新型浮球式太阳能深水增氧装置设计及应用

专利名称：一种便于移动的漂浮式增氧装置专利类型：实用新型专利
发明人：魏泽能,孙德祥,邓朝阳,李自宝,李珺申请号：CN202020646028.3
申请日：20200426
公开号：CN212184765U
公开日：
20201222
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种便于移动的漂浮式增氧装置，其技术方案要点是：包括漂浮板，漂浮板的上表面固定设置有转向电机，转向电机的输出轴固定设置有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮外啮合，从动齿轮固定设置在转轴的上端，转轴通过轴承转动设置在漂浮板上，转轴贯穿漂浮板设置，转轴的下端固定连接有密封机箱，密封机箱的内部固定设置有驱动电机，驱动电机的输出轴贯穿密封机箱且输出轴的端部固定设置有驱动叶轮，漂浮板的上表面固定设置有离心泵和蓄电池组。

本实用新型移动方便，扩大了本装置在鱼塘的增氧范围。

申请人：芜湖天成生态渔业有限责任公司
地址：241212 安徽省芜湖市繁昌县平铺镇山河村境内良种示范繁殖农场
国籍：CN
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浮式装置：浮舟在海洋温控技术中的创新应用随着全球气候变暖的持续影响和海洋温度的不断上升，寻找有效的海洋温控技术变得尤为重要。

