高效便携式风光互补供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高效便携式风光互补供电系统，太阳能发电系统包括太阳能电池板和太阳光自动跟踪系统，太阳能电池板采用伸缩式太阳能电池板，其向阳面安装有一凸透镜聚光阵列，且凸透镜聚光阵列上有一高透光玻璃板，其上覆有一表面疏水结构涂层，太阳能电池板背面和间隙处设置循环水管系统；风能发电系统包括风力发电机和风力叶片组，风力叶片组位于风力发电机的上方，采用由一支撑杆和安装在支撑杆上的若干扇叶组成的灯笼形状。本发明专利技术通过利用仿生向日葵的太阳光自动追踪机理、凸透镜的高效聚光效应和仿生莲叶的表面疏水特性以及便携式可折叠大面阵太阳能电池板的优化结构设计和高容量蓄电储能阵列电池的选用，高效收集转化太阳能和风能。

Efficient Portable Wind-Solar Complementary Power Supply System

The invention discloses an efficient portable wind-solar complementary power supply system. The solar power generation system includes solar panels and solar automatic tracking system. The solar panels adopt retractable solar panels. A convex lens concentrating array is installed on the sunward surface of the solar panels, and a high-transparent glass plate is arranged on the convex lens concentrating array, and a hydrophobic structure coating on the surface of the solar panels is overlaid. A circulating water pipe system is installed at the back and clearance of the energy battery panel; the wind power generation system includes wind turbines and wind blade groups, which are located above the wind turbines and adopt a lantern shape consisting of a supporting rod and a number of fan blades mounted on the supporting rod. The invention collects and transforms solar energy and wind energy efficiently by utilizing the mechanism of sunlight automatic tracking of bionic sunflower, the high-efficiency focusing effect of convex lens, the surface hydrophobic characteristics of bionic lotus leaf, the optimized structure design of portable foldable large-area array solar panels and the selection of high-capacity storage array batteries.

【技术实现步骤摘要】
高效便携式风光互补供电系统
本专利技术涉及供电系统领域，具体涉及一种高效便携式风光互补供电系统。
技术介绍
