CN102598499B - 太阳能和风力的能源转换器 - Google Patents

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Abstract

一个整合的混合并行的能源生产系统能够转换风力和太阳能能源使之用于一个电力发电机。在白天，这样一个混合风力和太阳能并行发电系统同时地从风力和太阳能能源得到能量。在夜间，此系统不管天气条件如何仍然能够连续不断转换风能量为电力。

Description

太阳能和风力的能源转换器
相关申请案
本申请要求于2009年8月11日提交的美国专利申请号12/539,426的优先权。在先申请作为参考文献全文引入。
背景技术
这个应用是与太阳能和风的能源转换器有关。
风能量能够转变成有用的形式例如电力。它已呈现为最快速成长的能源来源，提供干净，可更新的和友善于生态，是替代传统石油煤碳为主的能源来源。然而，由于风力强弱的季节性和风速每日的变化，一个风能转换器的输出是经常变动。
太阳能是能够转换成电力的另一类型干净能源。然而，太阳能转换器的输出也仍然非常地依靠天气条件。例如，许多太阳能面板是设计成仅仅在阳光充足白天期间才能转变成太阳能。在阴暗天或者夜间他们是无法生产够数量的太阳能能量。
发明内容
此发明的部份一般概念是有关对于提供整合型和互补性而能够转变太阳能和风力的能源转换为电力产生的一个系统和方法。在白天，这样的混合并行发电系统同时从风和太阳能能源得到能量。在夜间，能够不管天气条件如何此混合并行发电系统能够连续不断转换风能量为电力。由于风流动和阳光照射的最强高度常于每日和一年中的不同时期发生(例如，风在有较少的阳光的冬天方面较强烈以及在夜间更强烈)，这两个能源能够彼此补充。利用双能源来源的一个混合并行发电系统都能够减少综合电力输出的高低起伏和在白天城市和市郊的地区，当电力需求通常更高时提供更多的电力。
一种系统，例如，包括风力发电的子系统，其具有用以接收风力以产生机械能量的扇叶，和第一支传动轴连接于扇叶和发电机之间，以供将经产生的机械能量传送到发电机。该系统也包括为接收太阳能产生热能量的一太阳能动力子系统，其具有用以接收太阳能量之一太阳能收集器以产生热能，与太阳能的收集器连接的一个热能机械引擎，其将经产生的热能量转变成机械能量，以及与热能机械引擎机械地连接的一第二传动轴。一个相互连结子系统达成将第二传动轴结合到第一传动轴而传送经由风力和太阳能共同产生的机械能量传送到发电机上。
这些方面的实体可以包括在下面的特性当中的一项或更多。
太阳能动能的热能机械引擎子系统可以是一个外部燃烧发动机，例如，有一个或多个的斯特林发动机(Stirling engines)组。每一个斯特林发动机都可包括热区和冷区。一个封闭环路流通系统提供了传输热能传送流体循环在斯特林发动机的热区。在一些例子中，封闭环路流通系统包括热能传送流体储存槽来存储这个热能传送流体，一个旋转泵为抽吸流体储存槽中的热能传送流体经由第一输送管传向热源区加热再经由第二输送管传向热能机械引擎的热区。在一些例子中，另有第二个流通系统循环冷媒以保持热能机械引擎的冷区达到低温度。
这个太阳能的收集器可以包括一个或更多个的收集器组合，比如抛物线聚光反射器，抛物线聚光槽，复合抛物线聚光器(CPCs)，真空太阳能集热管和菲涅尔(Fresnel)透镜聚焦器，经由上述各式太阳能收集器的排列阵式，聚集太阳光线在一个热能吸收器上加热给热能传送流体循环至热能机械引擎的热区中。这加热过的热能传送流体循环到热能机械引擎的热区将热能量转变成机械能量机械能量。这种机械能量透过第一传动轴和第二传动轴之间的结合而传送到发电机。
在一些具体实现中，风力发电的子系统更包括风罩架构可旋转地安装在第一传动轴上。风罩架构可包括一对弧圆柱片状的结构在风车扇叶的外框以外对称放置。它也可以包括一对风向导向结构安装在相应的弧圆柱片状的结构的外边引导风向流动至设想的风车扇叶部位。每一个风向定向板也可在相对外边安装一个方向相反的弯折片。
相互联接子系统的一个具体实现包括一套滑轮组和一条或更多条的V型传动带可有选择地结合滑轮组的装置，设置一个电力马达以控制信号带动运作指定的滑轮组从而经由V形传动带绷紧特定的滑轮组使第二传动轴与第一传动轴结合在一起。相互联接子系统可包括一个控制组件产生控制信号给电力马达来响应环境条件，例如，风条件，太阳条件，和热能机械引擎中和热能吸收器中的温度。在一些例子中，控制组件包括用以探查热能机械引擎里面和在热能吸收器中之一热能传送流体温度的温度传感器。
在一些具体实现中，太阳能动能子系统包括追踪导向组件经由获得太阳光线的测量值和以取得的测量值作为基础来导引这个太阳能的收集器到太阳方向。
风力发电的子系统可包括一个垂直轴心风力涡轮机或者一个水平轴心风力涡轮机。
太阳能动能子系统可进一步包括一套或更多组合的太阳能面板装置在太阳能的收集器上作为产生额外的辅助电力提供给风力发电的子系统或者太阳能动能子系统上一种或数种电力消耗装置。