在这方面，浮式装置——一种能够在海洋表面漂浮的技术装置，已经引起了广泛的关注和研究。

浮式装置的创新应用，特别是在海洋温控方面，将为我们提供新的解决方案，以应对气候变化和环境保护的挑战。

浮式装置的基本原理是利用材料密度比水小的特性，通过设计合理的形状和结构，使装置在海水中能够自由浮动。

这种装置通常由一个或多个浮筒、支撑结构和控制系统组成。

在海洋温控技术中，浮式装置可以应用于多个领域，包括海洋气象观测、海洋环境保护以及海洋资源利用等方面。

首先，浮式装置在海洋气象观测中具有重要作用。

由于海洋温度对气候变化有着直接的影响，准确地监测海洋温度变化是非常关键的。

传统的气象观测需要依靠浮标或船只进行，但这种方法存在着成本高昂、监测范围有限等问题。

而利用浮式装置，可以将传感器和观测设备直接安装在浮筒上，实现对海洋温度的实时监测。

通过与遥感技术结合，可以更加全面地掌握海洋温度分布的变化情况，为气象预测和环境监测提供有力支持。

其次，浮式装置在海洋环境保护方面也具备创新应用的潜力。

随着人类经济活动的不断扩张和海洋资源的开发利用，海洋环境遭受了越来越严重的破坏。

而浮式装置可以用作环境监测站，通过搭载各种传感器和监测设备，监测和收集海水中的溶解氧、有害物质浓度、水质污染等信息。

利用这些数据，可以及时采取措施进行环境保护和污染治理，实现可持续发展的目标。

此外，浮式装置还能够在海洋资源利用中发挥独特作用。

海洋中蕴藏着丰富的能源资源，如海洋热能、潮汐能、海洋风能等。

利用浮式装置，可以将获取的能源转化为电能，为海洋地区提供清洁、可再生的能源供应。

同时，浮式装置也可以用于海洋养殖业的发展。

通过浮筒上的设施，可以建设海洋渔场或养殖基地，有效利用海洋资源并解决传统渔业面临的问题，如过度捕捞和环境破坏等。

然而，浮式装置的创新应用面临一些挑战。

2019年第1期N o.1.2019湖州职业技术学院学报J o u r n a l o f H u z h o u V o c a t i o n a l a n d T e c h n o l o g i c a l C o l l e g e2019年3月M a r.2019d o i:10.13690/j.c n k i.h z y x b.i s s n.16722388.2019.01.16球形海面太阳能漂浮发电装置的设计*陈宏强,闫志明,孙巧妍(烟台南山学院工学院,山东烟台265713)摘要:为了解决海上供电难问题,设计了一种球形海面太阳能漂浮发电装置㊂此装置采用光伏发电原理,通过计算太阳高度角确定反光膜的位置,并设计了光伏控制器,运用不倒翁原理使装置在海上保持稳定㊂通过在海上实地实验,对此装置的实用性进行了验证㊂实验数据表明:此装置的太阳能光伏板输出功率稳定高效,在海上发电方面具有较高的实用性㊂关键词:海面太阳能漂浮发电装置;太阳高度角;反光膜位置;光伏控制器中图分类号:T H715.193文献标志码:A文章编号:16722388(2019)01006605T h e D e s i g n o f a S o l a r F l o a t i n g P o w e r P l a n t w i t h S p h e r i c a l S u r f a c eC H E N H o n g-q i a n g,Y A N Z h i-m i n g,S U N Q i a o-y a n(S c h o o l o f E n g i n e e r i n g,Y a n t a i N a n s h a n C o l l e g e,Y a n t a i265713,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m o f p o w e r s u p p l y d i f f i c u l t y a t s e a,a k i n d o f s o l a r f l o a t i n g p o w e r p l a n t w i t h s p h e r i c a l s u r f a c e i s d e s i g n e d i n t h i s p a p e r.T h i s d e v i c e a d o p t s t h e p r i n c i p l e o f p h o t o v o l t a i c p o w e r g e n e r a t i o n,d e t e r m i n e t h e p o s i t i o n o f t h e r e f l e c t i v e f i l m b y c a l c u l a t i n g t h e h e i g h t a n g l e o f t h e s u