蒙古包是蒙族人民在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造出來的一種既實(shí)用、又美觀且深受蒙族人民喜愛的建筑。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：便于安裝和拆卸、可有效的通風(fēng)抗風(fēng)和防沙防雨、安裝無需打地基也無需特別平整地面、冬暖夏涼具有很強(qiáng)的承重能力、重量輕采光好可用空間大。

蒙古包的基本結(jié)構(gòu)如下：1、有一個(gè)安裝在蒙古包最上端的木制或金屬制的環(huán)形天窗，蒙族人將其稱為套腦，套腦邊緣有均勻分布的盲孔，用來安裝蒙古包傘架的椽子，套腦的中央有呈輪狀的中空?qǐng)A環(huán)，用來保證蒙古包內(nèi)外空氣的對(duì)流；2、沿著套腦四周，安裝有用柳木棍或金屬管材制作的椽子，蒙族人將其稱為烏尼或?yàn)跄釛U，烏尼桿像傘骨一樣以一定的角度傾斜向下分布，構(gòu)成了蒙古包“屋頂”的支撐；3、烏尼桿垂下的部分和構(gòu)成蒙古包圍墻的柵欄頂端相連接，這些柵欄也是用柳木桿或金屬管材制作，蒙族人將其稱為哈納，哈納由很多柳木桿或金屬管材呈平行四邊形鏈接而成，節(jié)點(diǎn)用駱駝皮繩或金屬鉚釘固定，使得哈納可以在水平方向隨意拉伸，這樣就可以使蒙古包的圍墻根據(jù)需要調(diào)整高矮；4、由多組哈納相連接，就構(gòu)成了蒙古包的圍墻柵欄，哈納與哈納之間留出較大空隙的地方就是安裝蒙古包門框的地 方，傳統(tǒng)的蒙古包是用厚厚的氈子做成門簾，現(xiàn)代蒙古包則多數(shù)用木門替代傳統(tǒng)的門簾；5、把蒙古包的套腦、烏尼和哈納連接完成后，就可以在上面蓋上頂棚，頂棚的上端叫領(lǐng)，頂棚的下面叫襟，一般頂棚由兩塊扇形的氈子縫合制成，頂棚頂端是一個(gè)和套腦直徑相當(dāng)?shù)膱A孔，以保證通風(fēng)。頂棚上面有個(gè)外罩，外罩上面布滿荀麗的圖案，一般是深藍(lán)色的對(duì)稱鼻紋；6、在刮風(fēng)、下雨、下雪或夜晚降臨時(shí)，要將一個(gè)方形頂氈蓋在套腦的上方，以避免雨雪或風(fēng)沙從天窗中落入蒙古包內(nèi)；7、沿著哈納要圍一圈圍氈，這就是蒙古包的圍壁，圍壁外面要捆綁上數(shù)條腰帶，它們起著固定蒙古包的作用；8、大型蒙古包需要立柱支撐套腦，以確保蒙古包的牢固，立柱的上端固定在套腦的邊緣上，下端固定在被稱作火撐的木制方框上；9、古時(shí)蒙古貴族居住的蒙古包被稱作斡爾朵，也叫做宮帳，這種蒙古包在套腦的上方長(zhǎng)出一部分，被稱作脖頸，這樣做一方面可以省去頂氈，另一方面也使得蒙古包看上去更加壯觀華麗。

