专利名称：模块化自然能供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供电系统，特别是一种联合应用多种自然能发电技术模块化自然能供电系统，属于可再生能源发电领域。
背景技术：
目前石油价格高涨，电力价格也上升，促使人们寻求其他电力(发电系统)。传统的供电方式是由集中式大型发电厂发出的电能，经过电力系统的远距离多级变送为用户供电，然而常规电网难以覆盖或者有特殊需要的地区和用户则对独立供电系统的需求越来越大。独立供电系统电能产生可采用不同的方法，例如如太阳能光伏发电，水流能发电和风能发电等等。家用太阳能光伏发电和集团用太阳能光伏发电系统已经实用化，缺点是只能在有阳光的天气条件下工作，不能24小时供电，使得整个设备无法稳定持续地供应电能，特别是夜间和阴雨天需要常规能源来辅助。太阳能光伏发电技术飞速发展，发电成本下降很快，但要保证阴雨天也能正常供电则成本又会上升。风能发电技术也有长足的进步，且发电成本也很低，但存在无风天气无法正常供电的问题。水流能发电技术发展也比较快，能够充分利用河流溪水发电，24小时供电，但是不能在旱季和洪期运行。从上述可以看出，以上三种自然能发电技术在单独使用时都受到资源状况的限制，输出存在不连续，不稳定，低密度，随时间、季节以及气候变化而变化等特点，无法大规模推广应用，且各自独立应用发电的做法常常得不偿失，实用性大打折扣。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提供一种模块化自然能供电系统，使其将太阳能光伏发电、风能发电和水流能发电技术模块化地结合起来，通过电力共用系统经济、有效地利用这些自然能发电技术向负载I (路灯等用电器)或/和负载II (市政电网)供电。本发电系统利用不同种自然能联合互补发电，最大限度的提高自然能发电系统效率，降低成本，且各组成部分规模、大小可因地制宜，根据当地的特点和用户的需求进行优化设计、配置，具有鲜明的节能和环保特点。所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块是可组合、分解和更换的功能单元。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是模块化自然能供电系统主要由太阳能光伏电池模块、风能发电机组模块、水流能发电设备模块、电力共用系统模块组成，其连接方式为太阳能光伏电池模块、风能发电机组模块与水流能发电设备模块以并联方式同电力共用系统模块连接，电力共用系统模块的输出端同负载I (路灯等用电器)或/和负载
II(市政电网)连接，多模块组成一体，经济有效地利用自然能(太阳能、风能和水流能)转换成电能。
所述的太阳能光伏电池模块、风能发电机组模块和水流能发电设备模块为各自独立的自然能发电系统。三者模块化并联组成一个发电机构，前两者利用晴天太阳能辐射量大而风力小、晚间和阴天太阳能辐射量弱而风力大的自然现象形成互补，白天由太阳电池发电，风大时风力发电机也发电，晚上由风力发电机发电。水流能发电设备模块则几乎可以全天候24小时运行发电。这样，水流能发电设备模块便可确保在太阳能光伏发电模块和风能发电机组模块的昼夜调节和季节性调节时，整个模块化自然能供电系统供电的可靠性。三者通过接线箱交替地、持续地向蓄电池充电、贮存电能，或通过控制逆变器随时向负载I和/或II提供电力。这种系统虽然也需要蓄电池，但不需要很大的蓄电池，蓄电池的容量只要能起到缓冲电力和维持无风且阴天时(这种天气一般较少)所需即可。无风且阴天时由蓄电池提供所需电能。所述的水流能发电设备主要由水轮机和小型水轮发电机组成，水轮机动力轴四周均匀分布四片瓦状叶片，叶片外露且倾斜方向与水流相对，整个设备浸没在水体中，垂直固定在河水溪流堤岸面上。