CN101413489B - 高空风力太阳能联合发电机 - Google Patents

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Abstract

高空风力太阳能联合发电机是一种利用高空丰富的风力和太阳能资源进行发电的装置，该发明包括气囊，立轴式风力发电机，遮风体，拉绳，光伏电池。风力发电机和光伏电池由气囊携带升上高空。风力发电机风轮的一侧安装有起挡风作用的遮风体，该遮风体遮挡住逆风向旋转的叶片，使其不受气流作用，而顺风向旋转的部分叶片不被遮挡，受到气流作用，使风轮在气流作用下旋转而发电。所述遮风体的迎风面是向下倾斜的，可以把气流聚集到未受到遮挡的那部分风轮叶片上，同时可以获得向上的升力。本发明的有益效果是发电量大，设备比传统的塔式发电设备便宜，分摊到每度电上的成本很低，同时，高空风力发电机不必占用大量土地，对地面上的地形地貌也没有特别要求。

Description

高空风力太阳能联合发电机
技术领域：
本发明公开一种风力太阳能联合发电装置，特别是一种用于高空的风力发电和太阳能发电装置，属于新能源技术。
背景技术：
随着人们对清洁能源越来越重视，风力发电技术逐渐成为了一个热点。由于技术的限制，目前实际应用的各种风力发电机组均采用固定在地面上的建设方式，一般，发电设备都伫立在地面上几十米处，这里的风速一般只有每秒5米，而且风向多变。随着海拔高度的增加，风速会成倍增加，在几千米的高空，风速不仅可达到地面上的约十倍，同时风向和风速都很稳定，是进行风力发电的理想区域。太阳能发电也是新能源技术的一个热点，目前，光伏发电站都是建设在地面上，由于受到云层、天气和地形的影响和限制，所以效率比较低，而高空不受到这些不利因素的影响，阳光强烈，是光伏发电的理想区域。
发明内容：
本发明的目的是公开一种利用高空风力资源太阳能资源进行发电的技术，本发明包括可携带一定重物升空的气囊，垂直轴式风力发电机，遮风体，拉绳，方向舵，光伏电池。
风力发电机风轮旋转轴的一侧安装有起挡风作用的遮风体，另一侧不安装遮风体，该遮风体的作用是使风轮上逆风向运动的叶片受到遮挡，不受风力的作用；而顺风向运动的叶片没有受到遮挡，在气流的作用下，带动风轮旋转。所述遮风体有较大的内部空间，能容纳氦气或氦气囊，遮风体内部还有用于保持遮风体形状的轻质骨架，遮风体的迎风面是向下倾斜的，该迎风面用于把气流聚集到未受到遮挡的旋转轴另一侧的那部分风轮叶片上，同时向下倾斜的迎风面在风力作用下，获得向上的升力，可以将机组带上高空，捕获更强的气流。
风轮使用多个支点固定在支架上，风轮叶片呈扁平状，安装在风轮旋转轴上，叶片平面平行于旋转轴。相邻叶片之间有一定的夹角，在运行时，不同叶片先后交替旋转出遮风体，错开了它们受气流作用的时间，这样，可以平稳风轮的整体受力。
遮风体内部充有氦气或安装有氦气囊，无风时，气囊的浮力使机组浮在空中。
有风时，遮风体遮挡住逆风向旋转的叶片，使其不受风力作用，而顺风向旋转的部分叶片不被遮挡，受到气流作用，于是风轮旋转从而发电，所发的电力通过电缆传回地面，整流后并入电网。遮风体向下倾斜的迎风面提供向上的升力，可以使机组升到更高处，捕获更强劲的气流，同时，遮风体向下倾斜的迎风面可以将气流聚集到未受到遮挡的叶片上，提高了风力的能量密度。拉绳将空中的机组系留在地面上，同时通过调节两节拉绳的长短，可以控制机组在空中的姿态，使遮风体相对于风轮的角度达到最佳，以获得最好的遮风和发电效果。遮风体上还安装有方向舵，该方向舵可以调节机组的迎风角度，使其保持正面迎风。
风力过大时，通过拉绳将机组收回到地面上避风。
在同一根绳索上的不同高度安装多个机组，形成梯状排列，能倍增发电量。
光伏电池安装在遮风体的上表面和侧面，利用高空中强烈的太阳能发电，这样，既可以进一步提高发电能力，又可以与风力发电形成互补，光伏电池采用重量轻的薄膜光伏电池。
由于采用垂直叶片，叶片的受力中心和旋转轴的距离较近，所以叶片的受风压力小，叶片脱落、断裂和飞出等问题得到了很好的解决。使用多个支点将旋转轴固定于支架上，所以抗风能力强。高空风力太阳能发电发电设备比传统的塔式风力和太阳能发电设备便宜，发电量大，分摊到每度电上的成本很低，占用土地的面积很小，对地形地貌也没有特别要求。
附图说明
图1是风轮上叶片的安装和排列方式示意图。
1为旋转轴，2、3为安装在旋转轴上的相邻叶片，叶片2和叶片3错开了一定角度。
图2是高空风力发电机的剖面示意图。
实施方式
如图2所示，风轮5的旋转轴8的上方安装有遮风体3，遮风体3有轻质骨架，以保持其外形，该遮风体的侧面与风向平行，不受气流作用，上下表面还同时平行于水平面，遮风体的迎风面2是向下倾斜的，迎风面与上表面的夹角是锐角，与下表面的夹角是钝角，其侧视图类似于下底小、上底宽的梯形。遮风体的迎风面2向下倾斜，可以将气流聚集到风轮旋转轴下面的叶片上，同时还可以获得向上的升力。遮风体内部安装很多独立的氦气囊4，气囊把发电设备带上几千米高空，用轻质高强度材料制成的绳索1将发电机组系留在地面。风轮由三组叶片6构成，相邻叶片夹角为60°。机组上还安装有方向舵7，可以保持机组正面迎风。发电机9安装在旋转轴的两端。风向如图所示，风轮5旋转轴上部的叶片被遮风体3挡住，只有风轮旋转轴下部的叶片受到气流作用，因此风轮顺时针旋转，带动发电机9发电，发出的电通过电缆传输回地面。
在遮风体的上表面和侧面安装有光伏电池10，利用太阳能发电，光伏电池采用重量轻的薄膜光伏电池。
调整绳索1使机组保持图2所示的水平姿态。
在同一根绳索上的不同高度安装多个机组，能倍增发电量。
在设备上还应该安装必要的防雷击和防飞机撞击告警装置。

Claims (4)

1.一种适用于高空的风力太阳能联合发电机，包括可携带一定重物升空的气囊，拉绳，垂直轴式风力发电机，光伏电池，风力发电机风轮上旋转轴的一侧安装有起挡风作用的遮风体，另一侧不安装起遮风作用的遮风体，风轮上逆风向运动的叶片被该遮风体遮挡，顺风向运动的叶片不被遮挡，气囊携带风力发电机升上高空，生产出的电力通过电缆输送到地面，其特征是：遮风体内部充有氦气或安装有氦气囊，遮风体的迎风面是倾斜向下的。
2.根据权利要求1所述的适用于高空的风力太阳能联合发电机，其特征在于：相邻的风轮叶片错开一定角度安装在风轮的旋转轴上。
3.根据权利要求1所述的适用于高空的风力太阳能联合发电机，其特征在于：遮风体的上表面和侧面安装光伏电池，光伏电池采用重量轻的薄膜光伏电池，光伏发电是在高空进行的。
4.根据权利要求1所述的适用于高空的风力太阳能联合发电机，其特征在于：在拉绳的不同高度上，分别安装多台机组。
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