CN101630856A - 光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置 - Google Patents

光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，属太阳能风能互补发电技术领域。该装置由光漏斗聚光器、光伏电池板、风力发电机等主要部件组成。太阳光入射进入光漏斗聚光器后，经其内表面反射会聚至光伏电池板，由电池板将太阳能转化为电能。本发明的光漏斗聚光光伏发电装置提高了聚光倍数，从而使光伏电池板的效率增加，同时对跟踪精度的要求也不高。另外，风力发电机安装在光漏斗聚光器的后部，只要有一级以上的风就可驱动风力发电机正常发电。本装置日间以光漏斗聚光光伏发电为主，风力发电为辅；夜间则由风力发电机工作。实现了昼夜连续发电，并最终把由风、光发出的电能经过变换后供给蓄电池组智能储存。

Description

光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置
技术领域
本发明属太阳能与风能发电利用技术领域。尤其涉及一种光漏斗聚光光伏发电及其配套的风力发电装置。是利用光伏电池板与风力发电机发出电能，经蓄电池储存，从而给负载用户提供电源的装置。
背景技术
利用可再生能源是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现，也是一个地区环保的重要指标。特别是太阳能、风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。
在目前推广使用的太阳能光伏发电，包括风光互补发电系统中，普遍采用的是平板固定式光伏系统，其电池板一般是固定不动。一方面，这没有把风力发电机和光伏发电充分的有机结合起来；另一方面光伏电池的最大发电功率出现在阳光垂直照射其表面时，固定安装的光伏发电系统的实际发电功率远远达不到其峰瓦值。因此聚光太阳能光伏发电可以大幅度降低其发电成本，用同样数量的硅电池，可将实际输出电量增加。而目前主要应用的抛物面反射式点聚焦系统不但要有精确的跟踪系统，而且光伏电池板还存在散热问题，并且其迎风面积导致的抵抗大风的问题也有待解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种将聚光光伏发电技术与风力发电技术相结合，在聚光器中布置光伏电池板以及风力发电机，实现了太阳能、风能的有机结合，既提高了光伏发电效率，又解决单一利用太阳能无法在夜间工作的问题，实现昼夜供电的连续性，并解决了其散射问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置：由光漏斗聚光器、光伏电池板、电池板散热器、风力发电机、直流控制器、蓄电池和太阳光自动跟踪器组成，其连接关系为：光漏斗聚光器的边缘装有太阳光自动跟踪器，用于自动跟踪太阳并控制光漏斗始终指向太阳；风力发电机置于光漏斗聚光器后端的圆柱面之中；风力发电机叶片旋转轴与光漏斗聚光器的对称轴在同一条直线上；光伏电池板的中心被置于光漏斗聚光器的焦点附近，电池板散热器贴在光伏电池板背面；光伏电池板通过直流控制器与蓄电池相连。
本发明所述光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其工作方式是：太阳光自动跟踪器控制支座旋转轴旋转光漏斗聚光器跟踪太阳，平行于光漏斗聚光器对称轴的入射光线经光漏斗聚光器内壁反射并经过聚焦照射到光伏电池板表面上，实现将太阳能转化为电能，产生的电能通过直流控制器变换后供给蓄电池组储存；风力发电机为辅助发电装置，光漏斗聚光器中通过的气流驱动风力发电机叶片旋转，从而使风能转化为电能，产生的电能通过直流控制器变换后供给蓄电池储存。
本发明所述光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置中的光漏斗聚光器可以由旋转抛物面和圆柱面两部分组成，也可以由组合曲面和圆柱面组成。
光漏斗聚光器上还装有支撑杆和支座，可由太阳光自动跟踪器驱动，用于控制光漏斗聚光器指向太阳。
将支座旋转轴与支撑杆控制光漏斗聚光器对称轴处于水平状态，可提高风力发电机的发电量。
光伏电池板还可以贴于光漏斗聚光器圆柱面的内壁上端，此时，太阳光自动跟踪器控制支座旋转轴旋转跟踪太阳。入射光线沿光漏斗聚光器对称轴方向入射，在聚光半径内的太阳光，大部分将入射到光漏斗聚光器内壁上端的光伏电池板上，实现将太阳能转化为电能，风力发电机工作方法不变。
另外，由于光伏电池板与电池板散热器组合成一体固定安装在光漏斗聚光器内，因此，在日间光伏电池板可以抵抗大风干扰。
本发明的有益效果是，可以将低能流密度的太阳光束会聚，并使阳光始终垂直照射光伏电池板表面，提高了聚光倍数，从而提高光伏电池板效率，使实际输出电量增加，同时对跟踪精度的要求也不高。风力发电机安装在光漏斗聚光器的后部，只要有一级以上的风就可驱动风力发电机正常发电。即使在夜间或是太阳光不足的情况下，依然可以通过风力发电机发电，实现了昼夜供电的连续性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1-本发明装置的原理图；
其中：1-光漏斗聚光器；2-光伏电池板；3-电池板散热器；4-风力发电机；5-入射光线；6-光漏斗对称轴；7-聚光半径；8-焦点；
图2-本发明装置光漏斗聚光器的聚光原理图；
其中：9-旋转抛物面；10-圆柱面；
图3-本发明装置日间由光伏电池板发电的实施例图；
其中：11-直流控制器；12-蓄电池；13-太阳光自动跟踪器；14-聚光器支撑杆；15-支座旋转轴；
图4-本发明装置夜间由风力发电机发电的实施例图；其中：16-风；