其工作方式是当水体流过设备面时直接冲击各水轮机外露的瓦状叶片，推动叶轮运转并通过动力轴带动水轮机同轴两端的发电机运作，将机械能转换成电能。所述的电力共用系统模块包括接线箱、蓄电池、控制逆变器(包括充放电控制器)、配电箱，其连接方式为太阳能光伏电池模块、风能发电机组模块和水流能发电设备模块的输出端正负极分别设置两根电缆，这六根电缆汇集于接线箱，接线箱的输出端同蓄电池并联后再同控制逆变器输入端连接，控制逆变器的输出端同配电箱连接，配电箱输出端同负载I和II连接。当负载I和II开路时，太阳能光伏电池模块和/或风能发电机组模块和/或水流能发电设备模块向蓄电池充电；当负载I和II闭合时，由太阳能光伏电池模块和/或风能发电机组模块和/或水流能发电设备模块或蓄电池通过控制逆变器和配电箱向负载I和负载II供电。蓄电池可以采用铅酸蓄电池或者埋电池，用于储存发电系统所发出电能中尚未被使用的多余电能。由于采用上述技术方案，本发明提供的壁式模块化水流发电设备具有如下优点1.本发明能充分利用当地的可再生自然能源发电，节能环保，具有鲜明得创造性和显著进步。2.本发明各组成部分的具体规模、大小可因地制宜，根据当地的特点和用户需求进行优化设计和优化配置。3.本发明能够解决生活在农区、牧区的居民，边远地区的乡镇村落、边防部队、哨所、海岛驻军，内陆河域和近海滩涂养殖业及沿海岛屿的渔民的电力需求4.本发明也能应用于市政工程，向各种类型的公共基础设施独立地供应电力，有效解决公共设施配套电网建设成本高昂，电力供应繁重的问题5.本发明创造性地提出了一种综合应用自然能发电等新能源技术的方法，找到了一种行之有效的方法，切实提高了相关理论技术的实际应用性。6.本发明扩展了相关分布式理论研究，有效地降低了电网建设成本和解决偏远地域的电力供应问题
图1为模块化自然能供电系统结构示意2为水流能发电设备示意图I太阳能光伏电池模块，2风能发电机组模块，3接线箱，4蓄电池，5电力共用系统模块，6水流能发电设备模块，7控制逆变器，8配电箱，9负载I，10负载II，11水轮机动力轴，12水轮机瓦状叶片，13小型水轮发电机
具体实施例方式如图1-2所示，本发明主要包括太阳能光伏电池模块(I)、风能发电机组模块
(2)、水流能发电设备模块￠)、电力共用系统模块(5)，其连接方式为太阳能光伏电池模块(I)，风能发电机组模块(2)与水流能发电设备模块(6)以并联方式同电力共用系统模块
(5)连接，电力共用系统模块(5)的输出端同负载I (路灯等用电器)(9)或/和负载II (市政电网)(10)连接，多模块组成一体，经济有效地利用自然能(太阳能、风能和水流能)转换成电能。水流能发电设备(6)主要由水轮机和小型水轮发电机(13)组成，水轮机动力轴
(11)四周均匀分布四片瓦状叶片(12)，叶片(12)外露且倾斜方向与水流相对，整个设备浸没在水体中，垂直固定在河水溪流堤岸面上。当水体流过设备面时直接冲击各水轮机外露的瓦状叶片(12)，推动叶轮运转并通过动力轴(11)带动水轮机同轴两端的发电机(13)运作，将机械能转换成电能。电力共用系统模块(5)包括接线箱(3)、蓄电池⑷、控制逆变器(7)(包括充放电控制器)、配电箱(8)，其连接方式为太阳能光伏电池模块(I)、风能发电机组模块(2)和水流能发电设备模块￠)的输 出端正负极分别设置两根电缆，这六根电缆汇集于接线箱
(3)，接线箱(3)的输出端同蓄电池⑷并联后再同控制逆变器(7)输入端连接，控制逆变器⑵的输出端同配电箱⑶连接，配电箱⑶输出端同负载I (路灯等用电器)(9)或/和负载II (市政电网)(10)连接。当负载I (路灯等用电器)(9)或/和负载II (市政电网)(10)开路时，太阳能光伏电池模块(I)和/或风能发电机组模块(2)和/或水流能发电设备模块(6)向蓄电池⑷充电；当负载I (路灯等用电器)(9)或/和负载II (市政电网)