关于此发明的部份一般概念是对于一个混合并行能量系统运用的方法将风力发电的子系统以及太阳能动能子系统与一个发电机结合。风力发电的子系统经由第一传动轴把由风力发电的子系统产生的机械能量传送到发电机，并且太阳能动能子系统为传送由太阳能动能子系统产生的机械能量。方法包括获得特定环境条件的测量值(例如，风的条件或者太阳的条件)，并且决定激活运行条件是根据这些取得的测量值是否达成。在激活运行条件的满意上，第一传动轴与第二传动轴的连结使由太阳能动能子系统产生的机械能量与由风力发电的子系统产生的机械能量得以相结合，并且把两者结合的机械能量传送到发电机。方法也包括决定脱离及停止运作的条件根据这些取得的测量是否达成。一旦满足脱离及停止运作的条件，第二传动轴会脱离第一传动轴以停止由太阳能动能子系统产生的机械能量对发电机的传送。
在一些具体实现中，方法进一步包括根据这些取得的测量值决定激活条件是否达成，并且如果是这样，使用一个负责联结/脱离机制电力马达将机械性地结合第二传动轴并且驱动第二传动轴开始旋转运动。
在太阳能动能子系统的一些具体实现中包括一个使用热能传送流体之热能机械引擎。在这些这些情况案例中，取得特定环境条件的测量值包括获得热能机械引擎中和热能吸收器中的温度值。在一些例子中，激活运行条件是与一个第一个温度门限有关，并且脱离及停止运作的条件是与第二个温度门限有关。
关于此发明的另外一般概念是有关一个风力发电系统拥有一个风力涡轮发电机以及一根中心传动轴和一套二片或二片以上的风车扇叶与上述的中心传动轴可围绕旋转地结合，也包括一组风罩架构与上述的中心传动轴可围绕旋转地结合以引导风向流动至风力涡轮发电机上设想的风车扇叶部位。风罩架构可包括一对弧圆柱片状的结构对称地安置且与中心传动轴的经度轴心相同的辐射状距离来局部封闭一组二片或二片以上的风车扇叶，并包括两个风向定向板也可在相对外边安装一个方向相反的弯折片。每个风向定向板以特定角度装置在相对应的弧圆柱片状的结构的末端且对中心传动轴的经度轴心而论的相对方向定位，这使得上述弧圆柱片状的结构组在风力下稳定到位进而改善风能量的转换效率。
此发明各种方面的具体实现中可包括下述的一项或多项特性和优点。
在一些应用方面，混合并行的电力产生系统所产生的功能相比起一个单一风力涡轮发电机或者一个单一太阳能发电机是优于各别的表现。例如，由于混合并行的电力产生系统中各种综合之间的先天共生作用，比起任何这些单一部分更有效的产生电力输出。同样地，在白天混混合并行的电力产生系统能够提供更高的电力输出和遍及日日夜夜不会中断的电力输出，从而减少电力生产的费用和对可能是昂贵和不可靠的蓄电池的需求。
在一些应用方面，整个系统能够安装在垂直的，水平的，或者其它不同的操作位置并且转换气流为电力加上从太阳能斯特林发动机得到的机械能量共同产生电力。同样地，这个架构平衡的设计大量采用高强度，非腐蚀性，抗冲击性，振动减缓性和轻质性高级复合材料(例如，玻璃纤维，碳纤维和Kevlar超强化防弹纤维)，来减少重量和噪音和保持高操作的效率和低的保养费用。例如，系统可使用压缩成型抛物线集光盘，抛物线集光槽，单丝缠绕型传动轴，支撑管，薄片积层加压成型的风车扇叶，弧圆柱片状风罩架构，风向定向板，拉挤成型的梁柱，管杆，面板等等。
这一混合风力和太阳能并行发电系统尤其是在城市和市郊的地区能够结合太阳能和风力能量产生电能可供当地和中小企业使用。在一些执行应用中，此系统包括太阳能收集器，一套联装式复合太阳能斯特林(一种热能机械引擎)，使用高强度和轻质高级复合材料各式风车扇叶的风力涡轮发电机，一个激活装置，连结-脱离的机制和旋转式帮浦组。，整个系统能够安装在垂直的，水平的，或者其它不同的操作位置。太阳能收集器透过抛物线集光功能或者Fresnel的透镜集光。首先使用一套太阳能收集器将日光聚集在一个热能吸收器上以加热内装的热能传送流体并且使其循环至一套联装式复合太阳能斯特林发动机之热区里，这组太阳能斯特林发动机将热能量转变成机械能量以对风力涡轮发电机提供辅助动力。
太阳能斯特林发动机能够低噪音地且高效率地利用这些太阳能收集器的热能。这些联装式复合太阳能斯特林发动机能够分享高热(例如，高达摄氏400度)依次轮流和彻底利用这个热能以增加动能的输出因而提供辅助驱动力到风力涡轮发电机上。
由联装式复合太阳能斯特林发动机产生的辅助驱动力可以相当可观的，取决于太阳强度，作为一个混合风力和太阳能并行发电系统达到互相补充发电操作功能的发电机，即使是处于低风下效率状态减少时但是仍有日光照射。同样地，当夜间或者多雨和阴沉的期间，没有日光的辐射可用时，它能够作为纯粹一个风力涡轮发电机来使用。在这个模式下，风力涡轮发电机只靠风力来旋转。
