專利名稱：風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，它屬于新能源利用或機(jī)電行業(yè)的新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用可再生能源進(jìn)行發(fā)電的裝置。
技術(shù)背景現(xiàn)有的利用可再生能源發(fā)電的系統(tǒng)有兩多種，如風(fēng)力，太陽(yáng)能光伏，地?zé)崮?，海洋能生物能等，但風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電是最近幾年發(fā)展最快的技術(shù)。通常，根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌淖匀粭l件，選擇使用風(fēng)力或著是太陽(yáng)能發(fā)電裝置。太陽(yáng)能光伏發(fā)電只有在有陽(yáng)光的條件下才可以進(jìn)行發(fā)電作業(yè)，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)也只有在風(fēng)力達(dá)到一定速度的條件下才可以進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。因此，這兩種發(fā)電裝置都存在停止作業(yè)，不發(fā)電的情況。而在一些地區(qū)，既有良好的太陽(yáng)能發(fā)電的自然條件，也具有風(fēng)能發(fā)電的條件，可目前的這兩種系統(tǒng)不能很好共用這樣的自然條件，使得現(xiàn)有的良好的自然條件不能得到很好的利用。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種既可以利用太陽(yáng)能發(fā)電，也可以利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，有較高的能源利用效率和供電可靠度的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，它包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板、蓄電池組、逆變器以及一個(gè)可以完成互補(bǔ)發(fā)電裝置自動(dòng)通斷、自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載、電池充電放電保護(hù)、組件逐級(jí)投入控制、組件保護(hù)、運(yùn)行工況參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、傳輸、遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控、管理等任務(wù)的智能控制器；太陽(yáng)能電池板的輸出一路通過(guò)充電裝置連接到蓄電池組，另一路連到控制器；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出一路通過(guò)充電裝置連接到蓄電池組，另一路連到控制器；蓄電池組的蓄電池組的電壓信號(hào)和充電、放電電流信號(hào)送到智能控制器。
所述的智能控制器包括一個(gè)中央控制芯片CPU、一個(gè)電源電路單元、一個(gè)數(shù)據(jù)采集變送電路單元、一個(gè)鍵盤輸入電路單元、一個(gè)輸出顯示電路單元和一個(gè)輸出電路單元和通訊接口電路單元；所述的中央控制芯片CPU的端口RXD、TXD分別連接到通訊芯片的R1O、T1IN端；時(shí)鐘信號(hào)電路單元中的由電容C19、C21和晶體震蕩器CR1構(gòu)成的振蕩電路連接在中央控制器CPU的XTAL1、XTAL2端口；電容C22和電阻R29組成復(fù)位電路；鍵盤輸入電路由K1-K3、C26-C28組成，三個(gè)按鍵中一個(gè)是設(shè)定鍵，一個(gè)是移位鍵，一個(gè)是增量鍵，用于各個(gè)控制參數(shù)的 定，分別通過(guò)電阻排RP1同U1的PL5-PL7端相連；端口PL0-PL3通過(guò)電阻排RP1分別同A/D轉(zhuǎn)換器的CS、CLK、DO、DI端口相連；同時(shí)，端口PL0、PL4通過(guò)電阻排RP1連接到J3連接器，且連接LCD液晶顯示器。
所述電源電路單元包括通過(guò)二極管D1連接到穩(wěn)壓電源模塊U6的太陽(yáng)能電池板輸出電源電路和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源通過(guò)三相整流橋連接到穩(wěn)壓電源模塊U6的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源電路。穩(wěn)壓電源模塊U6由MC7805T芯片及6個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)二極管組成。
所述數(shù)據(jù)采集變送電路單元包括A/D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和多路選擇器MC14052B。
輸出電路單元由電阻排RP2和晶體管驅(qū)動(dòng)電路組成，所述的晶體管驅(qū)動(dòng)電路包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和放電分流的驅(qū)動(dòng)電路；其中負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路由三極管BG2、電阻R21、R31、R62，二極管D7，發(fā)光二極管L6，繼電器JD2組成；而放電分流的驅(qū)動(dòng)電路由MOS管BG3和電阻R16、R23組成。
通訊接口電路單元主要由RS-232芯片組成，其端口V-通過(guò)電容C11接地，端口V+通過(guò)電容C12接Vcc，C1+、C1-間接電容C14，C2+、C2-間接電容C6，T1IN、T2IN連接后接到CPU的TXD端，R1IN、R2IN連接后接到J1上，R1O接CPU的RXD端。
在所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上設(shè)有一由智能控制器控制的強(qiáng)風(fēng)手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。
在所述的智能控制器上還連接有一個(gè)用來(lái)消耗多余電力的假負(fù)載。
