张志慧

摘要：针对户外旅游，野外活动等特定群体充用电不便，本文提供一种绿色环保的解决方案。便携式水风光互补发电系统将低流速水能，风能，充分发挥太阳能和风能的互补性，太科学合理的整合保证整个电路的可靠性与安全性，优化设计模块，整体尺寸规划，便于携带，降低成本，提高效率，满足户外用电需求，为解决户外充电难的问题提供一种新的思路。

关键词：多动力源发电系统 绿色发电机 便携式

1 功能及组成介绍

该发电机主要采用水力和风能带动涡轮旋转发电，还可利用太阳能和人力进行发电，通过整流器得到我们需要的电能，可用来照明、给数码产品充电等，尤其是在流水的小溪、河流、山地，只要有流动的水源就能发电并存储，适合经常旅游的人们或野外生存爱好者使用。

整体由柔性太阳能电池板（光电系统）、涡轮发电机（水力发电系统、风力发电系统、手摇发电系统）、冗余电源、整流系统等组件构成。其中产品在整流器和冗余电源部分加装有显示屏与智能灯，显示屏可以实时显示电流大小，还可以显示天气、气压、温度等，智能灯部分可以在晚上用来为露营提供照明，并且还能设置不同频率的闪光以及SOS求救信号，方便户外使用，拥有IP68的防水等级。

该应急发电装置的总体方案如图2.1所示，包括涡轮发电机系统、光电系统、整流系统（升压电路、降压稳压电路、充电控制电路）、锂电池组和逆变器等部分。直流发电机输出的电压不稳定，不能直接给负载使用，配置升压电路和降压稳压电路，可以向负载输电。当发电功率大于负载功率时，还可对锂电池组充电。当发电功率不足时，锂电池组和手摇直流发电机共同向负载供电。充电控制电路负责锂电池组的充电管理。逆变器的功能是将锂电池组的直流电压逆变为交流电压，适配其它类型小功率电子设备。

2外观设计

采用滚筒式设计，各部件采用了收缩式、折叠式设计，利用滚筒式叶片启动速度低的特点，在充分利用水能时，也能更好地利用风能，适应户外旅游时风速低流速缓的情况，并采用滚筒式设计使作品结构紧凑，减少产品重量，减轻携带负担。解决了人们在出外时用电难的问题，将节能环保带到了户外旅游中。ABS塑料和聚碳酸酯的外壳可以有效防止太阳能紫外线照射破坏;最外边保护圈的设计，使得在山区溪流也可以放心将产品扔入水中，不用担心摔坏等问题;亮黄色的颜色设计，使得我们可以清楚看到水中的发电机的运行情况，产品外观在有利于我们户外使用的同时，尽可能符合大众审美，美观又不失性能。

3各系统设计

3.1 发电系统部分

由发电机系统和光电系统两部分组合而成的，其中的光电系统利用柔性太阳能电池板将太阳能转换成电能，发电机系统将风能、水能、机械能转换成电能，通过控制器对冗余电源充电，并通过逆变器对负载供电。现在市场上常见的太阳能发电装量充电不稳定（如夜间、阴雨天气，充电效率很低），供电可靠性不高;而我们团队的风水光人互补发电系统的优点：充电稳定，供电可靠性高，受环境因素和人为因素影响小，尽可能不间断的进行发电。

3.2 柔性太阳能电池板部分

光伏发电系统主要由太阳电池阵列、冗余电源、光伏充放电控制器、逆变器和用户负载等部分组成。本产品研发的光伏发电装置将光伏阵列与冗余电源直接连接，同时加入最大功率跟踪环节，既可以跟踪光伏障列的最大输出功率，又可以输出稳定的电压对冗余电源充电，兼顾光伏发电系统的动态性能和稳态性能。

3.3 整流器部分

整流器部分含有稳压电路、升压电路、降压电路和充电电路，均采用模块化设计，降低产品重量，增强发电机的可靠性。稳压电路选用核心芯片为LM2596，升压电路，选用XL6009 DC-DC升压模块配以少量的电子元件实现，降压电路选用XL4001固定频率脉宽调制（降压型）DC/DC转换器，充电电路选用CN3068芯片对单串锂电池进行恒流/恒压充电的充电电路[[]]。

4可行性分析

（1）发电机的涡轮发电机采用永磁式发电机。整机结构简单，内部设计排列紧凑，体积、重量大为减少，可靠性大大提高。采用开关式整流稳压方式，稳压精度高、充电效果好，延长蓄电池的使用寿命。

（2）柔性太阳能电池板光伏发电系统与冗余电源直接连接，加入最大功率跟踪环节，既可跟踪光伏障列最大输出功率，又可输出稳定电压对冗余电源充电，兼顾光伏发电系统的动态性能和稳态性能，还能有效抑制非线性负载和死区效应带来的干扰。

5總结

以户外活动为突破口，创新性的采用水力、风能、光伏、机械能等多能源混合发电，尽最大可能利用自然资源，为户外活动提供电能并存储，具有目前市场上任何一款发电机所不具备的优势，占用空间小，便于携带，使用方法简单，能廉价地满足电子设备用电及电池充电的需求，方便快捷地为各类电子设备提供电源。在目前市场上属于领先水平，并且利用绿色能源也属于未来人类的发展方向，因此该便携式发电机在承担着保护环境的社会责任的同时，还有着广袤的发展前景和可观的经济效益。

山东农业大学  山东  泰安  271018