当前人类使用的能源主要分为不可再生能源和可再生能源。不可再生能源主要包括煤炭、石油以及天然气，这些化石燃料支撑了人类社会数百年的发展，为工业革命做出了突出贡献。随着世界人口的不断增加，人类对能源的需求也与日俱增。因为自然形成的化石燃料耗费时间极长，短期内的大规模消耗很难实现有效补充，因而造成被称为“工业血液”的石油和“黑金”的煤炭资源锐减，而大规模使用化石燃料造成的大气污染、臭氧层空洞等现象日趋严重，迫使人类不得不将绿色环保的可再生清洁能源的开发利用作为人类社会高质量可持续发展的关键。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能以及生物质能，其中水能、地热能和潮汐能受地理环境和地形地貌影响较大，难以随时随地开发利用，而在一些地广人稀、地形地貌复杂多变的地区大规模架设昂贵的输电电网亦存在诸多困难；生物质能蕴含的能量较少，即使针对零散用户也难以满足日常供电需求。因此，如何充分发挥太阳能和风能的特点，实现持久稳定、高效可靠的太阳能和风能利用，已成为各国科学家正在不断努力探索和深入研究的重要课题。而且，通过大力推广和发展清洁能源，可以逐步改善传统的以化石能源为主的能源消费结构，减少对化石能源进口的依赖，提高国家能源安全水平，减少全球温室气体排放，有效保护地球生态环境，造福子孙，促进人类社会和经济和谐发展。作为一种绿色环保可再生的清洁能源，太阳能也是受地域环境影响较小，便于在全球绝大部分地区收集利用的一种“取之不尽，用之不竭”能源。早在1884年，美国科学家CharlesFritts通过在硒半导体材料表面覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，制作了世界上第一块太阳能电池板，可以通过光伏效应将吸收的太阳能直接转化为电能。经过了一百三十多年的不断探索努力与发展创新，虽然太阳能电池技术取得了长足进步，但仍存在太阳能转化效率低等主要问题，在一定程度上阻碍了太阳能利用的快速发展。然而，对于作为能量转化器件的太阳能电池板而言，转化能量的绝对值取决于能量转换器件的转化效率和实现有效能量转化器件面积的乘积。虽然目前太阳能电池板的能量转化效率由于采用的光伏产品和相关技术的局限而很难在短期内发生重大改善，但可以通过提高太阳能电池板表面的太阳光光强密度和增加太阳能电池板的有效能量接收转化面积等方法实现太阳能可转化能量的增加。由于天气因素对太阳能电池板的能量转化效率影响很大，在阴天或者雨雪天，太阳光会被遮挡而导致太阳能电池板难以收集利用足够的太阳光实现能量转化，因此风力发电装置可以为太阳能发电提供有力补充。古语云“山雨欲来风满楼”，由此可见，在阴雨以及一些影响太阳能电池板正常工作的天气，风能可以为其提供很好的补充。风能的收集转化效率主要面临两个问题：一是风力发电系统桨叶形状的设计，即如何通过增加桨叶与风的接触面积以提高风能转化效率，同时还需考虑整个系统的大小和轻便稳定性；二是如何确保风力发电系统的桨叶始终正对风向以达到最大转动频率，实现最佳的能量转化效率。此外，考虑到自然界的太阳能和风能经常受到天气等因素影响而变化多端，往往造成太阳能和风能的能量转化率不够稳定，影响供电系统输出电压的稳定和电器使用安全，因此非常有必要利用高容量的蓄电池储能阵列，存储能量转化器件转换的太阳能和风能以备夜晚或恶劣天气时应急使用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种高效便携式风光互补供电系统。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：高效便携式风光互补供电系统，包括太阳能发电系统、风能发电系统和储能蓄电池，所述太阳能发电系统包括太阳能电池板和太阳光自动跟踪系统，所述太阳能电池板采用伸缩式太阳能电池板，向阳面安装有一凸透镜聚光阵列，且所述凸透镜聚光阵列上设有一高透光玻璃板，其上覆有一表面疏水结构涂层，所述太阳能电池板背面和间隙处设置循环水管系统；所述太阳光自动跟踪系统由安装在表面疏水结构涂层与凸透镜阵列之间的微型光电探测器(通常由光敏电阻组成)，以及安装在便携太阳能箱内部的信号处理和补偿器、微处理器、接口电路单元(选择不同的执行器可以满足不同的应用需求)以及执行器或电机组成；当太阳光入射到太阳能电池板的角度发生偏移时，光电探测器感知光信号变化并输出电信号交由信号处理和补偿电路处理，电信号进入微处理器后，微处理器根据输入信号运行跟踪算法，输出控制信号，并通过接口电路单元驱动执行机构或电机运动以调整太阳能电池板系统的角度，从而实现自动跟踪太阳的目的，就像向日葵追随太阳的偏移而偏移，太阳光自动跟踪系统可保证太阳能电池板始终正对着太阳，从而接收更多的直射太阳光以提高太阳能的收集和转化效率；所述风能发电系统包括风力发电机和风力叶片组，所述风力叶片组位于所述风力发电机的上方，采用由一支撑杆和安装在支撑杆上的若干扇叶组成的灯笼形状。