CN111422308A - 一种波浪能太阳能组合供电浮标及供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波浪能太阳能组合供电浮标及供电方法，浮标体顶部安装有气象支撑架，气象支撑架上分别安装有气象平台和太阳能板，浮标体的底部安装有水下支撑腿，水下支撑腿的底部连接有锚链；浮标体上设有水位井，水位井内壁上安装有形成磁场的永磁体，水位井内放置有浮球，浮球包括浮球体及线圈，线圈安装于浮球体内，线圈的正极及负极分别由浮球体穿出、并与安装在浮标体上的蓄电池模块相连，太阳能板的正、负极分别与蓄电池模块相连。本发明具有太阳能供电与波浪能供电两种供电方式，无论是阳光充足但波浪较小的天气，还是遇到持续阴雨天气，都可以为蓄电池模块供电，为整套浮标观测***提供能量来源，保证浮标的安全稳定运行。

Description

一种波浪能太阳能组合供电浮标及供电方法
技术领域
本发明属于海洋科学观测浮标领域，具体地说是一种波浪能太阳能组合供电浮标及供电方法。
背景技术
海洋观测是海洋科学研究的基础，也是全球海洋科技竞争的重要发力点。长期以来，国际海洋组织和海洋强国十分重视海洋观测技术发展和海洋观测体系建设。近年来我国也着力推进海洋观测技术的发展。通过开展多层次、多维度、多空间的智能协同，推动互联、一体化立体感知关键技术与装备研发，实现对区域海洋的定点、连续、实时观测，获取长期、充足的观测数据，提高海洋信息获取、分析和预报能力。
海洋观测浮标执行观测任务的站位通常离岸较远，因此能源供给技术成为关键的核心问题。目前，国际上普遍应用的海洋资料浮标大多数采用太阳能供电方式。但是当阴雨天气较长时，太阳能板转换效率下降，供电严重不足，尤其是我国长江口—东海海域每年春天经常会遇到持续几个周甚至一个月的连续阴雨天，对浮标供电和***运行造成了严重的影响。
发明内容
为了解决长期阴雨天对浮标能源供给的影响，保证浮标的安全稳定运行，本发明的目的在于提供一种波浪能太阳能组合供电浮标及供电方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的供电浮标包括气象平台、气象支撑架、浮球、浮标体、蓄电池模块、水下支撑腿、锚链、太阳能板及永磁体，其中浮标体顶部安装有气象支撑架，该气象支撑架上分别安装有气象平台和太阳能板，所述浮标体的底部安装有水下支撑腿，该水下支撑腿的底部连接有锚链；所述浮标体上设有水位井，该水位井内壁上安装有形成磁场的永磁体，所述水位井内放置有浮球，该浮球包括浮球体及线圈，所述线圈安装于所述浮球体内，该线圈的正极及负极分别由所述浮球体穿出、并与安装在所述浮标体上的蓄电池模块相连，所述太阳能板的正、负极分别与所述蓄电池模块相连。
其中：所述水位井沿浮标体高度方向贯穿设置，所述浮球漂浮在该水位井内的水面上，随波浪上下运动，所述浮球内的线圈切割所述永磁体的磁感线形成磁生电，产生电能。
所述水位井的上端可拆卸地安装有上限位挡板，该水位井的下端可拆卸地安装有下限位挡板，所述上限位挡板及下限位挡板限制浮球脱离浮标体。
所述上限位挡板及下限位挡板的一端分别可拆卸地连接于水位井上，另一端均向内倾斜，该上限位挡板及下限位挡板另一端的端口均小于所述浮球的直径。
所述下限位挡板向内倾斜的另一端与水位井之间设有防止杂物进入水位井内的延伸段。
所述蓄电池模块包括蓄电池和太阳能控制器，该蓄电池的正负极、太阳能板的正负极、线圈的正负极均与所述太阳能控制器相连。
所述浮标体上还开设有水下观测井，该水下观测井内安装有水文水质观测传感器，所述水文水质观测传感器通过安装于浮标体上的数据采集控制器与所述太阳能控制器相连。
所述水下观测井为多个，沿圆周方向均匀设置在所述浮标体的边缘位置。
所述线圈的正极由浮球体的顶部伸出，并在伸出位置情形所述浮球体水密连接；所述线圈的负极由浮球体的底部伸出，并在伸出位置情形所述浮球体水密连接。
本发明波浪能太阳能组合供电浮标的供电方法，分为太阳能供电、波浪能供电、组合供电及蓄电池供电，其中：
太阳能供电：通过所述太阳能板吸收太阳能并转化为电能，为所述蓄电池模块充电，再由该蓄电池模块为浮标***的观测运行供电；
