CN102094762A

CN102094762A - 风能与太阳能集成一体的垂直风力发电机

Info

Publication number: CN102094762A
Application number: CN201010274616XA
Authority: CN
Inventors: 杭志强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明涉及一种风叶带太阳能电池的垂直风力发电机。它由带太阳能电池风叶，圆盘式发电机，轴套，中心轴，与轴向磁悬浮装置等组成。其特征在与，在现有的垂直风力发电机的叶片上装上或镀上太阳能薄膜，风叶即是风力发电机的叶片，也是收集太阳光发电的太阳能电池板，太阳能板的电通过电刷将电引到中心轴的电线引出。在风叶板上装太阳能电池有下面方法：1)在铝基风叶上真空镀CIGS/CdS/TC0太阳能膜，2)CIGS的印刷在铝基风叶上，与3)在透明的风叶内装上太阳能硅球列阵，将小球列阵联网通过电刷引出电。4)在叶片的单面或双面上粘接太阳能硅片，5)在叶片上装太阳能模组。

Description

风能与太阳能集成一体的垂直风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及风能与太阳能集成一体的垂直风力发电机装置。

背景技术

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。

从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净(无公害)；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

地球上的风能资源非常丰富，开发潜力巨大，可利用的风能资源达到200亿千瓦，是地球上可利用的水能20倍，风能也是可再生的清洁能源，不会污染环境，全球已有不少于70个国家在利用风能，风力发电是风能的主要利用形式。近年来，风电装机容量增长迅猛。

到2008年底，全球风电累计装机总量已超过12080万千瓦，中国风电累计装机总量突破1300万千瓦。从2003年到2008年，中国风电装机容量快速增长：累计装机容量从2003年末的56.7万千瓦增加到了2008年末的1324.22万千瓦，增加了22.3倍；年新增装机容量从2003年的9.8万千瓦增加到了2008年的719.02万千瓦，增加了72.4倍。

风力发电机有多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向，垂直轴风力发电机又分为，在风对准的叶片上产生风阻差的阻力型和叶片上产生的升力而旋转的升力发电机两种。现有的风力发电机以水平轴式为主，有许多不足之处。如要求按装高度高，占用空间大，需要迎风的偏航系统，抗风能力差，运行时噪音大，启动风速高。启动后易产生高速转动，导致电压急剧变化，对发电机造成冲击。与水平相比，垂直风力发电机按装高度很低，占用空间小，整体稳定好，抗风性好。

现有的风光互补风力太阳能发电设备的风力发电与太阳能发电板是两个不同的组件分立的，安装不方便，总的装配成本高，占地大，另外要有特殊的架子可按装太阳能板与风力发电机。另外，太阳能板上的灰尘与污染，影响太阳能发电，并很难清洗。

本发明目的是针对现有技术存在的缺点，风叶上装有太阳能电池片的垂直风力发电机本发明技术方案是，在现有的垂直风力发电机的每个叶片上粘接多个太阳能电池片，风叶即是风力发电机的叶片，也是收集太阳光发电的太阳能电池板，太阳能板的电通过电刷将电引到中心轴的电线引出。

本发明是将太阳能发电板与风力发电机集成一体，是风光互补发电机可广泛用于路灯照明，家庭发电等。本设计结构简单，成本低，装配容易，使用方便，可大规模使用。最为重要的优点是风叶带自动清洗功能，灰尘与污染很难沾在风叶上的电池片上。

为实现所述目的，本发明采用的技术方案是由1.垂直风力发电机由下列部件A灯笼型风力发电机风机叶片，B，圆盘永磁电机，C两个磁悬浮磁铁，与D主轴所组成。带太阳能电池发电的风机叶片带动上下磁铁盘，固定在转轴上的线圈在运动磁场下感应产生电流。为了减少轴承与轴的摩擦力，在风机的底部轴上装上相互排斥的磁铁环，上面的磁铁与风叶的底盘联接，下面的磁铁套在轴上的螺丝上。两磁铁的间距用下面的螺纹调节到相互排斥力与，风叶与两磁铁盘的总重量相等，由于磁体的排斥力，风机呈悬浮状态。由于轴承没有支撑重力，旋转减少了轴承与轴的重力。风机的旋转摩擦力被减少将导致风机启动速度降低，转换效率提高。太阳能板在风机转动与不转动均能在太阳光下发电。

