一种绿色环保型供电系统的制作方法

本实用新型涉及能源再生技术领域，具体为一种绿色环保型供电系统。

背景技术：

随着我国经济发展和人民生活水平的提高，我国的能源消耗越来越大，能源和环境问题是制约我国经济、社会发展的主要障碍，可再生能源的综合利用将起到越来越重要的作用，目前，风能和太阳能是最理想、最成熟的可再生能源，太阳能(solarenergy)，是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源，风能(windenergy)是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，由于风能和太阳能节能环保的特点使得风能和太阳能在生产生活中得到广泛的使用，但是风能和太阳能的利用受季节性、地域性的影响较大，使得风能和太阳能在使用过程中受到限制，从而大大降低了风能和太阳能的利用率，如果能够充分利用风和光的互补性，将风能和太阳能结合起来，则可以解决分散居民以及偏远地区居民的用电问题，近几年来，国内在风—光互补领域已经做了较全面的研究，一些地方已经开始使用风—光互补装置发电系统，然而风能和太阳能系统都存在一个共同的缺点:资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡，因而供电的可靠性不高。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足,本实用新型提供一种绿色环保型供电系统，将风-光-水互补实现了多种工作系统发电的功能，实现了用电和供电、储能之间的平衡，使供电连续性和可靠性得到很大的提高，降低了系统成本，经济利用能源的范围大幅度扩大，实现了“绿色发电工程”，节约了能源，保护了环境，符合可持续发展的需求，值得推广。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种绿色环保型供电系统，包括发电系统、能量交换平台、储能系统和整流逆变系统，所述能量交换平台、储能系统、整流逆变系统均由微机控制系统进行监控管理，在微机控制系统的控制下实现不同的工作模式；所述发电系统包括风力发电装置和太阳能发电装置；所述太阳能发电装置包括太阳能电池板和电池板支撑架，所述太阳能电池板设置在电池板支撑架上，所述电池板支撑架的底端设置有支撑底板，所述支撑底板的下表面设置有滑轮支座；所述整流逆变系统包括整流器和逆变器，且所述逆变器采用PWM型的正弦波逆变器，所述风力发电机通过电缆线与整流器连接在一起，所述整流器通过电线直接与能量交换平台连接；所述储能系统包括抽水蓄能装置和蓄电池组，所述抽水蓄能装置包括水轮机和抽水蓄能电机，所述抽水蓄能电机的传动轴与水轮机的转动轴连接在一起，所述抽水蓄能电机一端直接与风力发电机连接在一起，所述抽水蓄能电机另一端与用户用电连接在一起，所述蓄电池组与能量交换平台连接。

具体地，所述风力发电装置包括机箱、基座和管状的塔架，所述机箱和基座之间通过塔架连接，所述机箱内部设置有电机支座、风力发电机和齿轮箱，所述风力发电机和齿轮箱均设置在电机支座上，所述风力发电机和齿轮箱之间通过高速转轴连接，所述齿轮箱左侧连接有低速转轴，所述低速转轴左端延伸至机箱的外侧连接有四角形的轮毂，所述轮毂上均匀设置有四个叶片。

进一步地，所述滑轮支座上设置有万向滑轮，所述万向滑轮上设置有制动片，所述太阳能电池板包括电池片、TPT材质的背板和钢化玻璃层，所述背板的下表面设置有接线盒，所述接线盒通过密封胶固定粘合在背板下表面上，所述电池片设置在背板上表面，所述钢化玻璃层设置在电池片的上表面，所述电池片与背板之间、电池片与钢化玻璃层之间均通过EVA胶粘结在一起，所述背板与钢化玻璃层的边缘处设置有铝合金边框，所述铝合金边框与背板和钢化玻璃层的连接处、所述背板与接线盒的交界处均设置有硅胶垫。

进一步地，所述接线盒包括长方体形的盒体，所述盒体的内部设置有散热板，所述散热板上设置有若干金属片，所述金属片上设置有焊点和电缆接线孔，所述焊点通过焊条与太阳能电池板的正极或负极输出端焊接在一起，所述电缆接线孔通过电缆线与能量交换平台连接在一起。

