CN101943361A - 垂直轴光能风能互补照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明为垂直轴光能风能互补照明装置，涉及能源装置领域，目前使用的风能或光能的照明装置，采用能源种类单一，电能供应缺乏稳定性，启动风速高，风能利用效率不高，且桨叶体积大，安装不方便，本发明为克服上述问题采用在垂直的灯柱上段分别装有多个螺旋形桨叶组合体，多块太阳能电池板和照明灯，灯柱内部装有垂直风力发电机，每个螺旋桨叶组合体垂直接入风力发电机的主轴，在灯柱内部还装有蓄电池和控制装置，太阳能电池板、风力发电机、蓄电池、控制装置和照明灯之间具有电连接，本发明具有电能供应稳定，风能利用率高，启动风速低，适用地域广，体积小，安装方便，使用安全，噪声小，外形美观的有益效果。

Description

垂直轴光能风能互补照明装置

技术领域

本发明涉及能源装置领域，尤其是风能与光能相结合的能源装置。

背景技术

随着我国经济的快速增长，能源需求大幅增加，能源供需矛盾十分突出，严重影响了经济的发展和人民生活水平的提高。煤炭、石油、天然气等常用能源，经长期过量开采，储量快速减少，而且大量使用后给环境造成了严重的污染，进而严重威胁到人类自身的生存。因此寻找新的清洁的能源是当务之急。

风能和光能都是广泛存在于大自然的取之不尽用之不竭的清洁能源，是煤炭、石油、天然气等的理想替代能源。

由于城市建设的高速发展和市政路灯的快速增加，加上城市路灯电网技术改造的相对落后，造成了照明供电线路的电压波动，有些超过额定电压的15％以上，大大超过了国家标准，特别是在后半夜，由于用电负荷减少，电网电压升高，甚至能接近237V-245V，对路灯泡造成损害，使大部分路灯的平均使用寿命从五年降到一年，维护费用居高不下，造成了大量经济损失。

目前，在世界的有些地区尝试用太阳能或风能作为路灯的能源，替代矿物能源，收到了积极的效果。但是风能和太阳能缺乏持久稳定性，有时有风无太阳，有时有太阳无风，影响了电能的稳定供应。为此，采用了风能和太阳能结合起来，互相补充，给路灯提供稳定的电能。其中风力发电机采用常用的水平轴风力发电机，在发电机水平主轴上装有垂直旋转的桨叶，桨叶体积大，启动风速要求高，一般风速＞10米/秒才能启动，而且安装不方便，遇暴风雨很易倾倒，为了保证桨叶始终处于最大受风面，需要装迎风装置，既增加了建设难度，又增加了成本，有必要研制更加先进的风力发电机，改进光能风能互补的能源装置，为路灯照明提供更理想的电源。

发明内容

本发明的目的为提供一种电能供应稳定、启动风速低，风能利用率高，安装方便，使用安全的垂直轴光能风能互补照明装置。

实现上述发明目的的技术方案如下：

垂直轴光能风能互补照明装置为在垂直的灯柱上段分别装有多个螺旋形桨叶组合体，多块太阳能电池板和照明灯，在灯柱内部装有垂直风力发电机，每个螺旋形桨叶组合体垂直接入风力发电机的主轴，在灯柱内部还装有蓄电池和控制装置，太阳能电池板、风力发电机、蓄电池、控制装置和照明灯之间具有电连接。

螺旋形桨叶组合体的端部为罩座，在罩座上均匀地垂直固定有多片螺旋形桨叶，桨叶表面为平面或向中心弯曲的弧面，桨叶的高度(H)与桨叶的宽度(D)的比值为1-10，螺旋形桨叶的顶端线与底端线分别处于上下两个平行平面中，顶端线与底端线形成的空间夹角为60°-180°，螺旋形桨叶组合体通过罩座垂直接入风力发电机主轴。

螺旋形桨叶组合体可以是半截结构，螺旋形桨叶的底端固定在下罩座上，下罩座装在灯柱顶端，与风力发电机主轴的上端连接。

螺旋形桨叶的高度为0.5-2.0米。

每个螺旋形桨叶组合体中均匀固定有2-5个螺旋形桨叶。

由上述技术方案制成的风能光能互补照明装置，适合于我国广大地区使用，我国广大地区，特别是沿海地区，冬、春季多风，日照时间短，夏、秋季少风、日照时间长，给风能光能互补提供了可能性。在城市内，高楼林立，在一定程度上减少了阳光的照射，但其楼前的涡流和绕大楼两侧的角流区提高了空气流动速度，增大了风速，所以不管在广场、车站，还是在楼群之间都存在足够的风能可以利用。

