CN102226845A - 反射聚光单元、太阳能风能一体发电单元及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能光伏发电领域和风能发电领域，尤其是反射聚光单元、太阳能风能一体发电单元及其系统，反射聚光单元具有抛物线型的碟状或槽状反射面，其不同之处在于：所述反射面上开有与风能发电单元相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞。本发明的目的在于提高单位发电装置对可再生能源的利用效率，通过反射聚光单元将太阳光汇聚至光伏发电单元后进行光伏发电，或者将汇聚光分光后再送至光伏发电单元进行光伏发电。另外，本发明同时还可以将风能引导给风能发电单元(例如分布式风能电机)进行风能发电，从而提高整个装置的平均有效发电时间。

Description

反射聚光单元、太阳能风能一体发电单元及其系统
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域和风能发电领域。
背景技术
面向21世纪，人类文明将永无止境地继续向前发展，在文明发展的过程中，能源科学和技术是保障文明发展的重要的科学技术之一。太阳能和风能将是我们所需要的对地球环境无害且取之不尽用之不竭的绿色能源。尽管近年来太阳能和风能发电都得到了很大的发展，但两边都是各自为营。
普通的聚光型太阳能光伏发电装置在有风的情况下整个装置运行的稳定性和精确性都会下降，当风力实在太大时，有些厂家的产品甚至将聚光器放平，放弃发电。而这样就造成了发电的不连续性，尤其是在夜晚和阴雨天气。另一方面，普通的风能发电装置，虽然在大大多数情况下能够连续发电，但在微风的时候也不容易发出电来，特别是对大功率的风能发动机，启动风力需要足够大。而且在装了这些大功率风能发电机的地方，太阳能发电装置往往不方便同时安装。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种反射聚光单元，该装置能同时利用太阳能和风能，其运行稳定性和发电效率较高。
本发明的目的之二是提供一种太阳能风能一体发电单元，该单元能同时利用太阳能和风能，其运行稳定性和发电效率较高。
本发明的目的之三是提供一种太阳能风能一体发电系统，该系统能同时利用太阳能和风能，其运行稳定性和发电效率较高。
为了实现该目的，本发明采用以下技术方案：
反射聚光单元，其具有抛物线型的碟状或槽状反射面，其不同之处在于：所述反射面上开有与风能发电单元相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞。
按以上方案，所述风能发电单元为风力发电机。
按以上方案，所述风能电机转子在反射面上的垂直投影部位为实体反射部，实体反射部的表面设置有反射材料，围绕实体反射部周向分布有与风能电机扇页对应的孔洞或狭缝结构。
按以上方案，所述反射面上还设置有用于引导风进入风洞的薄壁矮墙，所述薄壁矮墙平行于反射面法向。
按以上方案，所述反射面上的风洞总面积占整个反射面总面积的1％～20％。
太阳能风能一体发电单元，包括反射聚光单元、光伏发电单元，所述反射聚光单元具有抛物线型的碟状或槽状反射面，其不同之处在于：还包括风能发电单元，所述反射面上开有与风能发电单元相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞，所述每个风洞的背侧出风口处均安装有风能发电单元。
按以上方案，所述风能电机轴向与反射聚光单元反射面的法向线平行。
按以上方案，所述反射面上的风洞总面积占整个反射面总面积的1％～20％。
太阳能风能一体发电系统，其不同之处在于：其包括太阳能风能一体发电单元、自动跟踪系统，太阳能风能一体发电单元包括反射聚光单元、光伏发电单元、风能发电单元，其中光伏发电单元、风能发电单元并联发电，自动跟踪系统包括跟踪控制系统、切换控制系统、追日传感系统和风力风向监控系统。