本发明有如下优点

1)结构简单，成本低，装配方便

2)磁悬浮的装置可克服风叶的重量，无重力作用在风机的轴承上，减少了轴承摩擦力，可有效地降低启动风速，并提高了风能转换率。

3)设计方法先进，造型美观，风能利用率高，启动风速低，无噪音，寿命长等优点

4)风叶在白天有太阳光下，风机转动与不转动均可发电。

5)风叶带自动清洗功能，灰尘与污染很难沾在风叶上的电池片上。

附图说明

图1风叶带太阳能电池的垂直风力发电机结构图。

图2电刷结构图

图3带太阳能电池的叶片正视图

图4风力发电机的电机俯视图

图5太阳能电池的叶片在金属，玻璃，与有机薄膜结构图与工艺

图6太阳能发电的硅小球的结构图

图7风叶带太阳能硅小球阵列的垂直风力发电机结构图。

图8带太阳能硅小球阵列的叶片正视图

图9太阳能电池硅片粘接在风叶板上

图10电池硅片粘接在风叶板上的垂直风力发电机结构图。

图11太阳能模组装在太阳能叶片的垂直风力发电机结构图

图12太阳能电池硅片粘接在风叶板上

图13风叶上装有太阳能模块设计图

具体实施公式

如图1所示，本发明风力发电机由下列中心轴1，磁体法兰盘2，发电线圈盘3，主转轴4，上磁铁环5，下磁铁环6，带太阳能电池的风叶12，微调螺丝8，上轴承9，10下轴承，与电刷25所组成。圆盘式发电机由带有强磁铁的上下法兰盘2(由上下法兰盘的内侧装有三个以上的永磁铁，形成封闭的磁场)，与发电线圈盘3所组成。如图2所示，电刷25由固定在绝缘管18上的电刷14，15与固定在绝缘管17上的铜环16，17所组成。绝缘管18固定在中心轴1上，而绝缘管17固定在主转轴4的管内。风力发电机磁悬浮装置由上磁铁环5，下磁铁环6，与微调螺丝8所组成。多片风叶12固定在主转轴4上，并固定在发电机的磁铁法兰盘2上。发电线圈盘3固定在中心轴1上。风叶12与磁铁法兰盘2在风吹动下绕中心轴1旋转，磁铁法兰盘2的磁场切割线圈盘3的线圈，线圈3感应发电。为了减少轴承摩擦力，提高转速，在中心轴1的下方装有磁悬浮装置如图4所示，由上磁铁环5，下磁铁环6，与微调螺丝8所组成。微调螺丝8用来调节磁场排斥力的大小。用上下磁铁所形成的磁场排斥力，克服风叶12与磁铁法兰盘2的重力。风力发电机可轴向悬浮在中心轴1上。减少了摩擦，风叶12可轻松自然旋转，在微风下可以发电。由于减少了摩擦力，增加了电机使用寿命。

太阳能板的风叶在太阳照射下产生电通过电刷引进中心轴1的中心引出。

带太阳能的风叶(12)的结构如图3所示，在铝片或不锈钢上的太阳能电池10阵列通过电极20，21与电刷相连。图4是风力发电机的俯视图。发电风力发电机的叶片可以做成不同形状，本专利是用灯笼形为实例，也可以用螺旋型，H-型等。如图5所示，是风叶上的太阳能非硅薄膜结构与工艺图。

风叶的材料可以是铝，玻璃，塑料，或不锈钢。在此基材上1)由真空溅射方法镀上0.5-1.5微米的的钼(Mo)2)可由真空共蒸发法与真空溅射加硒化法或非真空方法电镀加硒化法，印刷加硒化法镀上1.5-2.0微米的CuInGaSe薄膜，3)用化学蒸镀上0.05微米的CdS薄膜，最后用真空溅射方法镀0.05微米i-ZnO与0.5-1.5微米TCO(ZnO:Al)与0.1微米MgF2。最后镀上Ni/Al的电极。上述工艺是成熟的工艺。在做风叶时，由于叶片不是平面，为了保证镀膜的均匀性，镀膜设备要专门改造，可再曲面上镀上膜与丝网印刷上电极。

太阳能发电风叶的另一个方法是在叶片上贴上1.-1.5毫米的硅球如图6所示。硅球的结构是高掺杂的N型硅球12-1在外面裹上P型的硅球壳在球外度上氮化硅保护层12-3，在球的上下端电极12-4与12-5。如果叶片的基材是铝合金或不锈钢，叶片的两面固定了小球阵列如图7所表示，如果叶片是透明材料，小球将埋在透明材料的里面。图8是叶片12的接线图，小球20的正极与引线23相连，负极与引线24相连。这些正极引线联到22接头，负极引线到21。接头21与22与电刷25相连，将风叶太阳能所发的电送到中心轴1。

