太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置.pdf

本发明涉及一种太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，属于农业机械“绿色”技术领域。其主要采用太阳能光伏发电与风电互补系统与插秧装置连结组成“风光互补电动插秧机”。从太阳电池输出的电流通过控制器的调整、风力发电输出的电流通过另一控制器的调整，两股电流合并，向锂离子电池输入并储存；插秧机工作时，从锂离子电池输出的电流输送到电动机，将电能转换成机械能，接着通过传动带，将机械能输送到插秧装置，通过插秧装置里各个部件的运动来完成插秧机在水田中的行走和运送、抓取、栽插水稻秧苗的多道工序。本发明在秧苗箱板的后面设置发光二极管照明，有利于及时发现漏插秧苗和排除插秧机的故障，提高了夜间机械插秧的质量。

1、  一种太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，其特征是，采用太阳能光伏发电与风电互补系统与插秧装置连结组成风光互补电动插秧机；太阳电池(4)通过导电线(2)与光伏控制器(6)连结，光伏控制器(6)通过导电线(2)与锂离子电池(15)连结；风力发电机(1)通过导电线(2)与风电控制器(3)连结，风电控制器(3)通过导电线(2)与锂离子电池(15)连结，从锂离子电池(15)输出的电流通过电路开关(24)、导电线(2)进入电动机(14)，共同组成太阳能光伏发电与风电互补系统；支撑杆(5)支撑太阳电池(4)、风力发电机(1)、光伏控制器(6)、风电控制器(3)、和部分导电线(2)的重量；电动机(14)将电能转换成机械能，然后通过传动带(13)将机械能传送到插秧装置，70％的机械能用于插秧机在水田里向前行走，插秧机在水田里，主要靠机头底面滑行板(16)、左承重滑行板(11)、右承重滑行板(19)来承受重量，并滑行前进；遇到前进阻力时，可以用绳索套住插秧机牵引架(17)拉动前行，插秧机防护罩(18)用于保护锂离子电池(15)、电路开关(24)、电动机(14)、导电线(2)、传动带(13)；机头工具箱(20)内贮存备用的多种修理工具及备用机件保证了在水田中维修插秧机时的就地取用，水田行走轮(21)是适合插秧机在水田中滚动前进的防滑车轮，操纵杆(22)的用途是供农机操纵人员操纵插秧机向左转弯或向右转弯，秧苗贮存器(23)用于临时存放准备放在秧苗箱板(7)的上表面上的根须整齐的秧苗，各种用电器均使用导电线(2)连结；插秧机支撑架(12)和机头底面滑行板(16)、左承重滑行板(11)、右承重滑行板(19)一起撑托起插秧机的全部机身；30％的机械能用于插秧装置各插秧部件的运动；插秧爪控制器(8)控制插秧爪移动轴(9)的左右移动和插秧爪(10)围绕插秧爪移动轴(9)作园周运动，从而使固定在插秧爪移动轴(9)上的插秧爪(10)可以左右匀速转动，从放置在秧苗箱板(7)上的秧苗上自左向右，然后自右向左连续往返按照顺序抓取适量秧苗，及时插入水田耕作层上部适宜的深度，将水稻秧苗按照水稻不同的品种对插秧的行距、株距、每穴苗数的不同要求及时进行机械插秧，确保粮食丰产。

2、  根据权利要求1所述的太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，其特征是，所述的风力发电机(1)可以随风向自动调节转向，向左转1度至45度或向右转1度至45度，以便叶片接受更大的风量，加速旋转，发出更多的电流。

3、  根据权利要求1所述的太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，其特征是，所述的太阳电池(4)的向阳斜面与地平面之间的夹角的角度可以在60度至80度的范围内进行调整，以便接受更多的阳光，发出更多的电流。