本實(shí)用新型在一套裝置上實(shí)現(xiàn)了具有風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電互相補(bǔ)充的特性，當(dāng)陰雨天和夜晚太陽(yáng)能輻射弱和沒(méi)有陽(yáng)光的時(shí)候，風(fēng)速一般比較大，此時(shí)風(fēng)能發(fā)的電量占主要地位。而當(dāng)晴空當(dāng)頭的白天，風(fēng)速比較小，太陽(yáng)能發(fā)電占主導(dǎo)地位。風(fēng)光互補(bǔ)供電不僅每天24小時(shí)具有互補(bǔ)性，夏季和冬季也是一樣，這樣發(fā)電互補(bǔ)的結(jié)果可以大大降低設(shè)備的投資，又能滿足連續(xù)不斷的供電，大大提高了供電的可靠性。
附圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為本實(shí)用新型的控制電路方框圖附圖3為本實(shí)用新型的電路圖具體實(shí)施方式
下面以附圖1、2、3、4為本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型的構(gòu)成為一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、一個(gè)太陽(yáng)能電池板2、蓄電池組4、一個(gè)逆變器6以及一個(gè)可以完成互補(bǔ)發(fā)電裝置自動(dòng)通斷、自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載、電池充電放電保護(hù)、組件逐級(jí)投入控制、組件保護(hù)、運(yùn)行工況參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、傳輸、遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控、管理等任務(wù)的智能控制器5；太陽(yáng)能電池板2的輸出一路通過(guò)充電裝置連接到蓄電池組4，另一路連到控制器5，對(duì)控制器供電；太陽(yáng)能電池板的輸出電壓信號(hào)和電流信號(hào)送到控制器。風(fēng)力發(fā)電機(jī)1的輸出一路通過(guò)充電裝置連接到蓄電池組4，另一路連到控制器5，對(duì)控制器供電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓信號(hào)和電流信號(hào)送到控制器。為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)在有強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)候得到保護(hù)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上設(shè)有機(jī)械保護(hù)--強(qiáng)風(fēng)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。當(dāng)風(fēng)力過(guò)高時(shí)，由控制器發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)行電氣自動(dòng)保護(hù)。蓄電池組是太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的蓄能裝置，蓄電池組的蓄能容量大小由負(fù)載決定。太陽(yáng)能電池板的輸出和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出都通過(guò)各自的充電裝置連到蓄電池組。蓄電池組的電壓信號(hào)和充電、放電電流信號(hào)送到控制器。如果本實(shí)用新型出現(xiàn)了多余的電力，在所述的智能控制器5上連接一個(gè)用來(lái)消耗多余電力的假負(fù)載3，這樣可以保證多余的電力的輸出。本實(shí)用新型可以為負(fù)載7提供電源，通過(guò)逆變器6也可以為交流負(fù)載提供電力，假負(fù)載3是用來(lái)消耗多余的電力。本實(shí)用新型可以為負(fù)載7提供直流電源，也可以通過(guò)逆變器6為負(fù)載7提供交流電源。
控制器是智能型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，如附圖2、3中所示由中央處理器CPU、整個(gè)控制器由中央控制芯片、電源電路單元、數(shù)據(jù)采集變送電路單元、鍵盤輸入電路單元、輸出顯示電路單元、輸出電路單元和通訊接口電路單元組成。
U1是中央控制處理芯片，為控制器的核心部件，其各個(gè)端口控制著控制器的其他功能部件。芯片采用4051單片機(jī)，其中央控制芯片與其它各功能部件具體的連接方式如下其中端口RXD、TXD分別連接到通訊芯片的R1O、T1IN端；時(shí)鐘信號(hào)電路單元中的由電容C19、C21和晶體震蕩器CR1構(gòu)成的振蕩電路連接在中央控制器的XTAL1、XTAL2端口；C22和R29組成復(fù)位電路；鍵盤輸入電路由K1-K3、C26-C28組成，三個(gè)按鍵中一個(gè)是設(shè)定鍵，一個(gè)是移位鍵，一個(gè)是增量鍵，用于各個(gè)控制參數(shù)的設(shè)定，分別通過(guò)電阻排RP1同U1的PL5-PL7端相連；端口PL0-PL3通過(guò)電阻排RP1分別同A/D轉(zhuǎn)換器TLC0832的CS、CLK、DO、DI端口相連；同時(shí)，端口PL0、PL4通過(guò)電阻排RP1連接到J3連接器用于連接LCD液晶顯示器用來(lái)顯示各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。
所述電源電路單元基本上由通過(guò)二極管D1連接到穩(wěn)壓電源模塊U6的太陽(yáng)能電池板輸出電源電路及風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源通過(guò)三相整流橋連接到U6風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源電路構(gòu)成，其中U6模塊由MC7805T芯片及6個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)二極管組成。穩(wěn)壓電源模塊U6的主要作用是將24V電壓轉(zhuǎn)化為+5V電壓輸出作為控制器上IC的電源。發(fā)光二極管L1、L2分別顯示太陽(yáng)能和風(fēng)力充電狀態(tài)。調(diào)節(jié)R2可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板輸出電壓為24V，供繼電器驅(qū)動(dòng)電路使用。
