森林防火太阳能供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了森林防火太阳能供电系统,包括太阳能电池阵列组件(2)、太阳能充放电控制器、蓄电池组(4)、太阳能逆变器(5)，其特征在于：所述太阳能电池阵列组件(2)电连接太阳能充放电控制器(3)，所述太阳能充放电控制器(3)电连接蓄电池组(4)，所述蓄电池组(4)电连接太阳能逆变器(5)。它可实现为远程视频监测系统设备全地域、全天候，7X24小时实时、有效监控和预警森林火灾是提供有效的电能系统保障。
【专利说明】森林防火太阳能供电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能【技术领域】，特别涉及一种太阳能应用系统，更具体说是森林防火太阳能供电系统。
【背景技术】
[0002]森林具有空气净化、固土保水、维持生态平衡、提供生产资源的作用。近年来，我国沙尘暴频发，荒漠化不断加剧，这与森林遭到破坏有着密切的联系。每年，全球会发生一定数量的森林火灾。森林火灾具有突发性、不确定性、短时间造成巨大毁坏的特点，如何有效预警森林火灾是人类一直面临的问题。
[0003]最初，人类采用建瞭望塔，用人工瞭望的方式预警森林火灾，这种方式，只能发现较大的林火；后来，对高森林火险等级的林区，采用空中巡航预警，空中巡航成本昂贵，加上巡航受气候、昼夜等因素影响较大，不能7X24小时担当监测任务，由于空中巡航距地表的距离远，也同样很难发现隐火或者小火；目前，我国一些大的林区已普遍采用卫星监测，但卫星远离地球表面和火情发生区域，其对温度的分辨率通常只在1000平米左右，很难发现有可能引发森林大火的隐火和小火。
[0004]近年来，随着通信技术和计算机处理系统的快速进步，出现了基于网络摄像机的远程视频监测系统，来实现实时监控和预警森林火灾。安装了远程视频监测系统的地方就成为森林防火的一个监控点，一个监控点，通常可以监控9万亩左右的森林范围，监控点与监控点之间的距离相对比较远。林区防火监控点的布局基本是布点多距离远。
[0005]安置在林区的远程视频监测系统的设备是用电来驱动的。采用高压线路加变压器的方式来对监控点的设备进行供电，虽然电流传输过程中损耗小，不过林区施工相当困难，高压线路和配套设备的成本高昂，加上高压线路故障也可能引发森林火灾,一旦引发灾情非常严重。
[0006]目前，远程视频监测系统采用单一的大容量电池供电，由于林区的自然环境相对恶劣许多，电池的实际使用寿命和供电能力仅为理想工作状态的五分之一。林区地处偏僻，交通条件极为不便，电池的更换和维护成本高。
[0007]为了确保远程视频监测系统能实时为监控中心提供监控数据，就需要一套能自主发电、有效储存电能、安装维护简单的电能系统，给远程视频监测系统的设备提供充足的电源。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术在为远程视频监测系统的设备提供电源时，采用高压线路加变压器的方式没有经济可行性、安全性不高，采用单一的大容量电池供电，电池寿命和供电能力严重不足，同时维护困难、维护成本高的技术缺陷，本发明提供森林防火太阳能供电系统。
[0009]为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案: 森林防火太阳能供电系统，包括太阳能电池阵列组件、太阳能充放电控制器、蓄电池组、太阳能逆变器，所述太阳能电池阵列组件电连接太阳能充放电控制器，所述太阳能充放电控制器电连接蓄电池组，所述蓄电池组电连接太阳能逆变器。