n.A n d a p h o t o v o l t a i c c o n t r o l l e r i s d e s i g n e d,a n d t h e t u m b l e r p r i n c i p l e i s a p p l i e d t o t h e d e v i c e t o m a i n t a i n i t s s t a b i l i-t y i n t h e s e a.T h e p r a c t i c a b i l i t y o f t h i s d e v i c e w a s v e r i f i e d b y f i e l d e x p e r i m e n t a t s e a,t h e e x p e r i m e n t a l d a t a s h o w t h a t t h e d e s i g n o u t p u t p o w-e r o f t h e s o l a r p a n e l i s s t a b l e a n d h i g h,a n d h a s h i g h p r a c t i c a b i l i t y o n t h e s e a p o w e r g e n e r a t i o n.K e y w o r d s:s e a s u r f a c e f l o a t i n g p o w e r g e n e r a t i o n d e v i c e;s o l a r e l e v a t i o n;p o s i t i o n o f r e f l e c t i v e f i l m;p h o t o v o l t a i c c o n t r o l l e r 海洋天气和水流变化是复杂的自然现象㊂在海水腐蚀大且海平面波动较大的情况下,如何利用太阳能发电解决近海养殖照明用电问题,是值得我们研究的课题㊂目前,太阳能的利用方式主要有两种:一种是通过集热器将光能转换为热能,另一种是将光能转换为电能[1]33㊂太阳能装置的结构也有两种:一种是固定式,另一种是自动跟踪式㊂大多数太阳能装置是成一定角度的固定式,太阳能利用率不高㊂自动跟踪式的太阳能装置,虽然太阳能利用率高,但制作成本较高[2]65㊂以上两种结构形式的太阳能装置在波涛汹涌的海面上使用,显然是行不通的㊂因为,在海面上使用太阳能必须先保证装置的稳定性㊂相比以上两种装置,采用球形海面漂浮太阳能发电装置,不仅解决了普通太阳能装置在海上漂浮不定㊁容易被海浪打翻的问题,还可以输出稳定的电能㊂渔民可以在漂浮的养殖区域内直接使用该装置发电,不需布设海底电缆或使用柴油机发电[3]9㊂这样就大大降低了近海养殖户的用电成本,较好地解决了他们的用电问题㊂一㊁发电系统反光装置位置的分析与计算为了使太阳能光伏板充分利用一天当中不同时刻的光能,需要采用反光膜,让它作为反光装置反射光*收稿日期:20180411基金项目:本文系2017年度山东省职业教学教改项目 职业院校科技创新教育研究与实践 (2017186),2017年度全国大学生创新训练项目 球形海面漂浮太阳能发电装置 (201712332092)的研究成果㊂作者简介:陈宏强(1995-),男,山东临沂人,烟台南山学院工学院电气工程及其自动化专业2015级本科学生,主要从事太阳能光伏发电系统原理与应用技术研究;闫志明(1997-),男,山东临沂人,烟台南山学院工学院电气工程及其自动化专业2015级本科学生,主要从事电力系统及其自动化研究;孙巧妍(1978-),女,山东烟台人,副教授,控制理论与控制工程硕士,主要从事应用及教育教学方法与智能检测控制技术研究㊂能给太阳能板㊂因此,必须计算最低太阳高度角[4]162163,并根据光的反射原理确定粘贴反光膜的位置,以达到能最大限度地利用光能的目的㊂(一)太阳高度角的计算太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角,简称太阳高度[4]162㊂太阳高度是决定地球表面获得太阳能数量的最重要因素㊂通过计算最低太阳高度角,可科学地确定反光膜的粘贴位置㊂太阳高度角随着时角和赤纬角的变化而变化㊂太阳高度角用h 表示,太阳赤纬[4]162(与太阳直射点纬度相等)用δ表示,观测点的地理纬度用φ表示(太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正,南纬为负),时角用t 表示,由此可得如下太阳高度角的计算公式[4]163:s i n h =s i n φs i n δ+c o s φc o s δc o s t (1)1.