由于傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境的破壞和污染日趨嚴(yán)重，因此太陽能和風(fēng)能作為清潔能源越來越受到世界各國的重視。我國內(nèi)蒙、甘肅、青藏等地，由于地廣人稀，以往通過電網(wǎng)供電到戶的成本高于采用獨(dú)立風(fēng)能或太陽能供電到戶的成本，所以采用獨(dú)立風(fēng)能或太陽能給用戶供電越來越受到當(dāng)?shù)鼐用窈偷胤秸那嗖A。目前采用獨(dú)立風(fēng)能發(fā)電多采用水平軸風(fēng)力發(fā)電裝置，而采用獨(dú)立太陽能發(fā)電則多采用聚光光伏和非聚光光伏的發(fā)電設(shè)備。由于上述地區(qū)風(fēng)沙大，氣候條件惡劣，為保證風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和太陽能發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)固，一般都需要打造堅(jiān)實(shí)的鋼筋混凝 土地基，安裝笨重的金屬支架，在沙漠地區(qū)和高海拔地區(qū)完成這樣的施工是非常困難的，往往這部分的施工成本就占去整個(gè)風(fēng)能或太陽能發(fā)電設(shè)備總成本的三分之一強(qiáng)，成為阻礙風(fēng)力發(fā)電或太陽能發(fā)電設(shè)備在上述地區(qū)安裝發(fā)展的障礙之一。

蒙古包是蒙族人民經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期生產(chǎn)實(shí)踐創(chuàng)造出來的一種實(shí)用建筑形式，其最大的特點(diǎn)就是不怕風(fēng)沙雨雪，也無需打造地基，搭建拆卸十分方便快捷，可以抗十級(jí)大風(fēng)，承載數(shù)千斤重量也不會(huì)變形倒塌。鑒于蒙古包具有這么多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，我們可否將蒙古包的這些特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)用于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電呢？是否可以發(fā)明一種既具有風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電功能、又具有居住功能的蒙古包呢？這正是本發(fā)明要解決的核心問題。

本發(fā)明的特征是，在不改變傳統(tǒng)蒙古包結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的功能，使蒙古包不僅保留其傳統(tǒng)居住的功能，還可以利用其風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電裝置給蒙古包提供電力，該電力不僅可以滿足蒙古包內(nèi)部照明、冷暖空調(diào)、電視冰箱等家用電器的供電，也可以滿足牧場(chǎng)灌溉用水泵的電力供應(yīng)。考慮到蒙古包的特殊結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)力發(fā)電采用了垂直風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，而太陽能發(fā)電裝置則采用了非晶硅和晶硅圖案化太陽能電池板發(fā)電。上述風(fēng)力發(fā)電裝置和太陽能發(fā)電裝置可以聯(lián)合使用，也可以獨(dú)立使用。當(dāng)夜幕降臨或遭遇陰雨天氣時(shí)，風(fēng)力不小于三級(jí)的情況下，垂直風(fēng)力發(fā)電裝置仍可以持續(xù)為蒙古包提供電力。

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的特點(diǎn)。

附圖1說明了傳統(tǒng)蒙古包的基本形狀、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，也說明了安裝風(fēng)力發(fā)電裝置和太陽能發(fā)電裝置的位置。1為套腦，呈圓環(huán)形，環(huán)形的邊緣有很多盲孔，盲孔向圓心的一端是封死的，向外的一端開孔，套腦在蒙古包建筑規(guī)制中十分重要，套腦中央有中空的大孔，叫做天窗，可以使蒙古包內(nèi)外形成空氣對(duì)流，套腦的圓環(huán)形邊緣上有二到四個(gè)垂直的盲孔，它被用來安裝蒙古包的立柱8，在本發(fā)明里，它被用來安裝垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支柱，該支柱的形狀和安裝方法和傳統(tǒng)蒙古包支柱的形狀和安裝方法完全一樣。通過套腦1上的盲孔，呈傘狀的烏尼桿2逐根向下呈一定角度傾斜，它們和下方的支架哈納3相連接。門框4將哈納連接呈一個(gè)閉環(huán)，最終構(gòu)成蒙古包的完整框架。蒙古包的頂棚5和圍氈7構(gòu)成了蒙古包的外衣，太陽能電池板就安裝在頂棚上和圍氈上。9是大型蒙古包的頸，那里也是安裝垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)扇葉和發(fā)電機(jī)的地方。為表達(dá)清晰起見，圖中沒有將均勻分布的全部烏尼桿和哈納繪出。