[0010]本系统投入应用时，在光照条件下，系统的太阳能电池吸收光能，将光能转化为电能，太阳能电池的两端出现异号电荷，随着日照时间的增加，太阳能电池两端的异号电荷逐渐累积，太阳能电池的电动势也随之提高。太阳能电池阵列组件是由多个太阳能电池通过串行或者并行连接起来，其所产生的电能也是每个电池产生电能的累加。当太阳能电池阵列组件的输出电压达到系统设定的输入电压的要求，且高于蓄电池组的当前电压时，太阳能充放电控制器进入工作模式，开始对蓄电池组进行充电。蓄电池组的电压低于直充保护点电压时，太阳能充放电控制器采用直充模式进行充电，当蓄电池组的电压高于直充保护点电压时，太阳能充放电控制器结束直充模式，停止充电；静置一段时间后，蓄电池组的电压自然下落，当下落到恢复电压时，太阳能充放电控制器进入均充模式，对蓄电池组进行充电，均充的目的，是使每个可充电电池端电压具有均匀一致性；当均充电压高于保护点电压时，太阳能充放电控制器结束均充模式，停止充电；静置一段时间后，蓄电池组的电压自然下落，当下落到维护电压时，太阳能充放电控制器进入浮充模式，采用小电流充电，蓄电池组电压一低就充上一点。当蓄电池组的输出功率达到太阳能逆变器工作所需的输出功率，太阳能逆变器进入工作模式，向远程视频监测系统的设备供电，远程视频监测系统开始实时向远端的监控中心提供视频图像数据。
[0011 ] 可根据所在监控点的日照条件灵活配置太阳能电池阵列组件和蓄电池组，日照时间短的监控点，配置容量较大的蓄电池组和更多太阳能电池组成的太阳能电池阵列组件，即便经历长时间的阴雨天，太阳能电源单元也能为设备提供充足的动力；日照时间长的监控点，配置合适的太阳能电池阵列组件和蓄电池组，实现有效、经济的对监控点的远程视频监测系统的设备供电。电源系统的这种稳定、持续、可靠的供电模式，使远程视频监测系统的设备有能力对林区实现7X24小时全天候的监控。
[0012]为了更好的适应林区监控点千差万别的日照条件，增加太阳能电池阵列组件升级换代和日常维护的方便性和可操作性，确保太阳能电池阵列组件在林区环境下工作稳定，设备安全、可靠，作为优选，所述的太阳能电池阵列组件(2)包括多个太阳能板，所述太阳能板之间通过并联连接，太阳能电池阵列组件输出端的负极接公共地。
[0013]以上是对森林防火太阳能供电系统供电装置供电能力、安全性和可维护性的进一步改进。采用行列太阳能板之间通过并联连接来组成太阳能阵列组件，可根据监控点的日照条件轻松扩容或者减容，出现故障后只需要更换故障太阳能板就能继续发电，维护简单，方便；这种方式可以更好地适应监控点复杂的地理环境，充分利用监控点的日照条件，确保太阳能电池阵列组件为蓄电池组提供充足的电能；采用太阳能电池阵列组件输出端的负极接公共地，这样能确保设备，设备接触人员的安全性，同时在一定程度上降低雷击造成的损失。
[0014]为了确保太阳能电池阵列组件能适应林区复杂的光照条件，具有很强的野外适应能力，作为优先，所述的太阳能板，包括多个太阳能电池串、多个旁路二极管，所述太阳能电池串并联连接成太阳能板，每个太阳能电池串并联一个旁路二极管。
[0015]以上是对森林防火太阳能供电系统供电装置安全性的进一步改进。太阳能电池板采用太阳能电池串和旁路二极管并联连接，可有效防止热斑效应，提高太阳能电池阵列组件的工作质量，增加可靠性和延长使用寿命。在林区安装太阳能发电装置，由于日照的角度，飞鸟的经过，树叶的落下，在太阳能电池阵列组件上形成了阴影，由于局部阴影的存在，太阳能电池阵列组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化，其结果使太阳能电池阵列组件局部电流与电压之积增大，从而在这些太阳能电池阵列组件上产生了局部温升，这就是热斑效应，若热斑效应产生的温度超过了一定极限将会使太阳能电池阵列组件上的焊点熔化并毁坏栅线，从而导致整个太阳能电池阵列组件的报废；
为了确保太阳能板具有较强的供电能力，作为优先，所述的太阳能电池串，包括多个太阳能电池，所述太阳能电池串接成太阳能电池串。
[0016]以上是对森林防火太阳能供电系统供电能力的进一步改进。单片电池片的发电效率是非常低的，一片电池片的功率只有3W多，远远不能满足供电需求，将多片电池片串联起来，可以达到所需的功率，电流、电压，为设备提供正常的电能供应。
[0017]为了提高太阳能电池组件的光电转换率，增加其在恶劣的野外环境的使用寿命，作为优选，所述的太阳能电池为单晶硅太阳能电池。