赤纬角δ的选取 赤纬角δ是地球赤道平面与太阳和地球中心连线之间的夹角[5]77,与太阳直射点纬度相等㊂赤纬角以年为周期,在23ʎ26 N 与23ʎ26 S 的范围内变化,是季节变化的标志㊂其变化规律如下图所示(参见图1)㊂图1 太阳直射纬度变化规律本文以山东烟台龙口(以下简称当地)的地理位置为例,为了较为准确地计算烟台龙口地区的最低太阳高度角,取龙口地区5月到8月之间的赤纬角δ=23ʎ,10月到次年2月之间的赤纬角δ=-23ʎ㊂2.太阳时角t 的计算 太阳时角t 的计算公式如下[4]163:t =(S T -12)ˑ15ʎ(2)S T 是当地真太阳时[4]163(在这里取当地时间)㊂在北半球上午时间为负值,下午为正值㊂通过资料查询,在下表中我们统计了当地全年不同月份一天当中太阳光照强度较高的时间段(参见表1)㊂表1 全年不同月份一天当中太阳光照强度较高的时间段二月初~四月末五月初~七月末八月初~九月末十月初~次年一月末7ʒ30~17ʒ007ʒ00~18ʒ007ʒ00~17ʒ008ʒ00~16ʒ00通过以上数据分析,本文取太阳高度角最低的时间段:7ʒ00~18ʒ00和8ʒ00~16ʒ00,即可求出以下几组太阳时角㊂其中t 1㊁t 2表示上午阶段最低太阳时角,t 1*㊁t 2*表示下午阶段最低太阳时角㊂t 1=(7-12)ˑ15ʎ=-75ʎ t 1*=(18-12)ˑ15ʎ=90ʎt 2=(8-12)ˑ15ʎ=-60ʎ t 2*=(16-12)ˑ15ʎ=60ʎ3.一天当中最低太阳高度角的计算 当地的地理纬度为φ=37ʎ㊂将以上选取的赤纬角δ=23ʎ,以及上面所求得的几组当地太阳时角代入太阳高度角,计算公式,可得到以下几组太阳高度角:s i n h 1=s i n 37s i n 23+c o s 37c o s 23c o s (-75) 得h 1=23.15ʎ s i n h 2=s i n 37s i n 23+c o s 37c o s 23c o s 90 得h 2=13.59ʎ s i n h 3=s i n 37s i n (-23)+c o s 37c o s (-23)c o s (-60) 得h 3=7.5ʎ s i n h 4=s i n 37s i n (-23)+c o s 37c o s (-23)c o s 60 得h 4=7.5ʎ再结合当地实际情况,可以选取当地最低太阳高度角(在18ʎ~25ʎ之间),从而,可以较为准确地确定反光膜粘贴位置㊂(二)太阳能发电装置的整体设计在较为准确地确定了反光膜粘贴位置后,再根据光的反射原理[6]94,遵循最大限度收集光能的原则,即可科学地确定太阳能板的位置㊂通过以上对最低太阳高度角的计算,结合光的反射原理,以最大利用光能为原则,确定反射膜的粘贴位置和太阳能板的安装位置,最终设计出球形海面漂浮太阳能发电装置的整体结构(参见图2)㊂76第1期 陈宏强,等:球形海面太阳能漂浮发电装置的设计86湖州职业技术学院学报2019年图2球形海面漂浮太阳能发电装置原理图如图2所示,A为最低太阳高度角,B为反光膜粘贴位置,B1,B2为阳光反射位置㊂装置工作原理:当太阳高度角较低时,入射阳光经反光膜反射到太阳能板上被光电池吸收,然后将光能转化为电能,再经光伏控制器储存到蓄电池中㊂二㊁球形海面漂浮太阳能发电装置的结构球形海面漂浮太阳能发电装置主要由透明球体承载装置㊁反光装置㊁太阳能电池板㊁光伏控制器㊁蓄电池等几部分组成(参见图3)㊂图3球形海面漂浮太阳能发电装置结构组成框图为了保持太阳能板在海上的稳定性,保证太阳能的有效利用,系统中的承载装置采用透明的P S空心圆球㊂其结构稳定,透光性良好,耐腐蚀性强,是较为理想的承载装置㊂并且,还运用不倒翁原理,保持发电装置在海面上的稳定性㊂反光装置采用性能良好㊁价格合理的反光膜㊂通过太阳高度角的计算,来确定反光膜的适当位置,可以达到最大限度收集光能的效果㊂太阳能电池板使用的是单块18V5W多晶硅太阳能板,工作电压18V㊁开路电压22V,工作电流0.28A㊁短路电流0.3A,最大发电功率为6.6W㊂三㊁球形海面漂浮太阳能发电装置中的电路设计发电装置的电路采用了并联型光伏控制器[6]9495,还设计了稳压电路,来对太阳能板发出的电能进行稳压㊂(一)并联型控制器电路原理光伏控制器通过检测蓄电池在充放电过程中的电压或荷电状态,可以判断蓄电池是否已经达到过充电或放电,并根据检测结果,发出继续充㊁放电或终止充㊁放电的指令,由此实现对电池充放电的控制[7]59㊂单路并联型充放电控制器电路原理(参见图4)[8]116118:V D1是防反充电二极管,V D2是防反接二极管; T1和T2均是开关,其中T1是控制器充电回路中的开关,T2为蓄电池放电开关;B x是保险丝;R是泄荷负载㊂检测控制电路主要用于监控电池两端电压㊂当充电电压大于充满电压时[8]116118,T 1导通,V D 1截止,光伏电池电流从T 1旁路泄放,不再对蓄电池充电,由此保证了蓄电池不过充㊂当蓄电池供电电压低于其过放保护电压时,T 2关断,对蓄电池进行放电保护㊂当负载过大或短路,电流大于额定工作电流时,T 