按以上方案，当系统处于追日模式时，切换控制系统根据风力风向监控系统提供的风力大小数据计算出系统切换到追风模式后产生的风能发电量，并将之与当时系统实际所产生的光伏发电量和风能发电量的总和相比较，确定是否切换到追风模式；当系统处于追风模式时，切换控制系统根据追日传感系统提供的太阳方位及强弱数据计算出系统切换到追日模式后产生的光伏发电量与风能发电量的总和，并将之与当时系统实际所产生的风能发电量相比较，确定是否切换到追日模式。
本发明相对现有技术具有如下的优点及效果：
本发明专利的目的在于提高单位发电装置对可再生能源的利用效率。通过反射聚光单元将太阳光汇聚至光伏发电单元后进行光伏发电，或者将汇聚光分光后再送至光伏发电单元进行光伏发电。另外，本发明同时还可以将风能引导给风能发电单元(例如分布式风能电机)进行风能发电，从而提高整个装置的平均有效发电时间。
本发明的特点在于将太阳能光伏发电装置和风能发电装置巧妙结合，既增强了反射聚光单元的运行稳定性，又利用了设置在反射聚光单元上的风洞进行风力发电。在风力较大的时候，风洞可以有效减轻对反射聚光单元机械结构的强度要求，减小整个系统的重量，从而降低与自动追踪装置配套的电机尺寸。这样既减小了系统造价，同时改善了系统对安装环境的适应性。另一方面因为反射聚光单元上无风洞区域的风阻作用、薄壁矮墙的导风作用，风力被有效会聚，只需要较小的扇叶就可以有效捕获风能，即便是风很小的时候，风洞处也可以有风电产生。因此该发明在很大程度上克服了光伏和风机发电间歇性的缺点。因为本发明中的太阳能风能一体发电单元、风能发电单元可以共享同一套输变电系统(逆变器等)或者蓄能电池，在有效延长了平均发电时间的同时，还使得本发明的单位发电成本得到有效下降。
本发明取两者之长，基本可以克服上述问题，并且利用反射聚光单元的风洞对风力的有效汇聚效应使得小功率、分布式风能发电机发电更高效。
附图说明
图1为本发明实施例太阳能风能一体发电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例太阳能风能一体发电单元的结构示意图；
图3为本发明实施例反射聚光单元的结构示意图；
图4为本发明实施例风能电机的结构示意图；
图5为本发明实施例处于安装状态的太阳能风能一体发电单元追日状态示意图；
图6为本发明实施例处于安装状态的太阳能风能一体发电单元追风状态示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图3所示，本发明实施例反射聚光单元1，其具有抛物线型的碟状或槽状反射面，反射面上开有与风能发电单元3相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞7。
具体的，反射聚光单元为整体型或拼接式聚光镜，风洞7为分布在整体型或拼接式聚光镜上的空洞或狭缝。
具体的，空洞或狭缝由拼接式聚光镜的子单元在控制下经过简单机械运动后形成。
具体的，风能发电单元3为风能电机；风能电机的转子在反射面上的垂直投影部位为实体反射部10，实体反射部10的表面设置有反射材料，围绕实体反射部10周向分布有与风能电机扇页对应的孔洞或狭缝结构。
优选的，反射面上还设置有用于引导风进入风洞的薄壁矮墙8，所述薄壁矮墙8平行于反射面法向。
优选的，所述反射面上的风洞总面积占整个反射面总面积的1％～20％。
如图2、图4所示，太阳能风能一体发电单元，包括反射聚光单元1、光伏发电单元2、风能发电单元3，反射聚光单元1具有抛物线型的碟状或槽状反射面，反射面上开有与风能发电单元3相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞7，所述每个风洞7的背侧出风口处均安装有风能发电单元3。
具体的，风能发电单元3可选择风能电机；为了进一步加强反射面的聚光效果，风能电机的转子在反射面上的垂直投影部位为实体反射部10，实体反射部10的表面设置有反射材料，围绕实体反射部10周向分布有与风能电机扇页对应的孔洞或狭缝结构。
具体的，所述风能电机轴向与反射聚光单元1的反射面的法向线平行。
具体的，所述反射聚光单元1为整体型或拼接式聚光镜，风洞7为分布在整体型或拼接式聚光镜上的空洞或狭缝。优选的，空洞或狭缝可由拼接式聚光镜的子单元在控制下经过简单机械运动后形成。