波浪能供电：所述浮球在水位井内随浮标体的摇摆晃动和/或波浪的起伏发生上下运动，该浮球内的线圈切割所述永磁体磁感线产生电能，为所述蓄电池模块充电，再由该蓄电池模块为浮标***的观测运行供电；
组合供电：通过所述太阳能板吸收太阳能并转化为电能，为所述蓄电池模块充电；同时，所述浮球在水位井内随浮标体的摇摆晃动和/或波浪的起伏发生上下运动，该浮球内的线圈切割所述永磁体磁感线产生电能，为所述蓄电池模块充电；再由该蓄电池模块为浮标***的观测运行供电；
蓄电池供电：通过所述蓄电池模块存储的电能为浮标***的观测运行供电。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明具有太阳能供电与波浪能供电两种供电方式，无论是阳光充足但波浪较小的天气，还是遇到长时间持续阴雨天气，都可以为蓄电池模块充电，为整套浮标观测***提供能量来源，避免浮标观测***受天气的影响，保证浮标的安全稳定运行。
2.本发明在水位井的上下两端均设置了限位用挡板，既可防止浮球脱离浮标体，还可避免海水中杂物进入到水位井内，对水位井起到了很好的保护作用。
附图说明
图1为本发明供电浮标的结构剖视图；
图2为本发明供电浮标中浮标体的结构俯视图；
图3为本发明供电浮标中浮球的内部结构示意图；
其中：1为气象平台，2为气象支撑架，3为浮球，301为浮球体，302为线圈，303为正极，304为负极，4为浮标体，5为蓄电池模块，6为水下观测井，7为水下支撑腿，8为锚链，9为太阳能板，10为上限位挡板，11为数据采集控制器，12为永磁体，13为水位井，14为下限位挡板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～3所示，本发明的供电浮标包括气象平台1、气象支撑架2、浮球3、浮标体4、蓄电池模块5、水下支撑腿7、锚链8、太阳能板9、数据采集控制器11及永磁体12，其中浮标体4顶部安装有气象支撑架2，该气象支撑架2上分别安装有气象平台1和太阳能板9，浮标体4的底部安装有水下支撑腿7，该水下支撑腿7的底部连接有锚链8；浮标体4上设有水位井13，该水位井13内壁上安装有形成磁场的永磁体12，水位井13内放置有浮球3，该浮球3包括浮球体301及线圈302，线圈302安装于浮球体301内，该线圈302的正极303及负极304分别由浮球体301穿出、并与安装在浮标体4上的蓄电池模块5相连，太阳能板9的正、负极分别与蓄电池模块5相连。
本实施例的气象平台1为圆形结构，用于搭载海洋观测浮标各气象传感器、通讯天线、雷达反射器等装置的载体平台。
气象支撑架2为多根，沿浮标体4的圆周方向均布。本实施例的气象支撑架2采用四根同样尺寸的角钢，以浮标体4的轴向中心线为圆形呈90度分布，用于支撑气象平台1和太阳能板9。
本实施例的水位井13的上端可拆卸地安装有上限位挡板10，该水位井13的下端可拆卸地安装有下限位挡板14，上限位挡板10及下限位挡板14限制浮球3脱离浮标体4。本实施例的上限位挡板10及下限位挡板14的一端分别可拆卸地连接于水位井13上，另一端均向内倾斜，该上限位挡板10及下限位挡板14另一端的端口均小于浮球3的直径。上限位挡板10可防止浮球3从水位井13的上部跳出。下限位挡板14向内倾斜的另一端与水位井13之间设有延伸段，下限位挡板14可防止浮球3从水位井13的下部脱离浮标，并且对海上漂流的木头、渔网、塑料等杂物进入水位井13也起到了很好的防护作用。
本实施例的浮球3为主要发电装置，安放于水位井13内；水位井13沿浮标体4高度方向贯穿设置，浮球3漂浮在水位井13内的水面上，由于上限位挡板10和下限位挡板14的约束，只能在水位井13内随波浪进行上下运动，浮球3内的线圈302切割永磁体12形成的稳定磁场，磁生电产生电能。本实施例的浮球体301采用硬质材料(如塑料)，内部形成水密的腔体，保护线圈302等内部结构；线圈302采用金属线圈(如铜线圈)，切割磁感线形成磁生电。正极303由线圈302一端接触，由浮球体301的顶部伸出，伸出位置采用水密处理，接入浮标体4内的蓄电池模块5。负极304由线圈302另一端接触，由浮球体301的下部伸出，伸出位置采用水密处理，接入浮标体4内的蓄电池模块5。