在一些具体实现中，风力涡轮发电机至少包括两个风车扇叶(例如，薄长叶片，机翼型叶片，罩杯叶片，半筒式扇叶或者大面积扇叶，)和在风力涡轮发电机的周边定位的弧圆柱片状风罩架构和风向定向板。多数量风车扇叶片的使用是可提供低的翼端速度，低的噪音释放和更高的效率，但是也可能激活困难或者力量薄弱无法产生足够电力以满足应付小型商业或住家的电负荷。在这种情况下，使用者可希望从太阳能能源提供一个辅助动力以更高的速度来加速这个风车扇叶带动正值转矩力量并且产生更多电力。
在一些执行中，风力涡轮发电机具有一个基座和主轴并且有至少包括两个风车扇叶可围绕旋转地结合中心传动主轴在风的流动中转动。具有自行定向功能的弧圆柱片状风罩架构和风向定向板能够以传统的或者强力磁悬浮轴承装置机械式地被安装在风力涡轮发电机上，或者能够在风力涡轮发电机周遭安置的圆环轨道上进行转动，将这风的流动充分地仅仅指向特定的风车扇叶并且同时阻挡风的流动吹向这些风车扇叶的背面导致阻碍了风车扇叶的旋转。在一些例子中，在面对风流动中具有弯折片的风向定向板被装置在相对弧圆柱片状风罩架构的外部以一个更有效的角度把风流导向这些风车扇叶上。
至少二种类型的弧圆柱片状风罩架构和风向定向板被对称地装置在风力涡轮发电机的两边。当风流动改变方向时，弧圆柱片状风罩架构和风向定向板将照样地被风转动然后呈现面临与风的流动方向相同的角度。装有指向相对方向弯折片的风向定向板具有自行调整和自行平衡的特性，当风流动施力于任一风向定向板时整个弧圆柱片状风罩架构和风向定向板倾向被转动而不再呈现面临与风的流动方向相同的角度，这时装置在风力涡轮发电机两边的风向定向板允许各自提供一种抗衡风阻力量让彼此相对保持平衡回复与风的流动方向相同的角度，这双风罩架构能够由，比如说轴承组与另一与风力涡轮发电机中心传动轴同轴心线的传动轴结合，并且拥有弧圆柱片状姐结构部分在风力涡轮发电机之风车扇叶周围自由地转动。当空气流向风收集者移动时，使风罩架构和风向定向板被移动成与风的流动方向平衡和角度相同的位置。这双风罩架构和风向定向板放置和成型导引风流动充分地指向仅仅在与风流动相同方向转动的风车扇叶上。它们也阻挡风流吹向与风流动相反方向的风车扇叶上。
太阳能收集器的例子包括抛物线日光的收集器，它们是所谓的“太阳影像的聚集器”众多例子在试图产生小的但是高强度的太阳能“影像”焦点或者聚集线。因应他们“影像光学设备”的几何学，聚焦者的孔径需要直接面对太阳，避免聚焦效率的损失和保持“太阳影像”在太阳能的吸收器上。在一些例子中，抛物线太阳能的收集器和Fresnel的透镜聚焦器能够用太阳轨迹追踪装置(太阳定位器)来使他们持续定向太阳。
太阳能的收集器的一些其它的例子包括Fresnel透镜聚焦器。Fresnel透镜能够由有着平顺表面，具弯曲性，透明的聚合物材料所制成，其中一面是平滑表面而其反面是由众多具缩影线性的Fresnel微细棱柱并排组成的，由平滑表面有效地形成每一个棱柱的光学面之一。此外，每一个棱柱都包括可以折射这个光的光学面。每一个棱柱也都有无作用的光学面或者光学阶梯不阻碍或者干扰日光的折射射线。这样，薄胶片中众多微细棱柱被特定排列使得由这些微细棱柱所形成的光学阶梯不致妨碍入射日光射线的折射。更进一步地，在一些具体实现中，让这Fresnel透镜薄胶片有固定聚光面向，因此较易磨损破碎的Fresnel微细棱柱那一面不会直接暴露在冰雹，雨，或者其它具破坏性的大自然环境因素。
太阳能收集器的更进一步的例子包括使用复合抛物线聚焦器(CPC)所采用的一种经济型抛物线聚光槽类型允许更宽广的太阳光线接收角度和更有效的能量收集，不需要用昂贵的太阳追踪器去锁定那每日在天空半球留下它明显运行轨道的太阳。可以设定CPC的一个轴心粗略地平行于地球的南北极旋转轴心线。用于北半球时，极性轴线能够指向北方角度，并且这个轴心和这个垂直的之间的角度等于幅度。在一些例子中，用实时控制器和线性传动装置臂来移动抛物线聚光槽数组相对于太阳方位角的运动。这种设定也可每月或者双月沿着第二个轴心来调整：太阳高低角度调整。第个调整是当太阳夏天高挂在天空并且进一步偏向北方时使这些复合抛物线聚光槽数组面向太阳，当太阳冬天低挂在天空并且进一步偏向南方时使这些复合抛物线聚光槽数组面向太阳，因此取得对于每一个季节最理想位置。它可经由手动调整(每月或者双月)或者自动化操作，取决于极性轴线的方向安排。这种类型的太阳能收集器就可以不一定使用复杂昂贵以及由于云干扰而倾向对不准且有时不可靠的太阳定位器(太阳跟踪系统)。
在一些执行中，这些联装式斯特林发动机可能需要某种初始驱动使其能从静态不稳定的状态过渡到反复活塞运动。这个初始驱动需要足以使这些联装式斯特林发动机置换活塞开始有些运动让斯特林发动机内的工作气体激活进一步并且重复的加热或者冷却和作为更进一步的扩张或者收缩。冷热能量再生供应器包含团状纤细的金属丝，通常位于斯特林发动机的冷热区之间。
在一些例子中，这些联装式斯特林发动机的初始驱动可能会被斯特林发动机里面分隔冷热区的常规密封物之间的摩擦力所阻止。如果初始驱动不足以克服摩擦力的，那工作气体没能被足够的转移和置换来产生足够压力变化使反复活塞运动得以继续下去。