太阳能发电风叶的另一个实用低成本的方法如图9所示，将太阳能硅片12-1用环氧胶粘接到叶片12上，并用光伏互联带连接到20，21的接口上。太阳能电池所产生的电通过20，21的接口连接到图10的电刷25上，通过电刷将风叶发的电练到中心轴1上。可以叶片的单面粘太阳能硅片，也可在风叶的双面粘太阳能硅片。由于叶片不是平面，为保证太阳能硅片可粘到曲面，太阳能硅片将分割成10毫米的硅片条，粘接连上互联条后盖上透明胶，保护电池片。

太阳能发电风叶的另一个实用低成本的方法如图11，12，与13所示。将太阳能电池做成长方形的层压模组13-1，在PCB板上粘接上太阳能电池条，连线后，加透明膜后层压。可以在双面或单面装电池片。如图12所示，风机的每片叶片12开上可放进模组的三个或多个窗口，将太阳能模组13-1装上。通过互联条接到叶片下的接口13-2，与13-3上，太阳能电池所产生的电通过13-2，13-3的接口连接到电刷25上，通过电刷将风叶发的电连到中心轴1上。图13是模组的实例，太阳能硅片14-1贴到PCB板13-1上，通过互联条并联后连接到接口13-2与13-3上。盖上PET或玻璃，层压后成为模组。

以上仅表述了将风力发电机风叶变成为太阳能发电板的特例，除了上述方法，还可用其他方法镀上太阳能薄膜，或装上太阳能板，太阳能电池片。风力发电机叶片12可以是也可以用带有太阳能膜的螺旋型，螺旋双-S型，H-型，与扇型等。

Claims

1.一种太阳能风能集成一体的垂直风力发电机，由下列中心轴1，磁体法兰盘2，发电线圈盘3，主转轴4，上磁铁环5，下磁铁环6，带太阳能电池的风叶12，微调螺丝8，上轴承9，10下轴承，与电刷11所组成。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能风能集成一体的垂直风力发电机，其特征在于电刷11由固定在绝缘管18上的电刷14，15与固定在绝缘管17上的铜环16，17所组成。绝缘管18固定在中心轴1上，而绝缘管17固定在主转轴4的管内。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能风能集成一体的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12的材料可以是铝，玻璃，塑料，或不锈钢。在此基材上1)由真空溅射方法镀上0.5-1.5微米的的钼(Mo)2)可由真空共蒸发法与真空溅射加硒化法或非真空方法电镀加硒化法，印刷加硒化法镀上1.5-2.0微米的CuInGaSe薄膜，3)用化学蒸镀上0.05微米的CdS薄膜，最后用真空溅射方法镀0.05微米i-ZnO与0.5-1.5微米TCO(ZnO:Al)与0.1微米MgF2。最后镀上Ni/Al的电极。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能风能集成一体的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12。如果叶片的基材是铝合金或不锈钢，小球20的正极与引线23相连，负极与引线24相连。这些正极引线联到22接头，负极引线到21。接头21与22与电刷13相连，将风叶发电练到中心轴1。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能风能集成一体的垂直风力发电机，其特征在于发电硅球的结构是高掺杂的N型硅球12-1在外面裹上P型的硅球壳在球外度上氮化硅保护层12-3，在球的上下端电极12-4与12-5。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能风能集成一体的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12，如果叶片的基材是铝合金或不锈钢，叶片的两面固定了小球阵列。

7.根据权利要求1所述的一种风叶带太阳能电池的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12，如果叶片是透明材料，小球将埋在透明材料的里面。磁悬浮装置由装在中心轴(1)的上磁铁环(5)，下磁铁环(6)，与微调螺丝(8)所组成。上磁铁(5)与风叶(7)固定一起。

8.根据权利要求1所述的一种风叶带太阳能电池的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12，太阳能硅片12-1用环氧胶粘接到叶片12上，并用光伏互联带连接到20，21的接口上。太阳能电池所产生的电通过20，21的接口连接到电刷25上，通过电刷将风叶发的电练到中心轴1上。

9.根据权利要求1所述的一种风叶带太阳能电池的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12，可以叶片的单面粘太阳能硅片，也可在风叶的双面粘太阳能硅片。由于叶片不是平面，为保证太阳能硅片可粘到曲面，太阳能硅片将分割成0.5-1.5厘米的硅片条，粘接连上互联条后盖上透明胶，保护电池片。

10.根据权利要求1所述的一种风叶带太阳能电池的垂直风力发电机，其特征在于带太阳能电池的风叶12，多组太阳能电池做成的长方形的层压模组装在叶片12上，太阳能电池所产生的电通过13-2，13-3的接口连接到电刷25上，通过电刷将风叶发的电练到中心轴1上。