在风速恒定时，风对桨叶的推力大小与受风面积成正比，当风向与桨叶面垂直时受风最大，当风向与桨叶面平行时无受风面积，限制了风能利用，螺旋桨叶不受风向的影响，各向都有受风面，螺旋形桨叶增大了桨叶的迎风面积，使垂直轴风力发电机风能利用效率达到90％以上，显著地提高了现有技术的风能利用效率。

桨叶扭转程度用底端线与顶端线形成的空间夹角表示，优选的空间夹角为90°。风速恒定时，推力大小和受风面积成正比，在同样的推力下，桨叶的高度与宽度的比值影响了桨叶转速，进而影响发电效率。H和D的优选比值为4。

本发明的有益效果

1、因为光能与风能互补，使电能供应稳定，电压波动大大减小，延长了灯泡的使用寿命和减少了照明装置的维护费用。

2、因为各螺旋桨叶均匀分布在罩座上，受风面积分布均匀，无论风向如何变化都能推动桨叶旋转，大大提高了风能的利用效率。

3、启动风速低，风速达到2米/秒时就能推动桨叶，扩大了使用风力发电机的地域。

4、体积小，安装方便，使用安全。

5、噪声小，适宜在人群密集的地方使用。

6、外形美观，可作为城市建筑景观。

附图说明

图1为本发明垂直轴光能风能互补照明装置结构示意图；

图2为螺旋形桨叶形状示意图；

图3为本发明垂直轴光能风能互补照明装置电路连接示意图

图中的各序号的名称为：

1-莲花形桨叶组合体；2-下罩座；3-太阳能电池板；4-螺旋形桨叶组合件；5-上罩座；6-下罩座；7-LED照明灯；8-灯杆；9-灯杆座。

具体实施方式

现结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

图1显示了本发明的一个实施例。在灯杆8的上端装有半截螺旋桨叶制成的莲花形桨叶组合体1，高为55cm，莲花形桨叶组合体通过下罩座2与灯杆8连接，在灯杆8的上部垂直接入螺旋形桨叶组合体4，该组合体装有上、下两端分别固定螺旋形桨叶的上罩座5和下罩座6，该组合体高度为145cm，上下罩座直径为60cm，在组合体上方两侧分别装有一个太阳能电池板3，太阳能电池板面积为50×60cm，在组合体下面两侧分别装有一个LED照明灯7，LED照明灯的直径为45cm，灯杆8下端连接有灯杆底座9，灯杆底座底边直径为70cm，灯杆直径为30cm，该照明装置的总体高度为6.5米，LED灯离地面高度为3.5米。螺旋形桨叶高度(H)和宽度(D)的比值为4，螺旋形桨叶底端线与顶端线形成的空间夹角为180°，风机功率为300W，太阳能电池板功率为200W，输出直流电，24V，能保证路灯24小时内连续照明。

Claims (7)

1.垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为在垂直的灯柱上段分别安装有多个螺旋形桨叶组合体，多块太阳能电池板和照明灯，每个螺旋形桨叶组合体垂直接入风力发电机的主轴，在灯柱内部还装有蓄电池和控制装置，太阳能电池板、风力发电机、蓄电池、控制装置和照明灯之间具有电连接。

2.根据权利要求1所述的垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为螺旋形桨叶组合体的端部为罩座，在罩座上均匀地垂直固定有多片螺旋形桨叶，桨叶表面为平面或向中心弯曲的弧面，桨叶的高度(H)与桨叶的宽度(D)的比值为1-10，螺旋形桨叶的顶端线与底端线分别处于上下两个平行平面中，顶端线与底端线形成的空间夹角为60°-180°，螺旋形桨叶组合体通过罩座垂直接入风力发电机主轴。

3.根据权利要求1或2所述的垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为螺旋形桨叶组合体为半截结构，形成螺旋形或莲花形，其桨叶的底端固定在下罩座上，下罩座装在灯柱顶端，与风力发电机主轴的上端连接。

4.根据权利要求2所述的垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为螺旋形桨叶的高度为0.5-2.0米。

5.根据权利要求3所述的垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为螺旋形或莲花型桨叶的高度为0.5-2.0米。

6.根据权利要求2所述的垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为每个螺旋形桨叶组合体中均匀固定有2-5个螺旋形桨叶。

7.根据权利要求3所述的垂直轴光能风能互补照明装置，其特征为每个螺旋形桨叶组合体中均匀固定有2-5个螺旋形桨叶。

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