附圖2進(jìn)一步說蒙古包的特點(diǎn)和本發(fā)明的特征。蒙古包的傳統(tǒng)形式有兩種，其一為有脖頸9的蒙古包，蒙古語叫斡爾朵，這種形式的蒙古包既可以安裝垂直風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，也可以安裝太陽能發(fā)電設(shè)備。其二為沒有脖頸9的蒙古包，它靠一個(gè)被叫做頂氈的正方形的氈墊蓋在蒙古包套腦的上方，用來調(diào)節(jié)空氣和防止風(fēng)沙雨雪，這樣的蒙古包不宜與安裝垂直風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，適于安裝太陽能發(fā)電設(shè)備。哈納3是由平行四邊形構(gòu)成的，其高度56可以調(diào)節(jié)，因此烏尼桿的水平傾角55也可以通過調(diào)整哈納的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以根據(jù)蒙古包所處的地 理位置，調(diào)整蒙古包頂棚的傾角，使頂棚傾斜面和太陽的平均入射角相垂直，以保證安放在頂棚上的太陽能發(fā)電裝置獲得最大的平均日照功率。

附圖3說明本發(fā)明是如何在傳統(tǒng)蒙古包內(nèi)安裝垂直風(fēng)力發(fā)電裝置的。傳統(tǒng)的蒙古包內(nèi)有表示“天圓”的套腦1，也有表示“地方”的火撐18，套腦1和火撐18上都有安裝立柱8的盲孔，本發(fā)明利用這種特殊的建筑方式，在完全不改變?cè)Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的支柱13，支柱可以是兩個(gè)也可以是四個(gè)。11是垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)，10是安裝在蒙古包脖頸9內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的扇葉，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸電線沿著立柱13傳到地面，14是充電控制器，它將風(fēng)力發(fā)電機(jī)11發(fā)出的交流電整流后變成直流電，15是儲(chǔ)能裝置，它可以將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，16是逆變器，它可以將低壓直流電轉(zhuǎn)變成滿足一般電器要求的交流電，17是負(fù)載，它可以是光源、冰箱、空調(diào)、電磁爐，也可以是水泵、鍘草機(jī)等農(nóng)用設(shè)備。

附圖4是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理框圖。11、10、13表示垂直風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、扇葉和支撐該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的支柱。14、15、16和17分別表示電壓控制整流器、電能儲(chǔ)存設(shè)備、逆變電源和各種負(fù)載。

附圖5說明了本發(fā)明是如何在不改變傳統(tǒng)蒙古包結(jié)構(gòu)和形式的基礎(chǔ)上增加太陽能發(fā)電裝置的。傳統(tǒng)蒙古包的頂棚上有個(gè)外罩20，外罩上有以深藍(lán)色為主色調(diào)的對(duì)稱鼻紋圖案30，它的面積較大，顏色和太陽能電池板的顏色接近，將薄膜太陽能電池或非薄膜太陽能發(fā)電裝 置電池做成傳統(tǒng)蒙古包外罩的圖案式樣，按照一個(gè)直徑五米的蒙古包計(jì)算，它可以發(fā)出大約1100W以上的電力。21是蒙古族人民喜愛的盤長(zhǎng)圖案，它也是深藍(lán)色基調(diào)，通常裝飾在蒙古包氈門的兩側(cè)，象征著吉祥如意和幸福長(zhǎng)久之意，將薄膜太陽能電池或非薄膜太陽能電池做成如圖所示的盤長(zhǎng)圖案，按照一個(gè)直徑五米的蒙古包和四個(gè)盤長(zhǎng)圖案的太陽能電池計(jì)算，它們也可以發(fā)出不少于1100W的電力。22是蒙古包頂棚下沿部分，通常鑲有花邊，花邊有的是鼻紋圖案，也有云紋圖案，它們環(huán)繞蒙古包一周，顏色也是深藍(lán)色的。按照22的樣式制作薄膜太陽能電池或非薄膜太陽能電池，按照一個(gè)直徑五米的蒙古包計(jì)算，可以發(fā)出300W電力。這樣將三部分的太陽能發(fā)電裝置連接起來，可以發(fā)出平均2500W的電力。當(dāng)然，如果增加了太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率和面積，發(fā)電量還可以增加。