4、  一种太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，其特征是，锂离子电池(15)通过导电线(2)输出的0.1％至0.8％的电流量供给安装在秧苗箱板(7)的后面设置的发光二极管(25)的照明，使运送、供应秧苗到插秧机上的工作人员能及时发现漏插秧苗的事故，及时排除故障，提高夜间机械插秧的质量。

太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，属于新能源农业机械“绿色”技术领域。
背景技术
每年阳历的5月和6月里，太平洋上温暖、潮湿的季风一阵接着一阵吹向中国东部的广大水稻产区，彻底驱走了大江南北的寒气，暖洋洋的阳光普照着江苏省南部和北部的千万亩水田，布谷鸟从南方飞向北方，欢叫着催促农民要抓住季节、抓紧搞好新一年的水稻生产。男子汉们赤着脚走在水田里挥锹筑起稻田埂，农妇们在秧田里用双手飞快地拔秧、捆秧，唱起了江苏民歌：“茉莉花开”和“拨根芦柴花”。小姑娘们在田岸上高兴得跳起秧歌舞。在一块块稻田里，妇女们弯腰插秧，绿色的秧苗整齐排列在水田里，给人们展示着新一年粮食丰收的希望。到上个世纪的七十年代，水稻田里出现了人力半机械化插秧机，人们可以站直身体加快插秧，接着出现了使用柴油为动力的机械插秧机。本发明人站在洒满阳光的稻田旁，迎着阵阵东南风仰望蓝天发问：江苏硅太阳电池板的产量占全国的70％、全世界的25％，全球金融危机袭击后，江苏硅太阳电池板的出口量已有些减少，为了硅太阳电池制造业的发展，急需扩大内需市场，农村是一个广阔的天地，何不将硅太阳电池组件安装到插秧机上，给插秧机提供无污染的新的动力，既节能减排，又充分利用太阳能资源发电；加上江苏风能资源丰富，特别是苏北的东部和里下河地区的风能资源丰富，江苏的风力发电工业发展迅速，已有多个企业能批量生产小型风力发电机或微型风力发电机。我给机械化插秧机来个技术革新：拆下原有的柴油机，接着“量体裁衣”装上相配套的太阳能光伏发电装置和风力发电装置，将光伏电力和风能电力集合到一起，作为机械化电动插秧机的新的动力。从长远看，这样做既能逐步减少对进口石油的依赖，又能促进国内新能源企业的发展，江苏在插秧季节里，既有风向稳定、风力强劲的东南季风，同时又有充足的阳光照射，将太阳能光伏发电技术和风力发电技术同时用到插秧机上，必能创造成功绿色的“太阳能光伏发电与风力发电互补的电动插秧机”，简称：“风光互补电动插秧机”。
水稻是高产的粮食作物，全世界有一半以上的人口以稻米为主食。中国的东北地区、华东地区、华南地区、华中地区都是重要的稻谷产区。不违农时，按照季节及时栽插秧苗，是夺取水稻丰产的关键措施。本发明人曾经在水田里从事繁重的挑秧、插秧体力劳动，又参加过六年研制半机械化和机械化插秧机的工作，并在1989年7月31日在苏州举行的中国农机学会能源动力学会的年会上被公选为中国农业机械学会能源动力学会理事。在工作实践中，本发明人认识到搞好水稻生产对于粮食安全和社会安定有重大的意义，而插秧机的不断改进，有利于稻谷持续增产。
2008年，全世界关注金融、能源、粮食三大问题，粮食供应的紧缺使有的国家发生了政治动乱，国际市场上的大米价格已明显高于中国国内市场上的价格。江苏省无锡市56万亩水稻种植面积中有百分之九十的面积采用机械插秧，现有插秧机主要加柴油使用，全部依靠化石能源供给内燃机产生动力，在插秧的最佳季节里，2008年5月无锡市场上发生了柴油供应暂时中断和汽油供应紧缺，汽车在公路上日夜排成长队等待进加油站加油。无锡市农机局在江南晚报上报道，农机用油紧缺的消息，并从外地紧急调运柴油来保证粮食生产，克服石油供应的困难才完成了今年的插秧任务。从1991年到1998年，中国插秧机的拥有量从20512台发展到38859台，到2008年，估计中国已拥有插秧机8万台以上。日本的两家农机制造商分别在苏州和无锡开设工厂，全部制造以柴油机为动力的插秧机供应市场。机械插秧的水稻病害较轻，虫口密度较低，节省用工费用，提高生产效率且有增产作用。农忙季节，成千上万的使用柴油的插秧机，排放大量的二氧化碳，使气候变暖，污染农村美好的自然环境。从保护生态环境、节能减排、服务三农，逐步减少对石油资源的依赖，减轻插秧机的整机重量出发，研制节能、轻巧、实用、无污染的“绿色”新能源插秧机是本发明的目的。