(10)闭合时，由太阳能光伏电池模块⑴和/或风能发电机组模块⑵和/或水流能发电设备模块(6)或蓄电池⑷通过控制逆变器(7)和配电箱⑶向负载I (路灯等用电器)
(9)或/和负载II (市政电网)(10)供电。
权利要求
1.模块化自然能供电系统，主要包括太阳能光伏电池模块(I)、风能发电机组模块(2)、水流能发电设备模块(6)和电力共用系统模块(4)，其特征在于它是模块化设计，所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块是可组合、分解和更换的功能单元。
2.根据权利要求1所述的模块化自然能供电系统，其特征在于其连接方式是太阳能光伏电池模块(I)，风能发电机组模块(2)与水流能发电设备模块￠)以并联方式同电力共用系统模块(5)连接，电力共用系统模块(5)的输出端同负载I (路灯等用电器)(9)或/和负载II (市政电网)(10)连接。
3.根据权利要求1所述的模块化自然能供电系统，其特征在于所述的太阳能光伏电池模块⑴、风能发电机组模块⑵和水流能发电设备模块(6)为各自独立的自然能发电系统。三者模块化并联组成一个发电机构，前两者利用晴天太阳能辐射量大而风力小、晚间和阴天太阳能辐射量弱而风力大的自然现象形成互补，白天由太阳电池发电，风大时风力发电机也发电，晚上由风力发电机发电。水流能发电设备模块则几乎可以全天候24小时运行发电。这样，水流能发电设备模块便可确保在太阳能光伏发电模块和风能发电机组模块的昼夜调节和季节性调节时，整个模块化自然能供电系统供电的可靠性。
4.根据权利要求1所述的模块化自然能供电系统，其特征在于所述的水流能发电设备(6)主要由水轮机和小型水轮发电机(13)组成，水轮机动力轴(11)四周均匀分布四片瓦状叶片(12)，叶片(12)外露且倾斜方向与水流相对，整个设备浸没在水体中，垂直固定在河水溪流堤岸面上。当水体流过设备面时直接冲击各水轮机外露的瓦状叶片(12)，推动叶轮运转并通过动力轴(11)带动水轮机同轴两端的发电机(13)运作，将机械能转换成电倉泛。
5.根据权利要求1所述的模块化自然能供电系统，其特征在于所述的电力共用系统模块(5)包括接线箱(3)、蓄电池⑷、控制逆变器(7)(包括充放电控制器)、配电箱⑶，其连接方式为太阳能光伏电池模块(I)、风能发电机组模块(2)和水流能发电设备模块(6)的输出端正负极分别设置两根电缆，这六根电缆汇集于接线箱(3)，接线箱(3)的输出端同蓄电池(4)并联后再同控制逆变器(7)输入端连接，控制逆变器(7)的输出端同配电箱⑶连接，配电箱⑶输出端同负载I (路灯等用电器)(9)或/和负载II (市政电网)(10)连接。
全文摘要
一种模块化自然能供电系统，属于可再生能源发电领域。主要包括太阳能光伏电池模块、风能发电机组模块、水流能发电设备模块、电力共用系统模块，其连接方式为太阳能光伏电池模块、风能发电机组模块与水流能发电设备模块以并联方式同电力共用系统模块连接，电力共用系统模块的输出端同负载I(路灯等用电器)或/和负载II(市政电网)连接供电。本发明模块化结合多种自然能发电技术，实现多种可再生能源联合互补供电，适合作为市政基础设施、偏远地区和孤立海岛的电力供应系统，具有鲜明的节能环保和创新特色，本供电系统各组成部分大小可因地制宜，根据当地的特点和用户需求进行优化设计、配置。
文档编号H02J7/35GK103066678SQ20111032795
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者黄钜海, 陶松垒, 徐英励, 丁航军, 周佳军 申请人:浙江科技学院