附圖6說明本發(fā)明太陽能發(fā)電部分的原理框圖。20，21和22是按照蒙古族傳統(tǒng)蒙古包圖案形式制作的太陽能發(fā)電裝置，它們可以是薄膜太陽能電池，也可以是非薄膜太陽能電池。20、21和22連接到太陽能充電控制器14上，15是電能儲(chǔ)能裝置，14將從太陽能電池板20、21和22上獲得的電力向電能儲(chǔ)能裝置15內(nèi)部充電，16是逆變器，它將電池的直流電能轉(zhuǎn)換為一般家電使用的交流電能，17是負(fù)載，可以使照明光源，也可以是冰箱、空調(diào)、電磁爐、水泵或鍘草機(jī)等。

附圖7是圖案化太陽能電池板的結(jié)構(gòu)圖。35是由矩形單元太陽能電池板拼接而成的盤長(zhǎng)圖案的正面，36是由矩形單元太陽能電池板拼接而成的盤長(zhǎng)圖案的背面。這些太陽能電池板按照所需要的直流電壓 和輸出功率串聯(lián)和并聯(lián)。37是具有盤長(zhǎng)圖案的太陽能電池板的輸出電壓接口。附圖8是描述了頂棚下方花邊形狀的太陽能電池板的單元結(jié)構(gòu)和拼接結(jié)構(gòu)。38是單元花邊形圖案太陽能電池板的正面，39是單元花邊形圖案太陽能電池板的背面。40是這些太陽能電池板的輸出電源接口。這些太陽能電池板同樣根據(jù)所需要的直流電壓和輸出功率進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)。41是拼接到一起的花邊型太陽能電池板，它們可以是薄膜電池，也可以是非薄膜電池。

附圖9說明了蒙古包頂棚外套上的圖案化太陽能電池板的單元結(jié)構(gòu)和拼接后的形狀。25是鼻紋圖案太陽能電池板的單元結(jié)構(gòu)的正面，26是鼻紋圖案太陽能電池板單元結(jié)構(gòu)的背面，24為鼻紋圖案太陽能電池板的輸出電源接口。27是另一種鼻紋圖案太陽能電池板的單元結(jié)構(gòu)的正面，28是另一種鼻紋圖案太陽能電池板單元結(jié)構(gòu)的背面。29是將上述兩個(gè)對(duì)稱鼻紋圖案的太陽能電池板拼接到一起后的形狀。30是將相互對(duì)稱的八個(gè)鼻紋圖案太陽能電池板拼接到一起的形狀。將這組拼接好的太陽能電池板安放在蒙古包的頂棚之上，作為蒙古包的外罩，一方面其形狀和顏色完全符合傳統(tǒng)蒙古包文化和民俗的特征，另一方面，它還具備了太陽能發(fā)電的功能。

附圖10說明了本發(fā)明中所述的在蒙古包上安裝圖案化的太陽能電池板是如何提高光電轉(zhuǎn)換效率的。由于蒙古包50的包頂呈錐狀結(jié)構(gòu)，這樣安裝其上的太陽能電池板20的方位角和傾斜角可以保證其最大限度的接受光照46，使其處于最佳的光電轉(zhuǎn)換效率范圍內(nèi)。我國最佳太陽能分布區(qū)域大部分在較高緯度地區(qū)(如內(nèi)蒙、甘肅、青海、陜 北、藏北等地區(qū))，這些區(qū)域也是最適合在蒙古包包頂安裝太陽能電池板的，因?yàn)槊晒虐鼮跄釛U的特殊傾角很適合太陽能電池板最大限度的采集光能。