优选地，所述太阳能电池板采用铜铟硒太阳能电池板。优选地，所述扇叶采用矩形扇叶，在支撑杆同一高度每隔相同角度通过伸缩臂安装一片矩形扇叶。优选地，在气候较为温和的地区所述储能蓄电池采用梅兰日兰蓄电池，寿命长无需经常更换，也不必担心电解液泄漏污染土地，在一些气温低、自然环境较差的地区(如戈壁滩等)，选择使用安全、耐低温的磷酸铁锂蓄电池。本专利技术通过利用仿生向日葵的太阳光自动追踪机理、凸透镜的高效聚光效应和仿生莲叶的表面疏水特性以及便携式可折叠大面阵太阳能电池板的优化结构设计和高容量蓄电储能阵列电池的选用，高效收集转化大自然馈赠给人类“取之不尽，用之不竭”的太阳能和风能，有效解决高山、海岛、沙漠、戈壁等边远地区常住零散人员以及旅游者、探险家等小规模用电户日常的烧水、做饭、照明、上网、通讯等需求。通过进一步提高能量转化效率和大面积推广使用，高效风光互补供电系统完全可以成为当今骨干电网的有力补充和化石燃料供电系统的替代者，推动人类社会的高质量可持续和谐发展。附图说明图1为本专利技术实施例高效便携式风光互补供电系统中太阳能发电系统的原理图。图2为本专利技术实施例高效便携式风光互补供电系统的原理图。图3为图2的俯视图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1-图3所示，本专利技术实施例提供了一种高效便携式风光互补供电系统，包括太阳能发电系统、风能发电系统和储能蓄电池，所述太阳能发电系统包括太阳能电池板和太阳光自动跟踪系统，所述太阳能电池板采用伸缩式太阳能电池板，通过折叠伸缩臂结构实现伸缩，类似人造卫星常用的伸缩式太阳能电池板，其向阳面安装有一凸透镜聚光阵列，将大面积辐射的太阳光会聚于一个较小的范围，提高太阳光的光强密度，相当于有效增大了太阳能电池板的能量接收转化面积，有利于高效收集和充分利用太阳能，提高太阳能电池板的能量转化率；所述凸透镜聚光阵列上设有一高透光玻璃板，其上覆有一表面疏水结构涂层，可以有效避免灰尘、雨水等造成的入射太阳光能量损耗，实现最优采光效果和最佳的能量转化效率；所述太阳能电池板背面和间隙处设置循环水管系统，利用水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高效便携式风光互补供电系统，包括太阳能发电系统、风能发电系统和储能蓄电池，其特征在于，所述太阳能发电系统包括太阳能电池板和太阳光自动跟踪系统，所述太阳能电池板采用伸缩式太阳能电池板，向阳面安装有一凸透镜聚光阵列，且所述凸透镜聚光阵列上设有一高透光玻璃板，其上覆有一表面疏水结构涂层，所述表面疏水结构涂层采用周期性纳米结构材料，所述太阳能电池板背面和间隙处设置循环水管系统；所述太阳光自动跟踪系统由安装在表面疏水结构涂层与凸透镜阵列之间的微型光电探测器，以及安装在便携太阳能箱内部的信号处理和补偿器、微处理器、接口电路单元以及执行器或电机组成；当太阳光入射到太阳能电池板的角度发生偏移时，光电探测器感知光信号变化并输出电信号交由信号处理和补偿电路处理，电信号进入微处理器后，微处理器根据输入信号运行跟踪算法，输出控制信号，并通过接口电路单元驱动执行机构或电机运动以调整太阳能电池板系统的角度，从而实现自动跟踪太阳的目的；所述风能发电系统包括风力发电机和风力叶片组，所述风力叶片组位于所述风力发电机的上方，采用由一支撑杆和安装在支撑杆上的若干扇叶组成的灯笼形状。

【技术特征摘要】
1.高效便携式风光互补供电系统，包括太阳能发电系统、风能发电系统和储能蓄电池，其特征在于，所述太阳能发电系统包括太阳能电池板和太阳光自动跟踪系统，所述太阳能电池板采用伸缩式太阳能电池板，向阳面安装有一凸透镜聚光阵列，且所述凸透镜聚光阵列上设有一高透光玻璃板，其上覆有一表面疏水结构涂层，所述表面疏水结构涂层采用周期性纳米结构材料，所述太阳能电池板背面和间隙处设置循环水管系统；所述太阳光自动跟踪系统由安装在表面疏水结构涂层与凸透镜阵列之间的微型光电探测器，以及安装在便携太阳能箱内部的信号处理和补偿器、微处理器、接口电路单元以及执行器或电机组成；当太阳光入射到太阳能电池板的角度发生偏移时，光电探测器感知光信号变化并输出电信号交由信号处理和补偿电路处理，电信号进入微处理器后，微处理器根据输入信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晨光，光昭，
申请(专利权)人：范晨光，
类型：发明
国别省市：陕西,61