新型浮球式太陽能深水增氧裝置設(shè)計及應(yīng)用

張炳煥

？研究目的、意義及簡介

目前，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)廣泛應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備中，增氧機(jī)是其中很關(guān)鍵的一種。一般情況下，養(yǎng)殖魚類要求溶氧量在5.0？5.5 mg/L，低于0.5 mg/L時魚便會死亡，且易造成水質(zhì)腐敗。目前，在魚、蝦養(yǎng)殖業(yè)中使用的各種增氧機(jī)幾乎全部采用電能驅(qū)動。采用電能驅(qū)動的缺點(diǎn)是電能消耗大，且增加二氧化碳排放的問題。所以將太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用在漁業(yè)養(yǎng)殖領(lǐng)域不僅是一種新的嘗試，更是關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的百年大計。將太陽能供電系統(tǒng)應(yīng)用于增氧機(jī)，一方面可以節(jié)約電能、減少環(huán)境污染，另一方面可以緩解缺電少電的矛盾，同時也為太陽能電池在水產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用提供一條途徑。

針對以上背景，本人研發(fā)出一種新型浮球式太陽能深水增氧裝置，提出了“浮球式太陽能深水增氧裝置”設(shè)計。該項(xiàng)目主要從以下3個方面進(jìn)行研究：

？柔性太陽能電池板貼裝于球體的電池組件的設(shè)計與研究；

？浮球式太陽能電池組件漂浮于水面研究；

？深水位、漂移式遙控自行走水上增氧設(shè)備的軟硬件設(shè)計。

？設(shè)計原理與研究內(nèi)容

？ 現(xiàn)有技術(shù)分析

傳統(tǒng)的魚塘增氧裝置往往采用電纜供電，利用電機(jī)帶動葉片翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生水花增氧。但是，此種工作方式有如下缺點(diǎn)：

？增氧的水位較淺，效率低，浪費(fèi)能源；

？增氧裝置不方便移動，增氧的水域范圍受到限制；

？采用電纜供電，在水池環(huán)境工作存在安全隱患。

如果讓增氧裝置采用平板式太陽能電池板供電，則需要配套安裝復(fù)雜的大型太陽跟蹤器，大大增加使用成本，而且還需要人工清理電池板表面灰塵，不方便維護(hù)。

？ 研究內(nèi)容

本項(xiàng)目的目的在于提供一種浮球式太陽能深水增氧裝置，可以全方位吸收不同波段的太陽光，不受陽光方向及氣象條件的影響，可實(shí)現(xiàn)晝夜供電增氧。

本項(xiàng)目研發(fā)了一種包括浮球、柔性太陽能電池組、電池控制器、太陽能蓄電池和空氣泵的浮球式太陽能深水增氧裝置。在裝置中，柔性太陽能電池組貼裝于浮球表面，電池控制器、太陽能蓄電池和空氣泵安裝在浮球內(nèi)部，電池控制器與太陽能蓄電池連接，太陽能蓄電池與空氣泵連接。浮球上設(shè)有空氣入口和出口，與空氣泵的入氣管和出氣管連接。在出氣管的端部設(shè)有深水增氧出口。浮球漂浮于水面，可全方位吸收太陽光和水面反射光。浮球內(nèi)還加裝了蓄電池，可實(shí)現(xiàn)晝夜供電。

遙控接收器安裝在浮球內(nèi)部，馬達(dá)和螺旋槳安裝在浮球的下方。工作時，遙控接收器接收遙控器發(fā)出的信號控制馬達(dá)帶動螺旋槳運(yùn)動。反光板和潛水泵安裝在浮球的下方。反光板呈荷花形，由鋁箔反光板制成；潛水泵安裝有連接管，在連接管上設(shè)有噴嘴。噴嘴不但可以制作水上噴泉供觀賞，而且噴出的水流也可以自動清洗太陽能電池組的表面灰塵，起到自清潔作用，使得太陽能電池組的維護(hù)更加方便、快捷。逆變器安裝在浮球內(nèi)部，可以將太陽能電池組輸出的直流電變?yōu)榻涣麟?，既可直流輸出也可交流輸出?/p>

？本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

本項(xiàng)目與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

？利用柔性太陽能電池板貼裝于浮球表面，在浮球底部安裝反光板，浮球漂浮于水面，可多角度吸收太陽光及水面反射光；浮球內(nèi)加裝了蓄電池，可實(shí)現(xiàn)晝夜供電，大大降低了使用成本。

？通過加裝水下空氣泵作為深水增氧裝置，增氧的水位較深，效率高，節(jié)約能源。

？本項(xiàng)目通過加裝潛水泵，不但可以制作水上噴泉供觀賞，而且可以清理太陽能電池組的表面灰塵，起到自清潔作用，使得對太陽能電池組的維護(hù)更加方便、快捷。

？通過加裝馬達(dá)和螺旋槳，采用遙控或程序控制增氧裝置的漂移行走，極大地擴(kuò)大了增氧范圍。

？用途

本項(xiàng)目使用范圍廣泛，可滿足以下用途：

？水上養(yǎng)殖場的深水增氧。

？充當(dāng)公園和小區(qū)內(nèi)水面的燈光及噴泉布景，以便增加周圍空氣中的負(fù)離子?？蓪⑼庑卧O(shè)計呈小動物戲水造型，為百姓生活增添更多樂趣。

？兒童益智運(yùn)動玩具。

？在潛水器出事故的時候，能夠應(yīng)急增氧。

？總結(jié)與展望

？ 總結(jié)

本項(xiàng)目以“浮球式太陽能深水增氧裝置”為研究對象，探討其獨(dú)立光伏發(fā)電電源配置方法，提高能量轉(zhuǎn)換效率的浮球技術(shù)，以及浮球體、蓄電池、控制器、逆變器、空氣泵、潛水泵及遙控馬達(dá)的匹配策略。并對整個系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行了研究，針對浮球式太陽能增氧裝置漂浮于水面進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，證明了浮球式太陽能發(fā)電及增氧能力的有效性。？ 展望

目前太陽能多用于觀賞養(yǎng)殖水域，在水上養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用則比較少。但是隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，用于制造柔性太陽能電池板的光伏材料價格不斷下降，尤其是能源危機(jī)的日益加劇，使人們越來越重視清潔能源的利用，所以未來對于太陽能的利用將越來越多，而在水上養(yǎng)殖業(yè)及公園小區(qū)水池配備浮球式太陽能深水增氧裝置也指日可待。

？ 進(jìn)一步完善的設(shè)想

由于目前只能購買到長方形柔性太陽能電池板，對于太陽能系統(tǒng)的研究尤其是柔性太陽能電池板的研究還需要更加深入。在后續(xù)研究中，應(yīng)該針對更多種柔性太陽能電池板進(jìn)行改進(jìn)，若將長方形太陽能電池板改為六邊形柔性太陽能電池板，設(shè)計將更合理；若采用彩色的太陽能電池板，則可以增加美化環(huán)境效果。