中国东部的水稻产区在水稻栽插时节的夏季风是来自太平洋的东南风，东南季风的影响遍及中国的东半部。近年来，适合每秒1.5米至每秒3米风速的微型风力发电机和适合每秒3米至每秒8米风速的小型分散型风力发电机已有风电企业批量生产，适合安装在插秧机上进行风力发电。中国东部的水稻产区同时拥有太阳能资源，属于年太阳辐照时数超过2200小时的太阳能利用条件较好的地区，近年来，这一地区的太阳电池4的制造能力大幅提升，江苏省的光伏企业发展迅速，技术进步在世界上数一数二，无锡出现了光伏行业的领军企业，完全有条件将太阳能电池的组件安装到插秧机上作为清洁能源。本发明人有将太阳能和风能汇集在一起应用到插秧机上作为无污染的新能源的信心；2008年10月16日在苏州国际博览中心举行的第六届国际发明展览会上，国家知识产权局田力普局长亲临无锡展区观看了本发明人创办的公司展出的新能源应用产品，勉励缪同春：“要多申请专利”，促使本发明人下定了申请“风光互补电动插秧机”的决心，2008年11月7日，本发明人参观“第六届中国(无锡)国际工业设计博览会”仔细观看了机械工业产品的许多新设计，树立了设计“风光互补电动插秧机”新产品的恒心。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，根据世界石油资源逐日减少，世界石油价格涨落多变、化石能源的大规模开发使用严重污染自然环境并造成气候变化的总趋势，利用潜力巨大的太阳能、风能新能源来驱动插秧机，保障人类的粮食生产安全。中国东南沿海及台湾岛、海南岛的水稻产区的上空，风速大于每秒3米的风全年出现累积小时数为7000—8000小时，有效风能出现时间百分率可达80％—90％，有效风能密度大于200W/m²。特别是台湾岛和海南岛上平均每天有21小时以上的风速大于每秒3米。地面上的风速达到每秒1.5米，微型风力发电机就可以运转发电；风速达到每秒3米，小型风力发电机已能持续发电、蓄电。随着科学技术的进步和加工工艺水平的不断提高，单晶硅太阳电池的光电转换效率已达18％，在向50％的目标努力。太阳能发电的成本将持续降低，无锡尚德太阳能电力有限公司已承诺在五年内将太阳能发电的成本由每度电5元钱降低到每度电1元钱，所以利用太阳能光伏发电和风力发电来为插秧机提供新的动力的应用前景是美好的。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，采用太阳能光伏发电与风电互补系统与插秧装置连结组成风光互补电动插秧机。太阳电池4通过导电线2与光伏控制器6连结，光伏控制器6通过导电线2与锂离子电池15连结；风力发电机1通过导电线2与风电控制器3连结，风电控制器3通过导电线2与锂离子电池15连结，从锂离子电池15输出的电流通过电路开关24、导电线2进入电动机14，共同组成太阳能光伏发电与风电互补系统；支撑杆5支撑太阳电池4、风力发电机1、光伏控制器6、风电控制器3、和部分导电线2的重量；电动机14将电能转换成机械能，然后通过传动带13将机械能传送到插秧装置，70％的机械能用于插秧机在水田里向前行走，插秧机在水田里，主要靠机头底面滑行板16、左承重滑行板11、右承重滑行板19来承受重量，并滑行前进；遇到前进阻力时，可以用绳索套住插秧机牵引架17拉动前行，插秧机防护罩18用于保护锂离子电池15、电路开关24、电动机14、导电线2、传动带13；机头工具箱20内贮存备用的多种修理工具及备用机件保证了在水田中维修