一个激活斯特林发动机初始驱动的可靠方法是用能量负荷或者外部来源的输入来产生这个初始驱动。这能够允许斯特林发动机产生初始驱动即使它是水平排列比起垂直排列有着更大的密封摩擦力。这是个简单的激活机制，既廉价又不需要周期性调整或者保养。它能够依日光强度配合斯特林发动机电力生产来发生。
这样的一个激活机制的一个例子包括一个辅助激活电气马达，热电偶，两个旋转帮浦，滑轮组和V型传动带机制和封闭巡回式的热能传送流体(HTF)流通系统。这些飞轮和帮浦的叶片的外部结构联结在联装式斯特林发动机的共同传动轴上以及辅助激活电气马达经由滑轮和V型传动带和斯特林发动机的传动轴也有联系。这个聚集的太阳能光线使太阳热能吸收器中的热能传送流体热度提升至一设定温度(例如，摄氏100度)然后热电偶激活这个辅助激活电气马达和旋转帮浦循环输送热能传送流体通过联装式斯特林发动机热区。热能传送流体将给联装式斯特林发动机热区持续地加热并且由辅助激活电气马达驱使的转动飞轮驱动斯特林发动机曲轴，动力活塞和置换活塞开始进行反复活塞运动。一旦流经联装式斯特林发动机热区的热能传送流体的温度达到一个更高的设定温度(例如，摄氏150度)，风力涡轮发电机传动轴将先连结上已经在转动中的联装式斯特林发动机的共同传动轴然后辅助激活电气马达和联装式斯特林发动机的共同传动轴分离并且接着停机。这时风车和联装式斯特林发动机结合两重动力能量共同驱动发电机以产生电力。
第一组联结/脱离机制使用上述滑轮组和V型传动带机制机械性地联结和脱离辅助激活电气马达的传动轴和联装式斯特林发动机的传动轴之间的连结。连结传动轴之滑轮组使用橡胶V型传动带机制传送驱动力从辅助激活电气马达到联装式斯特林发动机的传动轴上。上述联结/脱离机制有第三个滑轮与辅助激活电气马达的传动轴上之滑轮和联装式斯特林发动机的传动轴之滑轮形成三角形设置加上一个负责联结/脱离机制小型电力马达被与辅助激活电气马达相同的热电偶启发运行。这个联结/脱离机制小型电力马达在热能传送流体达到第一个设定温度(例如，摄氏100度)缩退/绷紧这个V型传动带使原本脱离之滑轮组产生联结令联装式斯特林发动机开始反复活塞运动。当热能传送流体达到第二个设定温度(例如，摄氏150度)，联装式斯特林发动机正有力运转且辅助激活电气马达停机时，这个联结/脱离机制小型电力马达伸出/松开V型传动带使原本联结之滑轮组发生脱离，所有三个滑轮都有大法兰盘以保持槽中的V型传动带在松弛和非联结状态下时不致从中脱落。
第二组联结/脱离机制使用上述滑轮组和V型传动带机制机械性地联结和脱离联装式斯特林发动机的传动轴和风力涡轮发电机传动轴之间的连结。连结传动轴之滑轮组使用橡胶V型传动带机制传送驱动力从联装式斯特林发动机的传动轴到风力涡轮发电机传动轴上。上述第二组联结/脱离机制也有第三个滑轮与联装式斯特林发动机的传动轴之滑轮和风力涡轮发电机传动轴上之滑轮形成三角形设置加上一个负责联结/脱离机制小型电力马达被控制组件中的第二个热电偶启发运行。这个联结/脱离机制小型电力马达在热能传送流体达到第一个设定温度(例如，摄氏150度)缩退/绷紧这个V型传动带使原本脱离之滑轮组产生联结令联装式斯特林发动机传动轴旋转动力传送到风力涡轮发电机传动轴上。当热能传送流体达到第二个设定温度(例如，摄氏100度)，这个联结/脱离机制小型电力马达伸出/松开V型传动带使原本联结之联装式斯特林发动机传动轴上之滑轮和风力涡轮发电机传动轴上之滑轮发生脱离导致动力传送因此中断，所有三个滑轮也都有大法兰盘以保持槽中的V型传动带在松弛和非联结状态下时不致从中脱落。
这个热能传送流体是一个密封回路系统中循环以保持这个高热并且整个系统是双层的隔离层保温(例如，用玻璃纤维)减少热损失。
在一些例子中，联装式斯特林发动机能够用冷媒流通环衬装置围住斯特林发动机的冷区。旋转帮浦从冷水输出槽循环冷却水至联装式斯特林发动机冷媒流通环衬装置(冷区)再回冷却水槽组中的热水回收槽。冷却系统的水槽组包括冷水输出槽和与其顶部相连接的隔离层保温热水回收槽。把被隔离层保温的热水回收槽连接到建筑物热水使用系统而冷水输出槽则与自来水供应线进行补充。当流回隔离层保温的热水回收槽中的热水被建筑物热水使用系统使用时无法回馈输出槽里，冷水输出槽内的浮标装置将触发自来水供应线自行补充这个冷水。这个冷水的补充替换将大大地减低冷却系统冷水输出槽的温度得以进一步强化其冷却过程和增加联装式斯特林发动机的动力输出效率。当对于联装式斯特林发动机的动力输出效率需求增加时，降低冷区温度是很重要的；例如，理想化的斯特林循环效率条件下，在冷区内降温摄氏10度的变化能够等于在热区内升温摄氏30度变化的相同影响。因此，散热器类型之冷却器(有许多金属散热片的装置)包装在往上输送到冷媒流通环衬装置的冷媒输送管外围并且与风车扇叶轴心相平行并排安装。风的流入或流出风车扇叶可使冷的空气穿过这些散热片之间因而能够大大改进热量从这些散热片转移到周围空气中，冷却系统的热能传送流体，在此是以水为例，在一个半封闭的环路系统中循环以保存水资源并且可提供热水和暖气设备之热能到居住空间。