所述數(shù)據(jù)采集變送電路單元由A/D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和多路選擇器MC14052B構(gòu)成。其中A/D轉(zhuǎn)換器采用的是TLC0832芯片，其端口CH0同多路選擇器的X輸出連接，端口CH1同運(yùn)算放大器輸出相連；多路選擇器的A、B端口分別連接到中央控制芯片的INT0、INT1端，由中央控制芯片提供宣統(tǒng)信號(hào)，而端口X0、X1，Y0-Y3分別接數(shù)據(jù)信號(hào)。
輸入電路單元由按鈕K1-K3、電容C26-C28組成，連接如上述；顯示輸出單元由LCD承擔(dān)，通過(guò)J3與CPU相連接。
輸出電路單元有電阻排RP2和一些晶體管驅(qū)動(dòng)電路組成。其中負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路由三極管BG2、電阻R21、R31、R62，二極管D7，發(fā)光二極管L6，繼電器JD2組成，由CPU給出LOAD信號(hào)，三極管BG2導(dǎo)通，從而繼電器JD2吸合，伏在電路導(dǎo)通，L6顯示負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。同理，三極管BG1、電阻R20、R30、R61，二極管D6，發(fā)光二極管L5，繼電器JD1組成充電驅(qū)動(dòng)電路。而放電分流的驅(qū)動(dòng)電路由MOS管BG3和電阻R16、R23組成。
通訊接口電路單元主要由RS-232芯片組成，其端口V-通過(guò)電容C11接地，端口V+通過(guò)電容C12接Vcc，C1+、C1-間接電容C14，C2+、C2-間接電容C6，T1IN、T2IN連接后接到CPU的TXD端，R1IN、R2IN連接后接到J1上，R1O接CPU的RXD端。
本控制器的工作過(guò)程如下控制器通上電后，就開(kāi)始工作。CPU連續(xù)不停執(zhí)行的工作主要有對(duì)6路模擬電壓和電流輸入量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；接受來(lái)自鍵盤的中斷，以及鍵盤的數(shù)據(jù)處理和接受；接受來(lái)自遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的中斷，執(zhí)行遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的控制命令，向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)傳送數(shù)據(jù)；定時(shí)向LCD液晶顯示器傳送顯示數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)輸入的電壓和電流信號(hào)決定是否啟閉風(fēng)機(jī)制動(dòng)電阻和輸出負(fù)載；根據(jù)電池的電壓和電流信號(hào)決定是否充電或啟閉輸出負(fù)載；內(nèi)部時(shí)間日歷信號(hào)的處理，定時(shí)器時(shí)間累加等。
控制器功能的實(shí)現(xiàn)顯示功能LCD液晶顯示的數(shù)據(jù)和向遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)有太陽(yáng)能電池輸入電壓、電流、功率、功；風(fēng)能輸入電壓、電流、功率、功；蓄電池電壓、電流；負(fù)載電流、功率；電池充電安時(shí)數(shù)、電池放電安時(shí)數(shù)。實(shí)際電壓、電流值等于采集值乘于定標(biāo)比例，實(shí)際功率等于實(shí)際電壓乘于實(shí)際電流；功等于實(shí)際功率乘于時(shí)間。這些計(jì)算由CPU完成。
蓄電池組過(guò)充電保護(hù)當(dāng)蓄電池組的電壓高于設(shè)定值時(shí)，斷開(kāi)充電回路進(jìn)行充電保護(hù)。
蓄電池組過(guò)放電保護(hù)當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到蓄電池組的電壓低于設(shè)定值時(shí)，斷開(kāi)負(fù)載回路進(jìn)行過(guò)放電保護(hù)。
風(fēng)力過(guò)高自動(dòng)保護(hù)當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)制動(dòng)電阻，實(shí)施風(fēng)力過(guò)高自動(dòng)保護(hù)。
報(bào)警功能電池欠電報(bào)警當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到蓄電池組的電壓低于設(shè)定值時(shí)，顯示報(bào)警信號(hào)。
風(fēng)力過(guò)高報(bào)警當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，顯示報(bào)警信號(hào)。
控制器的全部控制和報(bào)警功能都可以在LCD液晶顯示器上顯示，都可以傳送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于它包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)、太陽(yáng)能電池板(2)、蓄電池組(4)、逆變器(6)以及一個(gè)可以完成互補(bǔ)發(fā)電裝置自動(dòng)通斷、自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載、電池充電放電保護(hù)、組件逐級(jí)投入控制、組件保護(hù)、運(yùn)行工況參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、傳輸、遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控、管理等任務(wù)的智能控制器(5)；太陽(yáng)能電池板(2)的輸出通過(guò)控制器(5)連接到蓄電池組(4)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)(1)的輸出通過(guò)控制器(5)連接到蓄電池組(4)；蓄電池組(4)的電壓信號(hào)和充電、放電電流信號(hào)送到控制器(5)。
