基于風(fēng)光互補(bǔ)自發(fā)電的無線耳機(jī)

王海均，曾良才，周疆豪武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院

基于風(fēng)光互補(bǔ)自發(fā)電的無線耳機(jī)

王海均，曾良才，周疆豪武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院

此新型無線耳機(jī)帶有光電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置，基于風(fēng)光互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)自我供電。耳機(jī)由耳機(jī)本體、光電池板、三葉片風(fēng)車、微型發(fā)電機(jī)、伸縮桿、開關(guān)組成。通過三葉片風(fēng)車和電池板實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能和光能轉(zhuǎn)化為耳機(jī)的電能，從而使微型發(fā)電機(jī)完成兩種能量的利用，達(dá)到風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的目的，既高效又經(jīng)濟(jì)。

風(fēng)光互補(bǔ)；自發(fā)電；無線耳機(jī)

引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線耳機(jī)在生活中隨處可見。而現(xiàn)有的無線耳機(jī)在使用過程中，難免出現(xiàn)電量不足而不能繼續(xù)使用的情況，這給人們的使用帶來了不便，因此一種適合用于耳機(jī)并且易于和耳機(jī)結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)值得研究。

1 研究背景

傳統(tǒng)無線耳機(jī)電量不足的情況時常出現(xiàn)，不能滿足人們較高的需求。

風(fēng)能和太陽能是目前最清潔、最環(huán)保、用之不竭的能源，采用太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電是利用可再生清潔能源的重點(diǎn)[1]。而太陽能與風(fēng)能在時間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，這使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源具有良好的匹配性[2]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在lOm高度風(fēng)能儲量為3.2TW，可利用的超過1.OTW[3]，太陽能資源較豐富地區(qū)達(dá)到了國土面積的67%，可利用年平均日照小時達(dá)到2000h以上，年日照強(qiáng)度達(dá)6*109MJ/m2，相當(dāng)于1.7* 1012標(biāo)準(zhǔn)煤[4]。

因此可以利用現(xiàn)有豐富的風(fēng)能與光能應(yīng)用于無線耳機(jī),實(shí)現(xiàn)自我供電。

2 發(fā)明內(nèi)容

此新型耳機(jī)由耳機(jī)本體、光電池板、三葉片風(fēng)車、微型發(fā)電機(jī)、伸縮桿、開關(guān)組成。所述的耳機(jī)本體內(nèi)置有充電電源和無線傳輸系統(tǒng)，耳機(jī)本體兩側(cè)各設(shè)有一個光電池板，光電池板能接受太陽光照射將光轉(zhuǎn)化為電能存儲到充電電源中；所述的三葉片風(fēng)車有兩個，分別在下方與微型發(fā)電機(jī)相連，將產(chǎn)生電能存儲到充電電源中；所述的伸縮桿上端與微型發(fā)電機(jī)相連，伸縮桿可以伸出或縮短；所述的開關(guān)用于控制無線傳輸系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電原理：

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)、電能變換控制環(huán)節(jié)和電能存儲消耗環(huán)節(jié)三部分組成。

圖1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)

電能產(chǎn)生環(huán)節(jié)包括風(fēng)力和太陽能兩部分發(fā)電。前者可通過三葉扇獲取風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；后者通過光電池板獲取光能轉(zhuǎn)化為電能。

2.2 電能變換控制環(huán)節(jié)[5]

電能變換控制環(huán)節(jié)由DC/DC變換器、主控制電路等部分構(gòu)成，是發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。

微型發(fā)電機(jī)輸出的交流電需經(jīng)整流后進(jìn)入DC/DC變換器，輸出的直流電經(jīng)過穩(wěn)壓后直接送入DC/DC變換器；光電池板輸出得到的直流電通常要通過1個防反二極管后，再送入DC/DC變換器。

主控制電路通常采用PLC或單片機(jī)、DSP等控制芯片，通過控制DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)功率變換，同時還可對各種信息、參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理，從而實(shí)現(xiàn)對耳機(jī)設(shè)備的保護(hù)、風(fēng)險預(yù)警等功能。

2.3 電能存儲消耗環(huán)節(jié)[6]

電能存儲消耗環(huán)節(jié)包括存儲和消耗兩部分。電能的存儲部分由耳機(jī)中微型蓄電池承擔(dān)，在整個系統(tǒng)中起到電能調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載的作用。電能的消耗部分主要由直流負(fù)載、交流負(fù)載組成。

3 研究的有益效果

本新型耳機(jī)使人們在使用過程中能將光和風(fēng)利用起來進(jìn)行自我供電，更加滿足了人們的使用需求。

4 具體實(shí)施方式

使用時，將耳機(jī)本體正確戴放到使用者的頭部上，手動打開耳機(jī)本體上的開關(guān)，此時耳機(jī)本體內(nèi)的無線傳輸系統(tǒng)啟動，使用者可以連接手機(jī)、電腦等終端設(shè)備來使用，在戶外使用時，先拉伸或者縮短與微型發(fā)電機(jī)相連的伸縮桿，調(diào)整三葉片風(fēng)車到合適的高度，在有風(fēng)的情況下，耳機(jī)本體上的兩個三葉片風(fēng)車會在風(fēng)的帶動下旋轉(zhuǎn)，并同時帶動兩個微型發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，產(chǎn)生的電能會存儲到耳機(jī)本體內(nèi)置的充電電源中；在有太陽光的情況下，耳機(jī)本體兩側(cè)的光電池板會接收太陽光，并將光能轉(zhuǎn)化成電能存儲到充電電源中。

圖2 新型耳機(jī)外觀

5 結(jié)論與展望

雖然能夠在一定程度上解決傳統(tǒng)無線耳機(jī)受電量限制的缺陷，能夠在一定程度上提高太陽能和風(fēng)能的利用效率，但還是存在三葉風(fēng)扇以及光電池板等都不便于攜帶裝載等問題，因此對此新型無線耳機(jī)的主要改進(jìn)的地方是使其輕量化，便于攜帶和折疊等等。

為此所提出的解決辦法是將三葉扇和光電池板獨(dú)立起來，即三葉扇和光電池板可從整體耳機(jī)中拆除下來，也可裝載起來，這樣既可以讓耳機(jī)在電量不足時通過風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)充分利用風(fēng)能與光能發(fā)電，也可以在不需要時卸掉三葉扇和光電池板，以供使用者自由支配，充分改善此新型無線耳機(jī)。

[1]孫楠，邢德山，杜海玲.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用展望[A].山西電力,2010年8月（4）：54-56.

[2]賀煒.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用展望[B].上海電力,2008（2）：134-138.

[3]黃毅城.大力發(fā)展風(fēng)電[J].電網(wǎng)與清潔能源，2008，24（1）：1-2.

[4]孟克其勞，賈大江，王利平.風(fēng)光互補(bǔ)控制器的智能化計(jì)[J].太陽能學(xué)報，2005,26（2）：192-195.

[5]陳亞愛，金雍奧.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)綜述[J].電氣傳動,2012,42（1）：3-9.

[6]王濤.小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)控制器的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2009.