再进一步地，所述电池板支撑架包括三边方形状的支撑框和底座，所述支撑底板设置在底座的下方，所述底座的上表面中心位置设置有转盘，所述转盘能够实现横向°旋转，所述转盘上设置有支架，所述支架包括上支架和下支架，所述上支架和下支架之间通过铰接销连接在一起，所述上支架的顶端与支撑框连接在一起，所述支撑框内设置有安装槽，所述安装槽用来安装太阳能电池板，所述支撑框的前后两侧面上均设置有卡扣，所述卡扣用来固定太阳能电池板，所述卡扣一端与支撑框铰连接在一起，所述卡扣的下表面设置有橡胶保护层。

更进一步地，所述机箱的内部设置有冷却装置，所述冷却装置包括风扇和若干半导体制冷片，所述风扇设置在风力发电机的正上方，且所述风扇通过风扇支座固定在机箱的内壁上，所述半导体制冷片设置在齿轮箱的内部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用风-光-水互补发电系统，提出了四种不同的工作模式，实现了太阳能和风能互补发电，在微机控制系统的控制下，通过合理配置太阳能和风能发电的装机容量，利用能量交换平台和储能系统，实现了供电和用电的平衡、供电和储能的平衡，同时还实现了在没有外部电网连接的情况下，也能够连续、可靠地为电力用户提供高质量的电能，满足负荷需求，整个设备采用绿色可再生的能源进行发电，减少了火力发电装机容量，进而降低了火力发电对环境的危害程度，提高了环保效益，再者，该复合式的绿色能源综合利用设备使得太阳能和风能的利用率大大提高，而且让人们对绿色能源和环境保护有了更进一步的认识，具有良好的经济效益，市场前景广阔，值得推广。

附图说明

图1为本实用新型总体结构示意图；

图2为本实用新型能量交换结构示意图；

图3为本实用新型风力发电装置结构示意图；

图4为本实用新型电池板支撑架结构示意图；

图5为本实用新型接线盒结构示意图；

图6为本实用新型太阳能电池板结构示意图；

图7为本实用新型第一种工作模式的示意图；

图8为本实用新型第二种工作模式的示意图；

图9为本实用新型第三种工作模式的示意图；

图10为本实用新型第四种工作模式的示意图。

图中：1-发电系统；101-风力发电装置；102-太阳能发电装置；103-太阳能电池板；104-电池板支撑架；1040-支撑框；1041-底座；1042-转盘；1043-支架；1044-上支架；1045-下支架；1046-铰接销；1047-安装槽；1048-卡扣；1049-橡胶保护层；105-支撑底板；106-滑轮支座；107-万向滑轮；108-制动片；109-电池片；110-背板；111-钢化玻璃层；112-接线盒；1120-盒体；1121-散热板；1122-金属片；1123-焊点；1124-电缆接线孔；113-EVA胶；114-铝合金边框；115-硅胶垫；116-机箱；1160-冷却装置；1161-风扇；1162-半导体制冷片；1163-风扇支座；117-基座；118-塔架；119-电机支座；120-风力发电机；121-齿轮箱；122-高速转轴；123-低速转轴；124-轮毂；125-叶片；2-能量交换平台；201-微机控制系统；3-储能系统；301-抽水蓄能装置；302-蓄电池组；303-水轮机；304-抽水蓄能电机；4-整流逆变系统；401-整流器；402-逆变器。

具体实施方式

如图1-图10所示，本实用新型提供了一种绿色环保型供电系统，包括发电系统1、能量交换平台2、储能系统3和整流逆变系统4，所述能量交换平台2、储能系统3、整流逆变系统4由微机控制系统201进行监控管理，在微机控制系统201的控制下实现四种不同的工作模式。