[0018]以上是对森林防火太阳能供电系统发电装置供电能力和环境适应能力的进一步改进。采用单晶硅太阳能电池，其光电转换率在16.5%以上，比其他晶体硅太阳能电池的光电转换率要高不少，高光电转换率可以弥补监控点由于日照角度，树林阴影造成的日照时间相对不足。采用单晶硅太阳能电池，其使用寿命比其他的晶体硅太阳能电池长，一般可达25年，坚固耐用，可抵抗各种恶劣天气条件，包括剧烈的温差变化、潮湿、强风以及冰雹的撞击。
[0019]为了方便蓄电池组扩展容量，同时易于维护，作为优先，所述的蓄电池组包括多个可充电电池、电池箱，所述可充电电池串或并联连接成蓄电池组，所述可充电电池行列排列设置在电池箱内。
[0020]以上是对森林防火太阳能供电系统蓄电装置容量可扩展性和可维护性的进一步改进。采用多个可充电电池，行列排列，通过串并联组成蓄电池组，它具有结构简单、紧凑，组件模块化的特点，可通过增加或减少可充电电池的数量，就能实现蓄电池组扩展容量，或者减少容量，工作人员可以根据每个监控点的太阳能电池阵列组件的输出功率，远程视频监测系统的设备的输入功率需求，自由的调配蓄电池组的容量；这种组件模块化的设计，在后期维护中，只需要更换作状态不良的组件，就可以让蓄电池组继续储存和提供电能，对交通极为不便，维护成本很高的野外林区，非常简便、实用；采用蓄电池组输出端的负极接公共地，这样能确保设备，设备接触人员的安全性，同时在一定程度上降低雷击造成的损失。
[0021]为了确保蓄电池组及时、有效地将太阳能电池阵列组件产生的电能储存起来，为远程视频监控系统提供充足的电能，作为优选，所述的可充电电池为免维护阀控式密封铅酸蓄电池、镍氢充电电池、锂离子充电电池中的任意一项。
[0022]以上是对森林防火太阳能供电系统蓄电装置环境适应能力的进一步改进。采用免维护阀控式密封铅酸蓄电池作为可充电电池，它具有内阻小、低温起动性能好，极板抗过充电能力强、耐高温长寿命、无污染、免维护、安全可靠、成本低廉等特点，极板抗过充电能力强，有利于提高蓄电池组的直充承受能力，快速将太阳能电池阵列组件的电能存储到蓄电池组中，快速降低太阳能电池阵列组件的端电压有利于提高太阳能电池阵列组件的安全性和使用寿命。低温起动性能好、耐高温长寿命，使蓄电池组适应林区恶劣的工作环境。免维护、安全可靠，可以减少后期的维护成本；采用免维护阀控式密封铅酸蓄电池制造的蓄电池组，适用于日光充足的监控点；采用镍氢充电电池作为可充电电池，它具有抗过充能力强、可快速充放电，针对直充、均充、浮充三种充电模式进行了优化设计等特点，采用镍氢充电电池制造的蓄电池组，具有很好的直充承受能力，可快速将太阳能电池阵列组件的电能存储到蓄电池组中，快速降低太阳能电池阵列组件的端电压有利于提高太阳能电池阵列组件的安全性和使用寿命；镍氢充电电池针对直充、均充、浮充三种充电模式进行了优化设计，使蓄电池组和太阳能充放电控制器配合度高；采用镍氢充电电池制造的蓄电池组，适用于阴晴天气变化比较大、可能会出现长时间阴雨天的监控点；采用锂离子充电电池作为可充电电池，它具有可快速充放电，能量密度大，无记忆效应、身薄、平均输出电压高等特点，可快速充放电，能量密度大，可快速将太阳能电池阵列组件的电能存储到蓄电池组中，快速降低太阳能电池阵列组件的端电压有利于提高太阳能电池阵列组件的安全性和使用寿命，同时向远程视频监控系统的设备提供充足的电能；无记忆效应，平均输出电压高，可保证蓄电池组，具有稳定的工作质量；不过锂离子充电电池抗过充能力弱，高温和低温工作环境下的工作稳定性弱；采用锂离子充电电池制造的蓄电池组，适用于阴晴天气变化比有规律、分布均匀的的林区。
[0023]为了更好地了解太阳能充放电控制器运行状态，确保设备安全可靠，作为优先，所述的太阳能充放电控制器内置一个后备电池，太阳能充放电控制器输出端的负极接公共地。
[0024]以上是对森林防火太阳能供电系统充电装置野外安全性的进一步改进。采用内置一个后备电池，掉电不丢失时间设置，这样可以保证太阳能充放电控制器有完整、正确的日志文件，方便监测设备的运行状态；采用太阳能充放电控制器输出端的负极接公共地，这样能确保设备，设备接触人员的安全性，同时在一定程度上降低雷击造成的损失。