2.如權(quán)利要求1中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于所述的可以完成互補(bǔ)發(fā)電裝置自動(dòng)通斷、自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載、電池充電放電保護(hù)、組件逐級(jí)投入控制、組件保護(hù)、運(yùn)行工況參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、傳輸、遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控、管理等任務(wù)的智能控制器(5)包括一個(gè)中央控制芯片CPU、一個(gè)電源電路單元、一個(gè)數(shù)據(jù)采集變送電路單元、一個(gè)鍵盤輸入電路單元、一個(gè)輸出顯示電路單元和一個(gè)輸出電路單元和通訊接口電路單元；所述的中央控制芯片CPU的端口RXD、TXD分別連接到通訊芯片的R1O、T1IN端；時(shí)鐘信號(hào)電路單元中的由電容C19、C21和晶體震蕩器CR1構(gòu)成的振蕩電路連接在中央控制器CPU的XTAL1、XTAL2端口；電容C22和電阻R29組成復(fù)位電路；鍵盤輸入電路由K1-K3、C26-C28組成，三個(gè)按鍵中一個(gè)是設(shè)定鍵，一個(gè)是移位鍵，一個(gè)是增量鍵，用于各個(gè)控制參數(shù)的設(shè)定，分別通過(guò)電阻排RP1同U1的PL5-PL7端相連；端口PL0-PL3通過(guò)電阻排RP1分別同A/D轉(zhuǎn)換器的CS、CLK、DO、DI端口相連；同時(shí)，端口PL0、PL4通過(guò)電阻排RP1連接到J3連接器，且連接LCD液晶顯示器。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于所述電源電路單元包括通過(guò)二極管D1連接到穩(wěn)壓電源模塊U6的太陽(yáng)能電池板輸出電源電路和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源通過(guò)三相整流橋連接到穩(wěn)壓電源模塊U6的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電源電路。
4.如權(quán)利要求3中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于其中穩(wěn)壓電源模塊U6由MC7805T芯片及6個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)二極管組成。
5.如權(quán)利要求1或2中所述的風(fēng)能、光能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集變送電路單元包括A/D轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器和多路選擇器MC14052B。
6.如權(quán)利要求1或2中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于輸出電路單元由電阻排RP2和晶體管驅(qū)動(dòng)電路組成，所述的晶體管驅(qū)動(dòng)電路包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和放電分流的驅(qū)動(dòng)電路；其中負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路由三極管BG2、電阻R21、R31、R62，二極管D7，發(fā)光二極管L6，繼電器JD2組成；而放電分流的驅(qū)動(dòng)電路由MOS管BG3和電阻R16、R23組成。
7.如權(quán)利要求1或2中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于通訊接口電路單元主要由RS-232芯片組成，其端口V-通過(guò)電容C11接地，端口V+通過(guò)電容C12接Vcc，C1+、C1-間接電容C14，C2+、C2-間接電容C6，T1IN、T2IN連接后接到CPU的TXD端，R1IN、R2IN連接后接到J1上，R1O接CPU的RXD端。
8.如權(quán)利要求1或2中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于在所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上設(shè)有一由智能控制器控制的強(qiáng)風(fēng)手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)。
9.如權(quán)利要求1或2中所述的風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，其特征在于在所述的智能控制器(5)上連接一個(gè)用來(lái)消耗多余電力的假負(fù)載(3)。
專利摘要一種風(fēng)能、太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電裝置，它屬于新能源利用或機(jī)電行業(yè)的新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是利用可再生能源進(jìn)行發(fā)電的裝置，其特征在于它包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板、蓄電池組、逆變器以及一個(gè)智能控制器；太陽(yáng)能電池板的輸出一路通過(guò)充電裝置連接到蓄電池組，另一路連到控制器；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出一路通過(guò)充電裝置連接到蓄電池組，另一路連到控制器；蓄電池組的電壓信號(hào)和充電、放電電流信號(hào)送到控制器。本實(shí)用新型在一套裝置上實(shí)現(xiàn)了具有風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電互相補(bǔ)充的特性，這樣發(fā)電互補(bǔ)的結(jié)果可以大大降低設(shè)備的投資，又能滿足連續(xù)不斷的供電，大大提高了供電的可靠性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK2669452SQ200320117750
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2003年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者李恩君, 楊洪興 申請(qǐng)人:李恩君, 楊洪興