在一些例子，在寒冷气候和暖气需求高的地区中，联装式斯特林发动机能够与主要由室内产生之附加热量来源的第二种热收集器相结合，例如，从室内暖气设备比如燃烧天然气或者燃烧木头的火炉与壁炉在阴冷天气或夜间。联装式斯特林发动机加热系统的旋转帮浦使用相同热能传送流体从室内热收集器循环热能(例如，天然气燃烧器)到联装式斯特林发动机的热区再回流以完成另一个封密加热循环系统。响应环境条件，例如，风条件，太阳条件和温度的条件，这两个封密加热循系统环能够相结合以加强联装式斯特林发动机在白天的输出能量或者这个附加热来源可在夜间驱动联装式斯特林发动机。在冷天，能够把从联装式斯特林发动机冷区返回的热水为室内暖气设备加热能。这样，这个太阳能和风力结合的热电共生系统(CHP)在电力生产的利益外再加上利用这个剩余热量作为室内暖气并提供热水。
在一些运用执行中，联装式斯特林发动机的反复动力活塞使用飞轮，驱动轴和V型传动带把机械动力传送到风力涡轮发电机。在阳光充足和弱风期间，联装式斯特林发动机会全力运行以将太阳能转换成更多的机械能量。在弱日光的多雨天或者阴沉天期间，太阳收集器也许无法产生足够的热能来转动联装式斯特林发动机。这样，风力涡轮发电机可以与联装式斯特林发动机分离自行运转发电。在夜间，联装式斯特林发动机和风力涡轮发电机的结合也是采分离状态，好除去联装式斯特林发动机对风力涡轮发电机的重量负荷和机械上的摩擦力。这样，在白天此系统作为太阳能和风力的混合并行发电机操作，在夜间，多雨的，阴沉和多雪天风力涡轮发电机独立出来自行运转发电，另外一种情况是在阴冷天气或夜间联装式斯特林发动机能够利用室内火炉与壁炉产生之之热量来源转换成机械能量传送到风力涡轮发电机。
此套系统综合性和灵活性的设计不需要复杂电子装置和制造方面高精度的需求。因为主要设计上不需要高热容忍度的材料，太阳能收集器和聚焦器能够大量使用高强度，抗腐蚀性，高吸震性，振动减缓性的高级复合材料(例如，玻璃纤维和碳纤维)。风力涡轮发电机的这个风收集部位采用高强度和轻质的高级复合材料(例如，S玻璃纤维，高模块碳纤维和Kevlar超强化防弹纤维)机翼式叶片，修长叶片，罩杯叶片或者大面积扇叶以更有效率地产生电力。这样的一个完整架构也足以抗拒强风，温度，潮气和其它的大自然因素的损坏。在一些例子，联装式斯特林发动机，太阳能收集器的反射镜层，Fresnel透镜薄胶片能够采用工业等级铝材，铝涂装反射聚酯薄膜，丙烯酸塑料片，从而减少制造费用。
在一些执行运作中，这太阳能收集器可安装在风力涡轮发电机顶部或者在它下方才不致于阻碍了风吹向风车扇叶。因为系统使用轻质架构，模块化设计，平衡结构，简单又紧密的构造，所以是容易扩充的只要增添更多斯特林发动机或者风车部或者加大太阳能收集器和风车扇叶尺寸。由于风动力是随着风车扇叶表面积大小采立方值增加以及风车部高度值而增加，风力能够彻底被利用如当系统扩大风车扇叶表面积或者使用更高独立支柱以产生更多的动力。此外，在实际应用方面，这样的系统能够安装在例如屋顶或者在后院中以独立支柱装置，适合于住宅和商业的使用。
发明的其它特性和优点可从下面的描述和专利要求得以明白展示的。
附图说明
图1的描述是一个混合并行系统为从风力和太阳能产生能量的方块图表。
图2A是图1风力和太阳能混合并行系统设置在一个垂直操作位置的外观图。
图2B是图1风力和太阳能混合并行系统设置在一个水平操作位置的外观图。
图3是图1风力和太阳能混合并行系统与附加热源结合更进而成为一热电共生(CHP)的外观图。
图4是风力和太阳能混合并行系统设置在塔上，竿子上和其它的独立支柱位置和搭配不同种类的太阳能收集器的各种安装架构外观图。
图5是风力和太阳能混合并行系统设置在山形屋顶上采用各种安装方式和搭配不同种类的太阳能收集器的各种安装架构外观图。
图6是风力和太阳能混合并行系统设置在便平面屋顶上采用各种安装方式和搭配不同种类的太阳能收集器的各种安装架构外观图。
图7是图1风力和太阳能混合并行系统操作的流程图表。
图8A图样说明能够与一个风力涡轮发电机结合的各种类型风罩架构和风向定向板。
图8B图样说明安装风罩架构和风向定向板在风力涡轮发电机上的两种方法。
图8C图样说明风罩架构和风向定向板在各种风吹方向下的运行位置。
图9在图样说明一个Savonius风车的风车扇叶在风中三个旋转位置A-B-C然后回到A，风罩架构和风向定向板与风流动的相互作用。
图10在图样说明四个Savonius风车的各式风罩架构和风向定向板例子与风流动的相互作用。
图11A图样说明斯特林发动机一个代表性的装置。
图11B展示图11A之斯特林发动机在斯特林运行周期中四个代表位置的俯视图。
图12图样说明在一个辅助激活电气马达，斯特林发动机和风力涡轮发电机传动轴之间的联结基构。
图13A-13D展示风力和太阳能混合并行系统两组联结/脱离机制的四个操作的位置。