图5-本发明装置中光伏电池板贴于光漏斗聚光器圆柱面内壁的实施例图；
其中：17-组合曲面聚光器；18-环状虚焦线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。
本发明由光漏斗聚光器1、光伏电池板2、电池板散热器3、风力发电机4、直流控制器11和蓄电池12等组成。其中光漏斗聚光器1的对称轴6与风力发电机4叶片的旋转轴在同一条直线上。风力发电机4置于光漏斗聚光器1后端的圆柱面3之中。平行于光漏斗聚光器1对称轴6的光线经旋转抛物面2的反射后形成焦点8，而电池板散热器3的中心被置于焦点8附近，光伏电池板4贴在散热器表面。
图1是本发明装置的原理图，在图1中，装置的运行原理可分步解释如下：
平行的入射光线5沿对称轴6方向入射，在聚光半径7内的太阳光，大部分将入射到光漏斗聚光器1的内表面上，经反射后都会聚到焦点8上；电池板散热器3的中心在焦点8附近，因此当太阳光入射进入装置后聚焦并照射在贴于电池板散热器3上的光伏电池板2表面，在那里太阳能被吸收转化为电能。另外，风推动风力发电机4的叶片旋转，使风能转化为电能。
图2是本发明装置光漏斗聚光器的聚光原理图。光漏斗聚光器1是由旋转抛物面9与圆柱面10依次连接而成。平行的入射光线5沿对称轴6方向入射，在聚光半径7内的太阳光，大部分将入射到旋转抛物面9的内表面上，经反射后都会聚到焦点8上。
图3是本发明装置日间由光伏电池板发电的实施例图。在日间，太阳光自动跟踪器13控制支座旋转轴15旋转跟踪太阳，平行的入射光线5沿对称轴6方向入射，经旋转抛物面9的内表面反射并实现聚焦，而光伏电池板2被置于焦点8附近。因此当太阳光入射进入装置并经过聚焦后照射到光伏电池板2表面上，在那里太阳能被吸收转化为电能。利用电池板散热器3对光伏电池板2进行水冷，以保证其工作在较低的温度。而风力发电机4为辅助发电装置。直流控制器11把风、光发出的电能经过变换后给蓄电池12智能充电，最后输送给负载用户。
图4是本发明装置夜间由风力发电机发电的实施例图。在夜间，则只有风力发电机4在工作。此时，支座旋转轴13被释放，聚光器支撑杆14控制光漏斗对称轴6处于水平。风16驱动风力发电机4叶片旋转，从而使风能转化为电能。直流控制器11把风力发电机4发出的电能经过变换后给蓄电池12智能充电，最后输送给负载用户。
图5是本发明装置中光伏电池板贴于光漏斗聚光器圆柱面内壁的实施例图。在日间，太阳光自动跟踪器13控制支座旋转轴15旋转跟踪太阳。平行的入射光线5沿对称轴6方向入射，在聚光半径7内的太阳光，大部分将入射到组合曲面聚光器17的内表面上。此时若没有圆柱面3入射光线5经反射后则会聚形成环状虚焦线18，该环状虚焦线18是一个以对称轴6为中心的圆。但由于圆柱面3的存在，入射光线5则会聚在圆柱面3上端。光伏电池板2贴于圆柱面3内表面上端，在那里太阳能被吸收转化为电能。在夜间，同样由风力发电机4在工作，将风能转化为电能。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其特征在于：由光漏斗聚光器(1)、光伏电池板(2)、电池板散热器(3)、风力发电机(4)、直流控制器(11)、蓄电池(12)和太阳光自动跟踪器(13)组成，其连接关系为：光漏斗聚光器(1)的边缘装有太阳光自动跟踪器(13)，用于自动跟踪太阳并控制光漏斗始终指向太阳；风力发电机(4)置于光漏斗聚光器(1)后端的圆柱面之中；风力发电机(4)叶片旋转轴与光漏斗聚光器(1)的对称轴在同一条直线上；光伏电池板(2)的中心被置于光漏斗聚光器(1)的焦点附近，电池板散热器(3)贴在光伏电池板(2)背面；光伏电池板通过直流控制器(11)与蓄电池(12)相连。
2.根据权利要求1所述一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其特征在于：工作方式是：太阳光自动跟踪器(13)控制支座旋转轴旋转光漏斗聚光器(1)跟踪太阳，平行于光漏斗聚光器(1)对称轴的入射光线经光漏斗聚光器内壁反射并经过聚焦照射到光伏电池板(2)表面上，实现将太阳能转化为电能，产生的电能通过直流控制器(11)变换后供给蓄电池(12)组储存；风力发电机(4)为辅助发电装置，光漏斗聚光器(1)中通过的气流驱动风力发电机(4)叶片旋转，从而使风能转化为电能，产生的电能通过直流控制器(11)变换后供给蓄电池(12)储存。
3.根据权利要求1所述的一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其特征在于：光漏斗聚光器(1)可以由旋转抛物面和圆柱面两部分组成，也可以由组合曲面和圆柱面组成。
4.根据权利要求1所述的一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其特征在于：光漏斗聚光器(1)上还装有支撑杆和支座，可由太阳光自动跟踪器驱动，用于控制光漏斗聚光器指向太阳。
5.根据权利要求1所述的一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其特征在于：将支座旋转轴与支撑杆控制光漏斗聚光器对称轴处于水平状态，可提高风力发电机的发电量。
6.根据权利要求1所述的一种光漏斗聚光光伏发电及风力发电复合装置，其特征在于：光伏电池板还可以贴于光漏斗聚光器圆柱面的内壁上端，此时，太阳光自动跟踪器控制支座旋转轴旋转跟踪太阳，入射光线沿光漏斗聚光器对称轴方向入射，在聚光半径内的太阳光，大部分将入射到光漏斗聚光器内壁上端的光伏电池板上，实现将太阳能转化为电能，风力发电机工作方法与权利要求2所述相同。
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