太阳能风能混合动力船模的设计研究

1、太阳能风能混合动力船的设计研究(讨论稿南通航运职业技术学院 机电系根据南通航运职业技术学院的教育专业特点和学院航运交通工程系、船舶工程中心等部 门的建议,我们在大学生科技创新活动中开展了太阳能风能混合动力船的设计研究。一、制造太阳能风能混合动力船的思考利用风能为动力的帆船,常常受到不利风向、风力变化等因素的影响,降低了帆船的航 行效率。 为了克服不利的风向、 风力因素的制约, 有必要在原来帆船的基础上增加太阳能发 电和电动推进装置, 作为帆船动力的补充, 实现帆船的稳定常态运行。 太阳能动力装置不需 要消耗矿物质能源,没有环境污染,在日常光照下就能获得电能。所使用的装置比较简单, 容易安装和维

2、护, 不需要对原帆船作过多的改造, 有利于太阳能和风能结合应用。 由于太阳 能发电系统在船舶航行时较难获得最佳太阳光入射方位角, 影响了光伏发电的效率, 也是太 阳能和风能互补,组成混合动力帆船的原因。二、太阳能风能混合动力船电动推进方案的选择考虑到现实的技术状况和未来的技术发展,结合对现有的帆船船体改造的难易程度,可 以有三类电动推进方案选择。1、传统的螺旋桨推进方式:优点是推进控制简单。缺点是船体改动大,需要安装万向节 和机械传动杆,在船体尾部打孔,改动操作困难。机械传动的能量损耗大,推进效率低。 2、风动推进方式,是用电动机带动风扇,利用风扇的风力直接推动船体向前。优点是增 加的装置少,

3、 不需要对原船体改造。 推进动能大。 缺点是风动推进力容易对船体的稳定带来 不利影响。 风动推进方式也可以试验通过调节风的方向改变船体航行方向, 起到船舵的作用。 3,水泵射流推进方式:是用电动机带动水泵,利用水泵排水冲力推动船体向前。优点是 增加的装置少,不需要对原船体作比较大的改造。缺点是推进的效率比较低。综合以上三类电动推进方案考量,采用风动推进方式比较适用于混合动力帆船的改造。三、太阳能风能混合动力船模电气系统的组成及设计要素的确定(一太阳能风能混合动力船模电气系统的组成太阳能电池是为船模电动推进系统提供电能的光伏发电部件。 蓄电池和电池保护板是 太阳能光伏发电的储能装置, 太阳能电池

4、产生的电能输送到蓄电池储存起来, 为电动机提供 电能。 蓄电池充电管理器能按照太阳能电池充电模式对蓄电池充电进行自动管理, 可以提高 蓄电池的工作性能和使用寿命。 电子升压板根据负载的需要调整电源电压。 电子调速器用于 平稳调整动力电动机的转速。船模动力电动机和转舵电动机是太阳能光伏动力系统的负载。电气系统组成的简图如下: (二 太阳能风能混合动力船模电气系统设计要素的确定1、船模满载重量为 3000克。船模连续航行时间 3小时,能够达到船模航行的需要。2、电动机的优化选择对于提高电能效率起着重要作用。 380型有刷直流电动机结构 简单,控制方便,功率消耗省,效率高。且有良好的调速性能,是一款

5、较为理想的电动机。 使用电压范围 3-9伏特、额定电压 7.2伏特,最大电流 3.29安倍,工作电流 1.5安倍, 额定转速 14000转。3、 蓄电池采用 2节锂电池并联相接, 每节电池容量为 3安倍时、 标称电压 3.7伏特。4、太阳能电池采用非晶硅薄膜电池,工作电压为 2伏特、工作电流 300-400毫安。 每块电池表面积为 18X4厘米,厚度 0.1厘米。共使用 6片太阳能电池。5、太阳能电池的连接方式是 2组 3片太阳能电池串联后并联连接,电压 6伏特,为 2节并联的锂电池充电。6、单向电子调速器的输出功率是 30A ,输入电压 4.8-12伏特,适合 380型直流电 动机的使用。7

6、、 由于直流电动机额定电压 7.2伏特, 需要通过电子升压板提高锂电池输出的电压。 电子升压板输入电压 3-6伏特;输出电压调整为 7.2伏特,适合于单向电子调速器和 380型直流电动机的使用四、太阳能光伏电动系统的安装要求1、太阳能光伏电池板的安装应满足稳定性、平衡性和日照性的要求。在船机舱顶部、 船甲板、船舷两侧以及船首或船尾的延伸板等平整部位都可以安装太阳能光伏电池板。2、 船体平衡铁块的选择和设置是一个需要精心细致,反复操作的过程。既要平衡铁质量尽量轻,又要平衡效果好。3、 风动推进器的安装应按照风力反作用力推进的特点,在船体尾部安装风动推进器比较适宜,也比较容易安装固定。4、 蓄电池

7、、充电管理器、升压板等电气系统安装在干燥的没有阳光直射的船舱内比较合适。五、太阳能风能混合动力船模安装和运行的思考2、在风帆高度和大小的设定时,需要反复的试验和比较。和实际帆船不同的是,船模 在航行中不能按照风力和风向的需要调整风帆的高度和大小, 如果船模风帆过大过高, 不容 易控制船体航行,影响电动推进的效果,有时可能成为电动航行的阻力。3、电动机、蓄电池和太阳能电池之间的电压、电流的相互匹配需要进行试验和必要的 调整,经得起实践的检验。4、 船模航行的遥控器选用 2.4G 四通道遥控器。 遥控器在使用中和可能会受到不明原因 的干扰,影响了船模航行的操控效果。遥控器电源采用 6V 的独立升压板供电,可以提高舵 机的稳定性。5、太阳能风能混合动力船模的设计的侧重点是依靠太阳能发电为船体提供推进动力的 电能。而依靠风能的帆船历史悠久、设计传统、操作技术娴熟,因此,在船模中体现了象征 性和模拟性。6、太阳能和风能都是可以再生的能源,不消耗矿物能源,没有环境污染,不需要运行 费用。 太阳能和风能相互补充的混合动力可以弥补传统帆船的不足,