所述发电系统1包括风力发电装置101和太阳能发电装置102，所述太阳能发电装置102包括太阳能电池板103和电池板支撑架104，如图4和图6所示，所述太阳能电池板103设置在电池板支撑架104上，所述电池板支撑架104的底端设置有支撑底板105，所述支撑底板105的下表面设置有滑轮支座106，所述滑轮支座106上设置有万向滑轮107，所述万向滑轮107上设置有制动片108，万向滑轮107的设置使得太阳能发电装置102的位置可以随意移动，从而大大提升太阳能的利用率；所述太阳能电池板103包括电池片109、TPT材质的背板110和钢化玻璃层111，所述背板110的下表面设置有接线盒112，所述接线盒112通过密封胶固定粘合在背板110下表面上，所述电池片109设置在背板110上表面，所述钢化玻璃层111设置在电池片109的上表面，所述电池片109与背板110之间、电池片109与钢化玻璃层111之间均通过EVA胶113粘结在一起，所述背板110与钢化玻璃层111的边缘处设置有铝合金边框114，所述铝合金边框114与背板110和钢化玻璃层111的连接处、所述背板110与接线盒112的交界处均设置有硅胶垫115，硅胶垫115的设置起到了密封的作用，且使用硅胶作为密封材料，工艺简单、方便、易操作，而且成本较低。

如图4所示，所述电池板支撑架104包括三边方形状的支撑框1040和底座1041，所述支撑底板105设置在底座1041的下方，所述底座1041的上表面中心位置设置有转盘1042，所述转盘1042可做横向360°旋转，所述转盘1042上设置有支架1043，所述支架1043包括上支架1044和下支架1045，所述上支架1044和下支架1045之间通过铰接销1046连接在一起，所述上支架1044的顶端与支撑框1040连接在一起，所述下支架1045的底端与转盘1042固定在一起，所述支撑框1040内设置有安装槽1047，所述安装槽1047用来安装太阳能电池板103，从而使得太阳能电池板103安装方便，转盘1042的设置，使得太阳能电池板103可以随意改变受光角度，从而使得太阳能电池板103的聚光效果更好，使其对太阳能的利用率更高，所述支撑框1040的前后两侧面上均设置有卡扣1048，所述卡扣1048用来固定太阳能电池板103，所述卡扣1048一端与支撑框1040铰连接在一起，所述卡扣1048的下表面设置有橡胶保护层1049，橡胶保护层1049的设置用以保护太阳能电池板103，避免卡扣1048直接接触太阳能电池板103对其造成损伤，从而缩短了太阳能电池板103的使用寿命。

如图5所示，所述接线盒112包括长方体形的盒体1120，所述盒体1120的内部设置有散热板1121，所述散热板1121上设置有若干金属片1122，所述金属片1122上设置有焊点1123和电缆接线孔1124，所述焊点1123通过焊条与太阳能电池板103的正极或负极输出端焊接在一起，采用焊条将太阳能电池板103与接线盒112连接在一起，利用金属片1122代替传统的接线端子，简化了连接步骤，节省了接线盒112的制作工艺，所述电缆接线孔1124通过电缆线与能量交换平台2连接在一起。

所述太阳能发电装置102的工作原理为：利用光电效应实现光-电直接转换的方式，使用电池片109将太阳辐射能直接转换成电能，钢化玻璃层111一方面用以保护电池片109，另一方面起到聚光的作用，使得太阳能更好地照射到太阳能电池板103上，从而实现太阳能发电功能。

如图3所示，所述风力发电装置101包括机箱116、基座117和管状的塔架118，所述机箱116和基座117之间通过塔架118连接，所述机箱116和塔架118内部均为空心结构，所述机箱116内部设置有电机支座119、风力发电机120和齿轮箱121，所述风力发电机120和齿轮箱121均设置在电机支座119上，所述风力发电机120和齿轮箱121之间通过高速转轴122连接，所述齿轮箱121左侧连接有低速转轴123，所述低速转轴123左端延伸至机箱116的外侧并连接有四角形的轮毂124，所述轮毂124上均匀设置有四个叶片125。

如图3所示，所述机箱116的内部设置有冷却装置1160，所述冷却装置1160包括风扇1161和若干半导体制冷片1162，所述风扇1161设置在风力发电机120的正上方，且所述风扇1161通过风扇支座1163固定在机箱116的内壁上，所述风扇1161用来冷却风力发电机120，所述半导体制冷片1162设置在齿轮箱121的内部，所述半导体制冷片1162用来冷却齿轮箱121内部的油。