插秧机时的就地取用，水田行走轮21是适合插秧机在水田中滚动前进的防滑车轮，操纵杆22的用途是供农机操纵人员操纵插秧机向左转弯或向右转弯，秧苗贮存器23用于临时存放准备放在秧苗箱板7的上表面上的根须整齐的秧苗，各种用电器均使用导电线2连结；插秧机支撑架12和机头底面滑行板16、左承重滑行板11、右承重滑行板19一起撑托起插秧机的全部机身；30％的机械能用于插秧装置各插秧部件的运动；插秧爪控制器8控制插秧爪移动轴9的左右移动和插秧爪10围绕插秧爪移动轴9作园周运动，从而使固定在插秧爪移动轴9上的插秧爪10可以左右匀速转动，从放置在秧苗箱板7上的秧苗上自左向右，然后自右向左连续往返按照顺序抓取适量秧苗，及时插入水田耕作层上部适宜的深度，将水稻秧苗按照水稻不同的品种对插秧的行距、株距、每穴苗数的不同要求及时进行机械插秧，确保粮食丰产。
太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，所述的风力发电机1可以随风向自动调节转向，向左转1度至45度或向右转1度至45度，以便叶片接受更大的风量，加速旋转，发出更多的电流。
太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，所述的太阳电池4的向阳斜面与地平面之间的夹角的角度可以在60度至80度的范围内进行调整，以便接受更多的阳光，发出更多的电流。
太阳能光伏发电与风电互补应用在插秧机上的动力装置，锂离子电池15通过导电线2输出的0.1％至0.8％的电流量供给安装在秧苗箱板7的后面设置的发光二极管25的照明，使运送、供应秧苗到插秧机上的工作人员能及时发现漏插秧苗的事故，及时排除故障，提高夜间机械插秧的质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
风光互补电动插秧机是当代绿色、节能、环保的插秧机，主要采用了四项新技术：1、无污染的太阳能光伏发电新技术，由于太阳电池4的光电转换效率越来越高，太阳能光伏发电的成本越来越低，薄膜太阳电池的重量越来越轻，离网小型太阳能独立发电系统的光伏组件十分适合安装到移动性强的插秧机上进行独立发电，提供新的动力；2、无污染、低成本的风力发电新技术，设计高效的分散型的小型风力发电机和微型风力发电机，利用近地面的风力来发电和蓄电，同时向插秧机提供新的动力；3、锂离子电池充放电新能源技术，锂离子电池中不含有铅、镉等有毒金属，有利于环境保护，是一种绿色电池。插秧机在田野上工作，机械散热条件较好，其外界环境适合可充放电500次以上的锂二次电池的工作；4、发光二极管的节能照明技术，用发光二极管照明可以节电70—80％，能耗低。
按照插秧机的不同机型，可以分别设计提供新的动力的太阳能光伏发电和风力发电的不同的组合，举出实施例如下：
实施例一：
在秧苗箱板7的上端安装太阳电池4，此实施例中的太阳电池4是硅太阳电池，同时用支撑杆5支撑太阳电池4，太阳电池4的上方安装4台风力发电机1；此实施例中的风力发电机1是微型风力发电机，支撑杆5同时支撑4台微型风力发电机的重量。在阳光照射下，太阳电池4发生光伏效应产出电流，在风力吹动下，风力发电机1运转发出电流，两股电流分别通过各自连结的控制器的调整后进入锂离子电池15贮存和驱动电动机14的运转，成为“风光互补电动插秧机”的新的动力。
实施例二：
在秧苗箱板7的上端安装太阳电池4，此实施例中的太阳电池4是薄膜太阳电池，同时用支撑杆5支撑太阳电池4，在太阳电池4的上方安装2台风力发电机1；此实施例中的风力发电机1是小型风力发电机，支撑杆5同时支撑2台小型风力发电机的重量。在阳光照射下，太阳电池4发生光伏效应，产出电流，在风力吹动下，风力发电机1运转发出电流，两股电流分别通过各自连结的控制器的调整进入锂离子电池15贮存和驱动电动机14的运转，成为“风光互补电动插秧机”的新的动力。