附圖11進(jìn)一步說明安裝在蒙古包頂棚上的太陽能電池板是如何采集光能的。為了使得安裝在蒙古包頂棚外罩上的太陽能電池板20盡可能多的獲得太陽能，其平面應(yīng)該和太陽的光線相垂直，即太陽45發(fā)出的光線46和安裝于蒙古包頂棚外罩上的太陽能電池板20要平均接近九十度夾角。這可以通過調(diào)整蒙古包圍壁的高度56來實(shí)現(xiàn)。由于蒙古包的哈納桿是呈平行四邊形鏈接的，其高度可通過縮放哈納的水平長(zhǎng)度加以調(diào)節(jié)，在我國北方地區(qū)，將烏尼桿水平傾角調(diào)整到45度左右，其頂棚外罩上的太陽能電池板獲得的平均日照強(qiáng)度最大。

附圖12說明安裝在蒙古包圍壁上的盤長(zhǎng)圖案太陽能電池板是如何采集光能的。具有盤長(zhǎng)圖案的太陽能電池板61的下方有一個(gè)活動(dòng)支架60，通過調(diào)整這個(gè)活動(dòng)支架可以使太陽能電池板與圍壁之間呈現(xiàn)一定的角度，當(dāng)這個(gè)角度為45度左右時(shí)，在方位角合適的情況下，61和45的光線大約呈現(xiàn)90度的直角，太陽能電池板可以獲得的光照能量最大。夜晚或陰雨天可以放下支架60，太陽能電池板將和蒙古包的圍壁平行。

本發(fā)明有如下的實(shí)施例。直徑五米的蒙古包通過傳統(tǒng)蒙古包工藝制作而成。套腦、烏尼桿、哈納桿全部為柳木制造，烏尼和哈納之間、哈納桿之間的節(jié)點(diǎn)全部以傳統(tǒng)牛皮繩固定。蒙古包的頂棚和圍壁以雙層氈子做成，內(nèi)氈為黃色，外氈為白色?；饟螢槟局?，火撐上安裝了兩 個(gè)圓木支撐作為蒙古包套腦和脖頸的支撐，同時(shí)也作為垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備的支撐，垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)力每秒1.2米，額定風(fēng)力每秒14米，葉片直徑80厘米，輸出功率400W，輸出電壓50V。在蒙古包的頂棚上有四個(gè)鼻紋狀薄膜太陽能電池做成的外罩，它們相互并聯(lián)，輸出直流電壓36伏，采用非晶硅柔性薄膜太陽能電池板，輸出功率1000W。在蒙古包圍壁上安裝有4個(gè)具有盤長(zhǎng)圖案的單晶硅太陽能電池板，它們相互串聯(lián)，輸出直流電壓36伏，輸出功率1000W。垂直風(fēng)力發(fā)電設(shè)備輸出的交流電經(jīng)過整流設(shè)備整流后存入蓄電池中，太陽能電池板輸出的直流電壓經(jīng)控制器直接為蓄電池充電，兩種發(fā)電方式采用了風(fēng)光互補(bǔ)控制器。蓄電池的直流電能經(jīng)過逆變器后輸出220伏特50赫茲的交流電供蒙古包內(nèi)部家電使用，另外輸出380伏特動(dòng)力電供蒙古包外的水泵和鍘草機(jī)等農(nóng)機(jī)具使用。全部電源充電控制器、蓄電池和逆變器都安裝在具有傳統(tǒng)蒙古家具特色的被褥箱柜之中。

本實(shí)施例的蒙古包內(nèi)還安裝有無線WiFi上網(wǎng)和USB充電接口，更加方便了蒙古包的使用者。通過本發(fā)明的實(shí)施做到了將擁有悠久歷史文化傳統(tǒng)的蒙古包建筑同高科技現(xiàn)代化能源技術(shù)的完美結(jié)合。