2也会关断,起过载和短路保护作用㊂在蓄电池极性接反时,V D 2导通,使保险丝熔断,起接反保护作用㊂并联型控制器电路线路简单,充电回路损耗小,效率高,通常用于小功率小型系统㊂实验验证,该并联型控制器适合本文所设计的小型海面发电系统㊂(二)可调稳压电路设计为使太阳能发电板输出稳定电压,设计了可调稳压电路(参见图5)[9]517540[10]22[11]2526,稳定了输出所需电压㊂此电路主芯片采用L M 2576a d j ,工作电压输入直流小于3~40V ,输出最大电流为3A ,输出电压1.25~37V 可调㊂此电路的输入输出采用压接端子,压线方式采用螺旋压接,并采用高效率散热片㊂此稳压电路输入电压范围广,输出效率高,输出电压稳定,符合小型发电系统的稳压要求㊂图5 可调稳压电路原理图四、实物制作及发电性能测试(一)实物制作课题组在完成了结构及电路设计后,按设计要求制作出了球形海面太阳能漂浮发电装置的实物(参见图6)㊂由于单只球体在海中稳定性较差,摆动角很大,故采用多只球合在一起作为浮筏,以减少摆动角度㊂根据这一设想,可以在近海养殖户漂浮的房子周围,安装多个海面漂浮太阳能发电装置(参见图7)㊂这样,不仅可以加强装置在海上的稳定性,还可以向养殖户提供更多的电能,满足了养殖户的用电需求㊂图6 球形海面太阳能漂浮发电装置实物图 图7 装置整体效果图根据不倒翁原理,将单个球形海面漂浮发电装置的重心降低,可以保持单个装置在海上的稳定性㊂若将此装置按照效果图中的安装方法安装在养殖户的房子周边,把多个海面球形发电装置配合使用,可以使整个装置在波涛汹涌的海面上具有更好的稳定性㊂这样便更有利于太阳能板吸收光能㊂此装置的最大优势在于早晨或下午太阳高度角较低时,可通过反光膜将太阳光反射给太阳能板,达到最大限度利用光能的目的㊂在其它太阳高度角较高的时段,太阳能板可充分利用光能,最终把光能转化为电能,并通过稳压电路储存在蓄电池中㊂通过蓄电池输出,电能可直接用做小型船模续航用电,或给船模上其他电子设备供电;也可通过外接逆变器,为海上养殖户提供家庭用电㊂96第1期 陈宏强,等:球形海面太阳能漂浮发电装置的设计07湖州职业技术学院学报2019年(二)发电性能测试为了测试球形海面漂浮太阳能发电装置在海上的真实使用效果,将装置带到真实的海面上,进行发电性能测试㊂为了更科学合理地反映发电性能,分别在阴天㊁多云㊁晴朗三种典型天气状况下,对此装置进行发电性能测试㊂为了更为科学地测试此装置的发电效率,选择在开路状况下测量输出功率,以此表征其发电效率[12]22㊂同时,记录下当天海上的气压㊁风速㊁温度等影响因素,以便使测试数据更加详实准确(参见图8)㊂图8不同天气状况下发电装置的输出功率发电装置所使用的太阳能板为单块18V5W多晶硅太阳能板,最大输出功率为6.6W㊂从所测得的实际数据可以看出:在不同的天气状况下,球形海面漂浮太阳能发电装置可以发出比较稳定的功率,输出功率较高㊂可见,该装置在实际运用中性能稳定,发电效率较高,实用性较强,可稳定地为近海养殖户提供照明用电㊂五㊁结语本文通过计算太阳高度角,利用反光原理和不倒翁原理,设计出了球形海面太阳能漂浮发电装置㊂实际测试证明:与传统的固定式太阳能发电装置相比,球形海面太阳能漂浮发电装置具有发电效率高㊁稳定性与耐腐蚀性强㊁在海上不易被打翻等优势,具有良好的应用前景㊂这种发电装置可为近海养殖户提供照明用电,也可用于小型船模作续航用电,或给船模上其他电子设备供电㊂参考文献:[1]罗承先.太阳能发电的普及与前景[J].中外能源,2010(11).[2]曹阳,陈伟.一种新型太阳能热水器太阳自动跟踪系统[J].南通职业大学学报,2007(4).[3]杨健.太阳能供电系统在海上平台的应用[C]ʊ中国造船工程学会近海工程学术委员会.2007年度海洋工程学术会议论文集.中国造船工程学会近海工程学术委员会,2007.[4]王国安.太阳高度角和日出日落时刻太阳方位角一年变化范围的计算[J].气象与环境科学,2007(S1).[5]于琼燕,刘帅帅,李海东,等.太阳高度角计算公式及光伏应用[J].河南工程学院学报:自然科学版,2017(3).[6]区柏林,单卓越.太阳能光伏技术与应用[J].辽宁经济,2009(8).[7]傅定文,韩莉娅,庄勇,等.太阳能光伏控制器的研究与应用分析[J].阳光能源,2009(5).[8]何道请,何涛.太阳能光伏发电系统原理与应用技术[M].北京:化学工业出版社,2012.[9]童诗白,华成英.模拟电子技术基础:第三版[M].北京:高等教育出版社,2005.[10]秦岭,谢少军,杨晨,等.太阳能电池的动态模型和动态特性[J].中国电机工程学报,2013(7).[11]李绍贤,曾黄麟.自适应大功率稳压电源[J].中国西部科技,2010(7).[12]赵波,薛美东,葛晓慧,等.光伏发电系统输出功率计算方法研究[J].电网与清洁能源,2010(7).。