图14A是包含太阳能收集器，风力涡轮发电机，斯特林发动机和两个循环流通系统的风力和太阳能混合并行系统的俯视图。
图14B是图14A内的热能传送流体封闭式循环流通系统的俯视和侧视图。
图14C是图14A内的冷媒半封闭式循环流通系统的俯视和侧视图。
图15是图14C内的冷媒半封闭式循环流通系统的组合侧视图。
图16展示风力和太阳能混合并行系统包含实时控制器和线性传动装置臂的复合抛物线太阳能收集器(CPC)以及手动或者自动化调整这个复合抛物线水槽阵式对于太阳方位角移动至季节中最理想位置的俯视和透视图。
图17A-D展示从日出到日落太阳方位角的顺序运动。
图17E-G展示图16装置复合抛物线太阳能收集器(CPC)的风力和太阳能混合并行系统之顺序运动，基于季节性变化手动或者自动化调整最理想位置。
图18展示各种类型的斯特林发动机结构型式，包括一个阿尔法型发动机，一个贝尔塔型发动机和一个加玛型发动机。
图19展示各种类型的风力涡轮机具体结构，包括一个Darrieus类型风力涡轮机，两个Savonius类型风力涡轮机和Giromills风力环涡式轮机。
图20展示把太阳能面板用于产生额外电力供给风力和太阳能混合并行系统的电力需要或者透过电力结合方法并入其它电流。
具体实施方式
1概述
提到图1，一混合并行系统100系组配来从风力和太阳能能源产生电力。系统100包括有风力发电的子系统110，其包括一风车扇叶112(例如，一个风力涡轮机)转换风力以产生机械能量和一个机械传输机制114(例如，一套齿轮和/或者传动轴)为把产生的机械能量传输给风力涡轮发电机子系统110的主要传动轴116以驱动一个电力发电机140。取决于特定应用，电力发电机140可以是一个同步发电机或者一个异步发电机，并且发电机的电力输出能够使用在负荷150(例如，家庭电器)，存储在存储单位160中(例如，一套电池)，或者输出至电力网络170。
风力和太阳能混合并行系统100也包括太阳能发电子系统120装配有太阳能收集器122(例如，抛物线集光盘)可使太阳能转变成热能，和一个热能机械发动机124(例如，一个外部燃烧发动机)可接着使热能转变成机械能量以驱动太阳能发电子系统120的一根主要传动轴126。
为了利用由太阳能发电子系统120产生的机械能量，相互联接子系统130可分离式结合风力涡轮发电机子系统的主要传动轴116和太阳能发电子系统的一根主要传动轴126。结果，从风力和太阳能的来源分别得到的机械能量被结合来驱动电力发电机140。
通常，不管天气条件如何，风力涡轮发电机子系统110多多少少在运转着，但是，从风力产生的电能的数量则是取决于当地风吹速度。另一方面，太阳能发电子系统120，则是有选择地运转发电，例如，基于太阳光强度。太阳能发电子系统120的操作期间，当太阳能发电子系统传动轴126与风力涡轮发电机子系统传动轴116结合时，由于从两个子系统110和120得到了机械能量的叠加而增加对电力发电机140的总机械能量输入。这样，当两个子系统110和120以一个相互补充模式运作时风力和太阳能混合并行系统100能够生产更大量的电力。当如同在夜间或者多雨和阴沉的天气期间时没有日光的辐射可用，风力和太阳能混合并行系统100也能够作为一个独立风力发电机系统来运作，在此情况下风车扇叶112仅仅由风力单独吹动旋转。
下面的描述包括图1的混合并行系统100之各种具体实现的论述，和透过其机制此系统如何运作。
2混合能量转换系统代表性的具体实现
图2A展示图1之风力和太阳能混合并行系统100采行垂直设置运作的一个具体实现。
这个系统包括太阳能收集器1，一组联装式斯特林发动机2(一种热能机械发动机)，一个风力涡轮机3，一个电力发电机4，第一个循环热能传送流体的旋转帮浦5，第二个循环冷媒的旋转帮浦6，一个辅助激活电气马达7，两组联结/脱离机制电动机8和9和装置在冷媒上行输送管6-1之热能交换器6-9。轴3-1为风力涡轮机3的主要传动轴，并且轴2-8为联装式斯特林发动机2的主要共同传动轴。这两根传动轴能够进行结合和分离动作与电动机9产生联结/脱离机制，在这个文件的稍后部分将详尽描述。
太阳能收集器1接收到太阳能并产生热能(例如，高达摄氏400度)驱动联装式斯特林发动机2运用这一种补充力量在风力涡轮机3的传动轴3-1上带动电力发电机4转动，从而同时产生电力。为了使机械能量转变成电能，机械对电力的转换器，例如，一个电力发电机4被使用。这个电力发电机4由传动轴3-1机械地结合到风力涡轮机3以产生有用电力输出。如果有需要，电力发电机4可在一个电能存储装置中存储产生出的电力，例如在被使用前先使用电池组13。如同在图2A中展示那样，整个风力和太阳能混合并行系统混合系统自身齐备且占地小。
值得注意的是图1的风力和太阳能混合并行系统可垂直地，水平地或者其它的操作位置安装以彻底利用这个位置的环境条件(例如，如果安装在建筑物顶部)。