所述风力发电装置101的工作原理为：外界风力带动叶片125旋转，然后通过低速转轴123、齿轮箱121和高速转轴122将转矩传送到风力发电机120的传动轴上，实现转速大力提升的同时带动风力发电机120发电。

所述整流逆变系统4包括整流器401和逆变器402，且所述逆变器402采用PWM型的正弦波逆变器，正弦波逆变器的输出特性具有良好的负载能力，不仅可以为各种用电器供电，而且对其他电器设备没有很大的干扰，所述风力发电机120通过电缆线与整流器401连接在一起，所述整流器401通过电线直接与能量交换平台2连接，所述能量交换平台2通过整流逆变系统4实现对电能的统一整流和逆变，避免了风力发电装置101可能给用户用电带来的高次谐波、电压波动、三相电压及电流不平衡、比率偏差等问题，可以更好地满足用户负荷对电能质量的要求。

所述储能系统3包括抽水蓄能装置301和蓄电池组302，所述抽水蓄能装置301包括水轮机303和抽水蓄能电机304，所述抽水蓄能电机304的传动轴与水轮机303的转动轴连接在一起，所述抽水蓄能电机304一端直接与风力发电机120连接在一起，所述抽水蓄能电机304另一端与用户用电连接在一起，所述蓄电池组302与能量交换平台2连接，所述能量交换平台2解决了供电和用电不平衡的问题，降低了储能系统3的容量，使储能系统3只需弥补日负荷与日供电最大差额，降低了蓄电池组302在整个储能系统3容量中所占的比例，从而降低了整个系统的成本，所述蓄电池组302是由若干蓄电池串联组成，蓄电池的成本较高，对环境有一定的污染，为了防止蓄电池组302长期处于亏电状态，其容量不可能过大，但蓄电池具有快速充放电的优点，要保证用户用电的可靠性和连续性其容量也不能太小，抽水蓄能装置301环保经济，主要和风力发电装置101相配合，将风能转化成水的势能储存起来，在太阳能发电装置102和风力发电装置101不能满足用户供电的情况下，优先考虑抽水蓄能装置301发电。

工作流程如下：太阳能发电装置102输出的是直流电，而风力发电装置101输出的是交流电，通过整流逆变系统4的整流将风力发电装置101输出的交流电变换为直流电压后与太阳能发电装置102的输出电压共同汇合到能量交换平台2，再通过微机控制系统201对用户用电的波动和电源容量进行实时动态监控，由能量交换平台2统一负责调配，实现供用电的平衡。

所述能量交换平台2用以收集太阳能发电装置102产生的能量以及风力发电装置101产生的经整流器401整流的能量，然后通过微机控制系统201对用户用电波动和蓄电池组302容量的动态监测统一调度。能量交换平台2主要包括电能储存和电能分配两大部分，电能储存用于储存风力发电装置101经整流逆变系统4后产生的电能和太阳能发电装置102产生的电能，然后根据日照状况、风能密度、微机控制系统201对蓄电池组302的充电状况和用户用电需求实时监测来灵活地调节各部分对外供电的比例，使系统根据实际情况选用最优的工作模式，从而实现电能合理分配的功能，使效率、经济达到最优。

所述微机控制系统201以计算机为核心部件，通过控制器实现对不同工作模式的切换，实现用电和供电、储能之间的平衡，使供电连续性和可靠性大大提高

图7为第一种工作模式：包括太阳能发电装置102、风能发电装置101和能量交换平台2，能量交换平台2收集太阳能发电装置102和风力发电装置101产生的电能，经过逆变器402逆变后供给用户用电；风力资源和光资源在不同的季节、天气条件下分布不同，具有一定的互补性，充分利用风力发电装置101和太阳能发电装置102的互补性进行发电，可减少采用单一资源的电力供应不足或不平衡，分析用户用电的特征，通过风力发电装置101和太阳能发电装置102合理配置，可最大限度地符合用户用电的特征，实现长时间供用电平衡，这样既减少了蓄电池组302和抽水蓄能装置301的容量、降低了系统的成本，又缩短了储能系统3的工作时间，延长了设备的使用寿命，提高了经济效益。