专利名称：一种可自动移动式太阳能增氧装置专利类型：实用新型专利
发明人：李海飞
申请号：CN201721583071.4
申请日：20171123
公开号：CN207639487U
公开日：
20180724
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种可自动移动式太阳能增氧装置，包括增氧机、机架、浮漂装置、太阳能板、电源模块、控制系统、壳体、超声波测距仪、定位模块、驱动电机和风叶；所述的机架设置在浮漂装置上；所述的增氧机设置在浮漂装置上；所述的太阳能板通过机架固定在增氧机上方；所述的电源模块设置在浮漂装置上；所述的超声波测距仪设置在浮漂装置上；所述的驱动电机设置在浮漂装置上；所述的驱动电机上固定连接着风叶；所述的增氧机与电源模块相连。

本实用新型可以实现将太阳能储存起来，以备日照不足时使用。

而且本实用新型可以对整个鱼塘区域进行增氧工作，不受限于某一区域。

申请人：李海飞
地址：537400 广西壮族自治区玉林市北流市二环北路196号
国籍：CN
代理机构：南宁深之意专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：黄南概
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专利名称：一种漂浮型太阳能鱼塘打氧机专利类型：实用新型专利
发明人：杨迪
申请号：CN202021631708.4
申请日：20200807
公开号：CN213246456U
公开日：
20210525
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种漂浮型太阳能鱼塘打氧机，包括安装支架、打氧器和太阳能板，所述安装支架的中部贯通开有打氧器安装孔，所述打氧器安装孔内固定安装有输出端朝下的打氧器，所述安装支架的四个侧边均对称设置有移动驱动机构，所述安装支架的上端面固定安装有漂浮气囊，所述漂浮气囊的中间设置有安装槽，所述安装槽内固定安装有蓄电池，所述漂浮气囊的顶部固定安装有太阳能板。

本实用新型能够实现打氧机漂浮在鱼塘表面，通过太阳能板，吸收太阳能转化为电能提供给打氧器，并设置有移动驱动机构，在安装支架四个侧边通过螺旋桨带动其移动和改变移动方向，使其能够移动到氧气不足的地方提供氧气，提高了打氧机的工作效率。

申请人：益阳欣博农业发展有限公司
地址：410000 湖南省益阳市赫山区衡龙桥镇湘江西村
国籍：CN
代理机构：安化县梅山专利事务所
代理人：夏赞希
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专利名称：增氧机浮球
专利类型：实用新型专利
发明人：冼杨显
申请号：CN200520120825.3申请日：20051223
公开号：CN2867862Y
公开日：
20070214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了增氧机浮球，包括球体和球颈，球颈上设有与增氧机连杆连接的锁定块，锁定块、球体和球劲一体成型；所述锁定块设有通孔，表面设有与增氧机连杆形状相配的凹槽，所述凹槽分为横槽和竖槽，横槽和竖槽相互垂直并且相交；本实用新型可直接与安装增氧机的连杆连接，从而省去了颈环的生产，减少了工艺步骤，降低了生产成本；同时保证本实用新型与连杆牢固地连在一起。

申请人：冼杨显
地址：528000 广东省佛山市南庄镇村尾工业区惠汇塑料五金厂
国籍：CN
代理机构：江门嘉权专利商标事务所有限公司
代理人：喻新学
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