图2B说明这个风力和太阳能混合并行系统100安装在一个水平的操作位置的另一个具体实现。此系统装置在山形房顶上其斜坡能够增加捕捉风的范围并且风车扇叶3-2导引这个风流动，这也能够增加这个风的流动量和力量，从而产生更多动力输出。
在一些应用方面，在图2A中展示垂直装置被采用，因此风的流动不管它的方向如何，总是能够驱动风车扇叶3-2的旋转并不需要调整风力涡轮机3的传动轴3-1的轴心线。
图3进一步展示风力和太阳能混合并行系统100的具体实现。在寒冷气候和暖气需求高的地区中，联装式斯特林发动机能够与主要由室内产生之附加热量来源的第二种热收集器相结合，例如，从室内暖气设备比如燃烧天然气或者燃烧木头的火炉与壁炉在阴冷天气或夜间。联装式斯特林发动机加热系统的旋转帮浦使用相同热能传送流体从室内热收集器循环热能(例如，天然气燃烧器16)到联装式斯特林发动机的热区再回流以完成另一个封密加热循环系统。响应环境条件，例如，风条件，太阳条件和温度的条件，这两个封密加热循系统环能够相结合以加强联装式斯特林发动机在白天的输出能量或者这个附加热来源可在夜间驱动联装式斯特林发动机。在冷天，能够把从联装式斯特林发动机冷区返回的热水为室内暖气设备17加热能。这样，这个太阳能和风力结合的热电共生系统(CHP)在电力生产的利益外再加上利用这个剩余热量作为室内暖气并提供热水。
图4是展示风力和太阳能混合并行系统100设置在塔上，一枝或多枝支撑竿子上和其它的独立支柱结构并搭配不同种类的太阳能收集器。
图5和图6是展示风力和太阳能混合并行系统100分别安装在倾斜屋顶和平屋顶上的进一步具体实现。
在上述的具体实现中，太阳能收集器1聚集日光焦点或者焦点线在一个热能吸收器11上。在这个焦点或者焦点线，日光包含的能量聚集在小范围。为了将太阳能收集器1恰当地追踪太阳于每日行空的轨道，使用太阳跟踪系统单位(例如，日光定位器)12来调整太阳能收集器1的方向变化以瞄准太阳。
如同在图5和图6展示那样的一些房顶安装的类型，太阳能收集器1能够被安装在屋顶上或者在风力涡轮机3旁边。为如同在图4展示那样的一些独自站立类型，这太阳能收集器1能够被安装在风力涡轮机3顶部或者在风力涡轮机3下方，因此不致阻碍风流直接吹向风车扇叶3-2。
图7展示一个具体实现从风和太阳能源得到它的能量输出的风力和太阳能混合并行系统100之操作程序流程图表。
3一个风力涡轮机的风罩架构使用
现在提到图8A，一个弧圆柱片状风罩架构3-4和风向定向板3-5把风流导向这些风车扇叶3-2上，在这个例子中，它们被对称地装置在风力涡轮发电机3的两边。风向定向板可装有指向相对方向的弯折片3-6。风罩架构3-4和风向定向板3-5加弯折片3-6将这风的流动充分地仅仅指向特定的风车扇叶3-2并且同时阻挡风的流动吹向这些风车扇叶的背面导致阻碍了风车扇叶的旋转。
每个风罩架构3-4具有一对弧圆柱片状，具有弯折片的风向定向板3-5被装置在相对弧圆柱片状风罩架构3-4的外部当面对风流动中以一个更有效的角度把风流导向这些风车扇叶3-2上。二组弧圆柱片状风罩架构3-4和风向定向板3-5被对称地装置在风力涡轮发电机3的两边。当风流动改变方向时，弧圆柱片状风罩架构和风向定向板将照样地被风转动然后呈现面临与风的流动方向相同的角度如图8A所示。
关于图8B，风力涡轮发电机具有一个自行定向功能的弧圆柱片状风罩架构和风向定向板能够以传统的或者强力磁悬浮轴承装置：上部轴承组3-7和下部轴承组3-8机械式地与风力涡轮机同轴心线被安装在风力涡轮发电机上使其能够自由地在风力涡轮机外围旋转，例如，风力涡轮发电机周遭安置的圆环轨道3-9上进行转动或以悬浮支架3-10支撑与风力涡轮机同轴心线地旋转。
关于图8C，当空气以各种不同方向吹向风力涡轮机时，弧圆柱片状风罩架构和风向定向板将照样地被风转动然而最后会自我调整定位并呈现平衡和面临与风的流动方向相同的角度，如图所示。这双风罩架构和风向定向板被放置和制成特定形状以导引风流动充分地指向仅仅在与风流动相同方向转动的风车扇叶上。它们也阻挡风流吹向与风流动相反方向的风车扇叶上。
值得一提的是每个风罩架构3-4具有对称结构之弧圆柱片状风罩架构和装有指向相对方向弯折片的风向定向板被装置在风力涡轮发电机3的两边具有自行调整和自行平衡的特性，当风向改变时风力流动施力于任一风向定向板3-5时，整个弧圆柱片状风罩架构和风向定向板倾向被转动而不再呈现面临与风的流动方向相同的角度，这时装置在风力涡轮发电机两边的风向定向板允许各自提供一种抗衡风阻力量让彼此相对保持平衡回复与风的流动方向相同的角度，换句话说当风流动改变方向时，对称结构之风罩架构3-4和装有指向相对方向弯折片的风向定向板3-5最终将承受相同的压力弥补了因风力改方向产生的暂时旋转和失衡而达到平衡。
图9展示一个风力涡轮机其四片风车扇叶3-2，风罩架构3-4和装有指向相对方向弯折片3-6的风向定向板3-5在风中风车扇叶三个旋转位置A-B-C然后回到A与风流动的对照关系。当风进入风力涡轮机中后顺着风罩架构3-4内侧弯面持续驱动风车扇叶3-2直到从下个缺口逸出，这有助于保持风流动能进而增加风力涡轮机动量输出的效率。