[0025]为了确保太阳能逆变器在野外工作时安全可靠，作为优先，述的太阳能逆变器输出端的负极接公共地。
[0026]以上是对森林防火太阳能供电系统供电装置野外安全性的进一步改进。这样能确保设备和设备接触人员安全，同时在一定程度上降低雷击造成的损失。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
由于采用分布地域广、最环保、可再生的太阳能自主发电，只要有立柱即可完成安装，布线简单，实施性极强，系统建成后，除了简单的维护费，基本不产生其他的费用，运行成本极其低廉；又由于太阳能电池阵列组件和蓄电池组采用行列排列，串并联模块化设计，只需增加或者减少组件模块，就可以实现容量扩充或者调整，在后期维护中，更换工作状态不良的组件，就可以实现有效的维修，极大地降低维护成本，提高维护效率，保证了电能系统可靠，安全稳定地运转，这点对地处高山林区，交通不便的森林防火监控点尤为重要；再由于本发明提供三种针对不同林区自然条件的蓄电池组方案，每个方案在对应的林区环境下都能提供最优、最可靠、最稳定的电能系统给监控点的远程视频监测系统供电。更由于本发明采用系统化、模块化的设计理念，太阳能电池阵列组件、太阳能充放电控制器、蓄电池组、太阳能逆变器各个子系统之间匹配性极强；最终实现为远程视频监测系统设备全地域、全天候，7X24小时实时、有效监控和预警森林火灾是提供有效的电能系统保障。【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明的施拓扑图。
[0029]图中附图标记分别表示为:1-远程视频监测系统，2-太阳能电池阵列组件，3-太阳能充放电控制器，4-蓄电池组，5-太阳能逆变器。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步阐述，本发明的实施例不限于此。
[0031]实施例一:
如图1所示，本发明，太阳能电池阵列组件2、太阳能充放电控制器、蓄电池组4、太阳能逆变器5，所述太阳能电池阵列组件2电连接太阳能充放电控制器3，所述太阳能充放电控制器3电连接蓄电池组4，所述蓄电池组4电连接太阳能逆变器5。
[0032]本发明组件的具体参数为:远程视频监测系统设备的总功率为43瓦，工作24个小时，一天世界的实际耗电量为1032Wh折合24V、43Ah ；4块太阳能电池阵列组件2，每块功率为150Wp，总功率:600Wp，太阳能电池阵列组件2方阵倾角为41 ;太阳能充放电控制器3的系统电压为12V/24V的产品，额定充电电流为20A-30A之间，浮充电压为13.6V/27.2V，直充充电电压为14.4V/28.8V，均衡充电电压为14.8V/29.6V，过放关断电压为11.1V/22.2V，过放恢复电压为12.6V/25.2V ;蓄电池组4，设计为24V、1200Ah，保证20个连续的阴雨天能正常工作；太阳能逆变器，直流12V/24V输入，交流220V、50Hz输出，功率75W到100W可调。
[0033]本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。
[0034]实施例二:
为了提高森林防火太阳能供电系统供电装置供电能力、安全性和可维护性，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，本实施例的太阳能电池阵列组件2包括多个太阳能板，所述太阳能板之间通过并联连接，太阳能电池阵列组件2输出端的负极接公共地。
[0035]实施例三:
为了提高森林防火太阳能供电系统供电装置安全性本实施例在实施例二的基础上进一步地改进，本实施例的太阳能板，包括多个太阳能电池串、多个旁路二极管，所述太阳能电池串并联连接成太阳能板，每个太阳能电池串并联一个旁路二极管。
[0036]实施例四:
为了提高森林防火太阳能供电系统供电能力，本实施例在实施例三的基础上进一步地改进，本实施例的太阳能电池串，包括多个太阳能电池，所述太阳能电池串接成太阳能电池串。