本实施例的浮标体4为整套装置提供浮力和搭载平台，属于主要结构体，由固体浮力材料组成；浮标体4的中间镂空、设水位井13，水位井13位于浮标体中心，上下通透，水位井13内的水线面与浮标舷外水线相同，由于浮标体4在波浪作用下发生垂荡、摇摆等不规则运动，导致浮球3在水位井13内进行随波浪的上下运动。水位井13内径尺寸大于浮球3的外径，使浮球3可以在水位井13内自由上下运动。本实施例的永磁体12安装于水位井13侧壁，在水位井13内形成稳定的磁场。
在水位井13***设水下观测井6，水下观测井6为多个，沿圆周方向均匀设置在浮标体4的边缘位置。水下观测井6内设水文水质观测传感器，获取水温、盐度、浊度、叶绿素等水文水质实时观测数据，水文水质观测传感器通过安装于浮标体4上的数据采集控制器11与太阳能控制器相连。本实施例的水下观测井6为三个，以浮标体4的轴向中心线为中心呈120度均匀分布。
本实施例的蓄电池模块5包括蓄电池和波浪能太阳能互补控制器，蓄电池为存储电能使用，波浪能太阳能互补控制器连接蓄电池的正负极、太阳能板9的正负极、线圈302的正负极和浮标观测***中需要供电的各负载设备的正负极；本实施例的波浪能太阳能互补控制器为市购产品，品牌为德莘，型号为DHS-GPI-12V，主要作用是保证给配载设备提供稳定的电压，并防止蓄电池充电式向波浪发电端或太阳能板端倒流的危险，保证设备运行稳定。
水下支撑腿7为多根，沿浮标体4的圆周方向均布。本实施例的水下支撑腿7采用四根同样尺寸的角钢结构，以浮标体4的轴向中心线为圆形呈90度分布，连接浮标体4和锚链8。本实施例的锚链8为浮标的系泊结构件。
本实施例的太阳能板9为浮标***能源供给之一，在阳光充足的天气下，太阳能板9将太阳能转换为电能。太阳能板9固定于气象支撑架2之间，并与蓄电池模块5连接。
本实施例的数据采集控制器11安装于浮标体4内，控制整套浮标观测***采集数据，并将观测数据实时发送至岸站的数据接收中心，供科学研究使用。
本发明波浪能太阳能组合供电浮标的供电方法分为太阳能供电、波浪能供电、组合供电及蓄电池供电，其中：
太阳能供电：当阳光充足时，且海平面波浪较小，浮标运动不明显时，水位井内的水位变化不足以推动浮球上下运动时，通过太阳能板9吸收太阳能并转化为电能，为蓄电池模块5充电，再由该蓄电池模块5为浮标***的观测运行供电；
波浪能供电：当遇到持续阴雨天气，太阳能强度较弱，海平面波浪稍微明细，导致浮标发生摇摆和晃动；浮球3在水位井13内随浮标体4的摇摆晃动和/或波浪的起伏发生上下运动，该浮球3内的线圈302切割永磁体12磁感线产生电能，为蓄电池模块5充电，再由该蓄电池模块5为浮标***的观测运行供电；
组合供电：阳光充足且波浪较大时，太阳能和波浪能同时为***供电，即通过太阳能板9吸收太阳能并转化为电能，为蓄电池模块5充电；同时，浮球3在水位井13内随浮标体4的摇摆晃动和/或波浪的起伏发生上下运动，该浮球3内的线圈302切割永磁体12磁感线产生电能，为蓄电池模块5充电；再由该蓄电池模块5为浮标***的观测运行供电；
蓄电池供电：当阳光不足，且波浪较小时，通过蓄电池模块5存储的电能为浮标***的观测运行供电，本实施例可通过蓄电池模块5存储电能供浮标观测***使用30天。

Claims (10)

1.一种波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：包括气象平台(1)、气象支撑架(2)、浮球(3)、浮标体(4)、蓄电池模块(5)、水下支撑腿(7)、锚链(8)、太阳能板(9)及永磁体(12)，其中浮标体(4)顶部安装有气象支撑架(2)，该气象支撑架(2)上分别安装有气象平台(1)和太阳能板(9)，所述浮标体(4)的底部安装有水下支撑腿(7)，该水下支撑腿(7)的底部连接有锚链(8)；所述浮标体(4)上设有水位井(13)，该水位井(13)内壁上安装有形成磁场的永磁体(12)，所述水位井(13)内放置有浮球(3)，该浮球(3)包括浮球体(301)及线圈(302)，所述线圈(302)安装于所述浮球体(301)内，该线圈(302)的正极(303)及负极(304)分别由所述浮球体(301)穿出、并与安装在所述浮标体(4)上的蓄电池模块(5)相连，所述太阳能板(9)的正、负极分别与所述蓄电池模块(5)相连。
