器，根據(jù)需要可直接為船舶提供推動(dòng)力。
[0132]具體的，旋轉(zhuǎn)立柱12的底端穿過固定基座11而延伸到固定基座11的下方；在位于固定基座11下方的一段旋轉(zhuǎn)立柱12的外面，套設(shè)伸縮導(dǎo)管17，并且，伸縮導(dǎo)管17的頂面與固定基座11的底面固定連接；
[0133]旋轉(zhuǎn)立柱12的底端通過滑鍵可上下滑動(dòng)安裝擺線推進(jìn)器16，并且，當(dāng)擺線推進(jìn)器16向上滑動(dòng)至全部進(jìn)入伸縮導(dǎo)管17時(shí)，擺線推進(jìn)器16與旋轉(zhuǎn)立柱12脫開；當(dāng)擺線推進(jìn)器16向下滑動(dòng)至全部位于伸縮導(dǎo)管17外面時(shí)，擺線推進(jìn)器16與旋轉(zhuǎn)立柱12扣合固定。
[0134]其工作原理為:
[0135]船舶尾部左右對稱安裝兩臺(tái)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，并且，旋轉(zhuǎn)立柱12貫穿船舶尾部的底層鋼板，在旋轉(zhuǎn)立柱下端滑鍵固定安裝擺線推進(jìn)器；擺線推進(jìn)器上升全部進(jìn)入伸縮導(dǎo)管里時(shí)，擺線推進(jìn)器離開海面，擺線推進(jìn)器與旋轉(zhuǎn)立柱脫開而停止工作；當(dāng)擺線推進(jìn)器從伸縮導(dǎo)管里完全出來時(shí)，擺線推進(jìn)器經(jīng)滑鍵固定在旋轉(zhuǎn)立柱上而隨旋轉(zhuǎn)立體同時(shí)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)擺線推進(jìn)器也全部進(jìn)入海水一定深度，從而為船舶提供推進(jìn)力，此時(shí)可斷開風(fēng)力永磁發(fā)電機(jī)的輸出，這樣風(fēng)能只用于推進(jìn)，減少了發(fā)電環(huán)節(jié)，使風(fēng)能利用率會(huì)更高。
[0136]本實(shí)用新型提供的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需要，還可更進(jìn)一步改進(jìn)，如，還包括剎車控制器；剎車控制器分別與永磁發(fā)電機(jī)13和風(fēng)力渦輪機(jī)14電連接。再例如，風(fēng)力渦輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)，配有并網(wǎng)型AC/DC模塊和風(fēng)力、風(fēng)向、位置檢測傳感器、伺服控制系統(tǒng)，進(jìn)而自動(dòng)隨風(fēng)向調(diào)整；風(fēng)機(jī)渦輪機(jī)高度也可調(diào)整。
[0137]綜上所述，本實(shí)用新型提供的船舶風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0138](I)風(fēng)力渦輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，最大限度捕捉風(fēng)能，為船舶提供電力，具有供電效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0139](2)風(fēng)力渦輪機(jī)底部驅(qū)動(dòng)擺線推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)，直接向船舶產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力，吸收較大的風(fēng)力能量，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作穩(wěn)定，為船舶提供電力同時(shí)還能直接產(chǎn)生推力，進(jìn)一步提高了風(fēng)能利用效率。
[0140]5、船舶鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
[0141]結(jié)合圖10，本實(shí)用新型提供一種船舶鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，可有效穩(wěn)定直流母線電壓，具體的，包括:岸電21、隔離變壓器22、可控整流AC/DC單元23、鋰電池儲(chǔ)能單元24、并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元25以及電池管理單元；在岸電21和隔離變壓器22之間可安裝岸電開關(guān)27 ；
[0142]岸電21經(jīng)隔離變壓器22后，連接到可控整流AC/DC單元23的一端；可控整流AC/DC單元23的另一端連接到鋰電池儲(chǔ)能單元24的一端，鋰電池儲(chǔ)能單元24的另一端通過并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元25連接到船舶供電的直流母線排26 ；
[0143]電池管理單元包括:直流母線電能檢測設(shè)備和控制電路板；其中，直流母線電能檢測設(shè)備為直流母線電流檢測傳感器和/或直流母線電壓檢測傳感器。直流母線電能檢測設(shè)備的輸入端與直流母線排26連接，直流母線電能檢測設(shè)備的輸出端連接到控制電路板的輸入端，控制電路板的第一輸出端連接到并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元25的充放電控制接口 ；控制電路板的第二輸出端連接到鋰電池儲(chǔ)能單元24的均衡調(diào)節(jié)控制接口。
[0144]本實(shí)用新型提供的船舶鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其工作原理為:
[0145]船舶靠岸裝卸貨期間，船舶接岸電，一方面取代船舶電站為全船供電；另一方面通過岸電開關(guān)ACB、隔離變壓器、可控整流AC/DC單元向給鋰電池儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能，直至充滿為止。當(dāng)船舶離岸后，鋰電池儲(chǔ)能單元所儲(chǔ)存的電能可適時(shí)釋放出來，經(jīng)并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元到直流母線，為船舶電力所用。并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元用于穩(wěn)壓直流母線，保證直流母線電壓保持在120VDC±5DC上。
[0146]可見，本實(shí)用新型中，配置接岸電的裝置，利用船舶靠岸期間給蓄電池蓄能。蓄電池采用鋰電池，可快速充放電，滿足船舶電站較高的動(dòng)態(tài)特性及船級(jí)社規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，解決特殊天氣情況下(如持續(xù)陰雨天或無風(fēng)天氣或波浪較小)的電力供給問題。另外，配置并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元，根據(jù)直流母線狀態(tài)，即可給蓄電池充電，也可給蓄電池放電。蓄電池容量儲(chǔ)備，船舶靠岸后接岸電儲(chǔ)能用。
[0147]本實(shí)用新型中，電池管理單元BMS的功能為:
[0148](I)電池管理單元的控制電路板的第一輸出端連接到并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元25的充放電控制接口，可根據(jù)直流母線狀況實(shí)時(shí)調(diào)整并網(wǎng)型可控雙向DC/DC單元的充放電狀態(tài)，穩(wěn)定電壓，降低太陽能和風(fēng)能輸出功率變化對船舶電網(wǎng)的沖擊。
[0149](2)電池管理單元的控制電路板的第二輸出端連接到鋰電池儲(chǔ)能單元24的均衡調(diào)節(jié)控制接口，可避免因單體模塊電池特性差異較大而引起整組電池性能和壽命下降。
[0150]具體的，電池管理單元可檢測單體電池