图8为第二种工作模式：包括太阳能发电装置102、风能发电装置101、能量交换平台2和蓄电池组302，能量交换平台2收集太阳能发电装置102和风力发电装置101产生的电能，能量交换平台2将一部分能量存储至蓄电池组302中，另一部分经逆变器402逆变后供给用户用电；利用蓄电池组302充放电电压等值于太阳能发电装置102、风力发电装置101整流后的电压这一特性，蓄电池组302与能量交换直流平台2直接相连，减少了整流逆变设备投资，当太阳能发电装置102、风力发电装置101的总量大于负荷用电，并且太阳能发电装置102有较多余量时，通过微机控制系统201切换到该模式下使图1中的线路④导通，能量交换平台2直接对蓄电池组302进行充电，把多余的太阳能以电能的形式储存下来；当太阳能发电装置102、风力发电装置101的总量小于负荷用电，并且负荷用电突然变化，变化量又较大时，微机控制系统201可使图1中的线路⑤导通，利用蓄电池组302补充亏损的电能，系统仍然可以稳定运行，对用户不间断供电，可保证供电的可靠性。

图9为第三种工作模式：包括太阳能发电装置102、风力发电装置101、能量交换平台2和抽水蓄能装置301,所述抽水蓄能装置301产生的能量和能量交换平台2收集到的经逆变器402逆变后的能量均供给用户用电，所述抽水蓄能装置301产生的能量还可经过整流器401汇总到能量交换平台2后再供给用户用电；当太阳能发电装置102、风力发电装置101总量与负荷用电不平衡，而能量交换平台2监测到负荷波动较小时，可以启动抽水蓄能装置301开闸放水，由水轮机303带动抽水蓄能电机304作发电机运行，把水库中水的位能转化成电能来填补负荷的波动，由于水轮机303发电电压、频率稳定，使得抽水蓄能电机304抽水所产生的电能可以直接供给负荷用电，如图9中线路②；也可以通过整流汇总到能量交换平台2再对负荷进行供电，如图9中线路①，保证了电能的质量和连续性。

图10为第四种工作模式：包括太阳能发电装置102、风力发电装置101、能量交换平台2和抽水蓄能装置301，所述风力发电装置101输出的交流电一部分输送给能量交换平台2，然后经逆变器402逆变后供用户用电，另一部分直接带动抽水储能电装置301工作；当太阳能发电装置102、风力发电装置101的总量大于负荷用电，并且风力发电装置101有较多余量时，通过微机控制系统201可使风力发电装置101输出的交流电直接带动抽水蓄能装置301，把下游的水抽到上游水库，把多余的风能以水势能的形式储存下来，该过程不经过整流逆变系统4，既减轻了线路负荷、减少了线路损耗，又削弱了电压的波动，同时可以提高风力发电机120的切出风速，有效地提高了风能利用的效率。

除上述四种工作模式外，如图1，线路②导通，抽水蓄能装置301的水轮机303由负荷侧供电而启动抽水，作为负荷使能量均衡；当逆变器402发生故障时，可以使图1中的①、③线路导通，实现风能-电能-水能-电能转化过程，在故障状态下仍能保证供电的可靠性，多种工作模式相互配合、灵活切换，实现了能量的充分利用，降低系统成本，使风—光—水互补发电系统更为安全、可靠，电能质量更好。

本实用新型的主要特点在于，采用风-光-水互补发电系统，提供了四种不同的工作模式，实现了太阳能和风能互补发电，在微机控制系统的控制下，通过合理配置太阳能和风能发电的装机容量，利用能量交换平台和储能系统，实现了供电和用电的平衡、供电和储能的平衡，同时还实现了在没有外部电网连接的情况下，也能够连续、可靠地为电力用户提供高质量的电能，满足负荷需求，整个设备采用绿色可再生的能源进行发电，减少了火力发电装机容量，进而降低了火力发电对环境的危害程度，提高了环保效益，再者，该复合式的绿色能源综合利用设备使得太阳能和风能的利用率大大提高，而且让人们对绿色能源和环境保护有了更进一步的认识，具有良好的经济效益，市场前景广阔，值得推广。