优选的，所述反射聚光单元反射面上还设置有用于引导风进入风洞的薄壁矮墙，所述薄壁矮墙平行于反射面法向。
优选的，所述反射面上的风洞总面积占整个反射面总面积的1％～20％。
如图1、图5、图6所示，太阳能风能一体发电系统，其包括太阳能风能一体发电单元、自动跟踪系统4，太阳能风能一体发电单元包括反射聚光单元1、光伏发电单元2、风能发电单元3，其中光伏发电单元2、风能发电单元3并联发电，自动跟踪系统包括跟踪控制系统9、切换控制系统4、追日传感系统5和风力风向监控系统6。
具体的，当太阳能风能一体发电系统处于追日模式时，切换控制系统4根据风力风向监控系统6提供的风力大小数据计算出系统切换到追风模式后产生的风能发电量，并将之与当时系统实际所产生的光伏发电量和风能发电量的总和相比较，确定是否切换到追风模式。
具体的，当太阳能风能一体发电系统处于追风模式时，切换控制系统4根据追日传感系统提供的太阳方位及强弱数据计算出系统切换到追日模式后产生的光伏发电量与风能发电量的总和，并将之与当时系统实际所产生的风能发电量相比较，确定是否切换到追日模式。
具体的，所述切换控制系统4完成切换后，提供精确的风向坐标数据或太阳方位数据给跟踪控制系统9，从而实现自动跟踪。
太阳能经反射聚光单元1汇聚后进到光伏发电单元2，进行光伏发电，这里可以是直接光伏发电也可以是分光后再光伏发电。风能经聚光单元的风洞效应和薄壁矮墙导引到达各分布式风能电机，进行风力发电。太阳能电池片和风能电机各自经串并联后以相同的参数并联输出给外电路。整个装置在自动跟踪系统控制下确保最大发电量。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.反射聚光单元，其具有抛物线型的碟状或槽状反射面，其特征在于：所述反射面上开有与风能发电单元相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞。
2.如权利要求1所述的反射聚光单元，其特征在于：所述风能发电单元为风力发电机。
3.如权利要求2所述的反射聚光单元，其特征在于：所述风能电机转子在反射面上的垂直投影部位为实体反射部，实体反射部的表面设置有反射材料，围绕实体反射部周向分布有与风能电机扇页对应的孔洞或狭缝结构。
4.如权利要求1所述的反射聚光单元，其特征在于：所述反射面上还设置有用于引导风进入风洞的薄壁矮墙，所述薄壁矮墙平行于反射面法向。
5.如权利要求1或2或3或4所述的反射聚光单元，其特征在于：所述反射面上的风洞总面积占整个反射面总面积的1％～20％。
6.太阳能风能一体发电单元，包括反射聚光单元、光伏发电单元，所述反射聚光单元具有抛物线型的碟状或槽状反射面，其特征在于：还包括风能发电单元，所述反射面上开有与风能发电单元相配置并且围绕反射面圆心阵列分布的风洞，所述每个风洞的背侧出风口处均安装有风能发电单元。
7.如权利要求6所述的太阳能风能一体发电单元，其特征在于：所述风能电机轴向与反射聚光单元反射面的法向线平行。
8.如权利要求6或7所述的太阳能风能一体发电单元，其特征在于：所述反射面上的风洞总面积占整个反射面总面积的1％～20％。
9.太阳能风能一体发电系统，其特征在于：其包括太阳能风能一体发电单元、自动跟踪系统，太阳能风能一体发电单元包括反射聚光单元、光伏发电单元、风能发电单元，其中光伏发电单元、风能发电单元并联发电，自动跟踪系统包括跟踪控制系统、切换控制系统、追日传感系统和风力风向监控系统。
10.如权利要求9所述的太阳能风能一体发电系统，其特征在于：当系统处于追日模式时，切换控制系统根据风力风向监控系统提供的风力大小数据计算出系统切换到追风模式后产生的风能发电量，并将之与当时系统实际所产生的光伏发电量和风能发电量的总和相比较，确定是否切换到追风模式；当系统处于追风模式时，切换控制系统根据追日传感系统提供的太阳方位及强弱数据计算出系统切换到追日模式后产生的光伏发电量与风能发电量的总和，并将之与当时系统实际所产生的风能发电量相比较，确定是否切换到追日模式。
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