2.根据权利要求1所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述水位井(13)沿浮标体(4)高度方向贯穿设置，所述浮球(3)漂浮在该水位井(13)内的水面上，随波浪上下运动，所述浮球(3)内的线圈(302)切割所述永磁体(12)的磁感线形成磁生电，产生电能。
3.根据权利要求1所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述水位井(13)的上端可拆卸地安装有上限位挡板(10)，该水位井(13)的下端可拆卸地安装有下限位挡板(14)，所述上限位挡板(10)及下限位挡板(14)限制浮球(3)脱离浮标体(4)。
4.根据权利要求3所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述上限位挡板(10)及下限位挡板(14)的一端分别可拆卸地连接于水位井(13)上，另一端均向内倾斜，该上限位挡板(10)及下限位挡板(14)另一端的端口均小于所述浮球(3)的直径。
5.根据权利要求4所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述下限位挡板(14)向内倾斜的另一端与水位井(13)之间设有防止杂物进入水位井(13)内的延伸段。
6.根据权利要求1所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述蓄电池模块(5)包括蓄电池和太阳能控制器，该蓄电池的正负极、太阳能板(9)的正负极、线圈(302)的正负极均与所述太阳能控制器相连。
7.根据权利要求6所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述浮标体(4)上还开设有水下观测井(6)，该水下观测井(6)内安装有水文水质观测传感器，所述水文水质观测传感器通过安装于浮标体(4)上的数据采集控制器(11)与所述太阳能控制器相连。
8.根据权利要求7所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述水下观测井(6)为多个，沿圆周方向均匀设置在所述浮标体(4)的边缘位置。
9.根据权利要求1所述的波浪能太阳能组合供电浮标，其特征在于：所述线圈(302)的正极(303)由浮球体(301)的顶部伸出，并在伸出位置情形所述浮球体(301)水密连接；所述线圈(302)的负极(304)由浮球体(301)的底部伸出，并在伸出位置情形所述浮球体(301)水密连接。
10.一种权利要求1至9任一权利要求所述波浪能太阳能组合供电浮标的供电方法，其特征在于：分为太阳能供电、波浪能供电、组合供电及蓄电池供电，其中，
太阳能供电：通过所述太阳能板(9)吸收太阳能并转化为电能，为所述蓄电池模块(5)充电，再由该蓄电池模块(5)为浮标***的观测运行供电；
波浪能供电：所述浮球(3)在水位井(13)内随浮标体(4)的摇摆晃动和/或波浪的起伏发生上下运动，该浮球(3)内的线圈(302)切割所述永磁体(12)磁感线产生电能，为所述蓄电池模块(5)充电，再由该蓄电池模块(5)为浮标***的观测运行供电；
组合供电：通过所述太阳能板(9)吸收太阳能并转化为电能，为所述蓄电池模块(5)充电；同时，所述浮球(3)在水位井(13)内随浮标体(4)的摇摆晃动和/或波浪的起伏发生上下运动，该浮球(3)内的线圈(302)切割所述永磁体(12)磁感线产生电能，为所述蓄电池模块(5)充电；再由该蓄电池模块(5)为浮标***的观测运行供电；
蓄电池供电：通过所述蓄电池模块(5)存储的电能为浮标***的观测运行供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112193367A (zh) * 2020-10-20 2021-01-08 孙璐 一种高警示性海上节能浮标
RU202693U1 (ru) * 2020-11-26 2021-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) Вибрационный привод волновой электростанции
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