[0037]实施例五:
为了提高森林防火太阳能供电系统发电装置发电能力和环境适应能力，本实施例在实施例四的基础上进一步地改进，本实施例的太阳能电池为单晶硅太阳能电池。
[0038]实施例六:
为了提高森林防火太阳能供电系统蓄电装置容量可扩展性和可维护性，，本实施例在实施例一?五的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的蓄电池组4包括多个可充电电池、电池箱，所述可充电电池串或并联连接成蓄电池组4，所述可充电电池行列排列设置在电池箱内。
[0039]实施例七:
为了提高森林防火太阳能供电系统蓄电装置环境适应能力，本实施例在实施例六的基础上进一步地改进，本实施例的可充电电池为免维护阀控式密封铅酸蓄电池、镍氢充电电池、锂离子充电电池中的任意一项。
[0040]实施例八:
为了提高森林防火太阳能供电系统充电装置野外安全性，本实施例在实施例一?七的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的太阳能充放电控制器3内置一个后备电池，太阳能充放电控制器3输出端的负极接公共地。
[0041]实施例九:
为了提高森林防火太阳能供电系统供电装置野外安全性，为本实施例在实施例一?八的任意一个实施例的基础上进一步地改进，本实施例的太阳能逆变器5输出端的负极接公共地。
[0042]如上所述便可实现该发明。
【权利要求】
1.森林防火太阳能供电系统，包括太阳能电池阵列组件(2)、太阳能充放电控制器、蓄电池组(4)、太阳能逆变器(5)，其特征在于:所述太阳能电池阵列组件(2)电连接太阳能充放电控制器(3)，所述太阳能充放电控制器(3)电连接蓄电池组(4)，所述蓄电池组(4)电连接太阳能逆变器(5)。
2.根据权利要求1所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的太阳能电池阵列组件(2)包括多个太阳能板，所述太阳能板之间通过并联连接，太阳能电池阵列组件(2)输出端的负极接公共地。
3.根据权利要求2所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的太阳能板，包括多个太阳能电池串、多个旁路二极管，所述太阳能电池串并联连接成太阳能板，每个太阳能电池串并联一个旁路二极管。
4.根据权利要求3所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的太阳能电池串，包括多个太阳能电池，所述太阳能电池串接成太阳能电池串。
5.根据权利要求4所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的太阳能电池为单晶硅太阳能电池。
6.根据权利要求1所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的蓄电池组(4)包括多个可充电电池、电池箱，所述可充电电池串或并联连接成蓄电池组(4)，所述可充电电池行列排列设置在电池箱内。
7.根据权利要求6所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的可充电电池为免维护阀控式密封铅酸蓄电池、镍氢充电电池、锂离子充电电池中的任意一项。
8.根据权利要求1所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的太阳能充放电控制器(3)内置一个后备电池，太阳能充放电控制器(3)输出端的负极接公共地。
9.根据权利要求1所述的森林防火太阳能供电系统，其特征在于:所述的太阳能逆变器(5)输出端的负极接公共地。
【文档编号】H02J7/35GK103618370SQ201310555284
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】殷刚 申请人:成都市晶林电子技术有限公司