图10展示风力涡轮机使用不同数量的(2，3，4和5)风车扇叶片3-2和不同类型风罩架构3-4及装有指向相对方向弯折片3-6的风向定向板3-5在风流动中各自运动位置与旋转的对照关系。
4斯特林发动机
一个斯特林发动机是一种外部燃烧发动机能够使热能转变成机械能量的(例如，以驱动动力形式)透过连续不断加热和使一个内装的工作气体冷却。
关于图11A和图11B，斯特林发动机2的一个例子，是冷缩热胀的原理当加热一个工作气体会使其体积膨胀冷却它时体积会收缩。斯特林发动机包括热区2-1，冷区2-2，冷媒流通环衬装置(冷区)2-3，一个置换活塞2-4，一个动力活塞2-5，一个曲轴2-6，一个飞轮2-7，一根联合传动轴2-8和热能再供应器2-9者。当热能传送流体给这个斯特林发动机的热区2-1加热时，膨胀的工作气体将驱使这个置换活塞2-4和动力活塞2-5产生反复循环运动。热能再供应器2-9包含团状纤细的金属丝，通常位于斯特林发动机的冷热区之间。曲轴2-6和飞轮2-7机械性连接联装式斯特林发动机2的一根联的传动轴2-8上。这个斯特林发动机热区2-1包括散热器类型之冷却器5-4(例如，一个吸热排出装置)有许多金属散热片或其它增加表面积的方法覆盖在斯特林发动机热区2-1上。
图11A也展示一个相应的布局包括辅助激活电气马达7，联结/脱离机制，输送管5-1，5-2和旋转帮浦5循环热能传送流体。图11B展示斯特林发动机活塞2-4，2-5，曲轴2-6和飞轮2-7四个代表位置的暂停呈现。
5联结/脱离机制
关于图12，这个风力和太阳能混合并行系统包括一个辅助激活电气马达7，联结/脱离机制的小型马达8，9，两个旋转帮浦5，6，V型传动带4-4，4-8，滑轮组4-1，4-2，4-3，4-5，4-6，4-7，飞轮2-7，曲轴2-6和热能传送流体(HTF)储存槽。一个热能传送流体流通系统包括旋转帮浦5，热媒上行输送管5-1，热媒下行输送管5-2，热能传送流体储存槽5-3和斯特林发动机2热区2-1的散热器类型冷却器5-4。一个冷媒流通系统包括旋转帮浦6，冷媒上行输送管6-1，冷媒下行输送管6-2，安装在冷媒上行输送管6-1散热器类型冷却器6-9(例如，有许多散热片的金属装置)和斯特林发动机2冷区2-2的散热器类型冷却器5-5。一个传动轴系统包括斯特林发动机2的传动轴2-8和风力涡轮机3的传动轴的3-1。
一个联结/脱离机制提供了斯特林发动机2的传动轴2-8和风力涡轮机3的传动轴的3-1的连接(或者分离)功能需求。这个机制包括一个小型马达9，一套V型传动带4-8和滑轮4-5，4-6，4-7用以连接斯特林发动机2的传动轴2-8和风力涡轮机3的传动轴的3-1二者以形成结合的动力来源。
另一个联结/脱离机制包括一个小型马达8，一套V型传动带4-4和滑轮4-1，4-2，4-3用以连接辅助激活电气马达运动轴7-1和斯特林发动机2的传动轴2-8。这个机制提供一个方法让斯特林发动机传动轴2-8能够从静止状态被激活然后开始旋转。
图13A-图13D展示两个联结/脱离机制一系列操作之四个程序。
起先，当太阳光线聚焦于热能吸收器11时，虽然只要太阳为斯特林发动机热区产生足够热能时会带动旋转帮浦5循环热能传送流体但是热能传送流体需要先被外力从热能吸收器11循环至斯特林发动机热区。所以这个太阳能收集器1开始对热能吸收器11聚集太阳光线时，此热能传送流体循环系统开始激活辅助激活电气马达7然后开始驱动旋转帮浦5以及与它连接的斯特林发动机传动轴2-8的旋转。
图13A展示联结/脱离机制在夜间所有传动轴处于脱离状态风力涡轮机的转动和这风力和太阳能混合并行系统的电力只有从风力产生。当太阳升起时并且热能传送流体温度达到一个设定温度(例如，摄氏100度)，一个负责联结/脱离机制的小型马达9被激活(例如，被热电偶)开始缩回使在这些滑轮4-1，4-2，4-3上之V型传动带4-4逐渐绷紧。如同在图13B中展示那样，原本脱离分开的辅助激活电气马达7的传动轴7-1和热能传送流体旋转帮浦5，冷媒旋转帮浦6和斯特林发动机2的联合传动轴2-8被联结传动在一起。
不久热能传送流体温度达到另一个设定温度(例如，摄氏150度)，热电偶激活这个负责联结/脱离机制的小型马达8，开始伸出使在这些滑轮4-1，4-2，4-3上之V型传动带4-4逐渐松脱。结果，原本联结传动在一起的辅助激活电气马达7的传动轴7-1和斯特林发动机2的联合传动轴2-8的联结被脱离分开然后热电偶关闭这个辅助激活电气马达。
当日光逐渐增强，已经脱离辅助激活电气马达7的斯特林发动机开始强有力地运转，因此轮到第二个负责联结/脱离机制的小型马达9，开始缩回使在这些滑轮4-5，4-6，4-7上之V型传动带4-8逐渐绷紧。原本脱离分开的风力涡轮机3的传动轴的3-1和斯特林发动机2的联合传动轴2-8被联结传动在一起因此驱动力从联装式斯特林发动机2传送到风力涡轮发电机4上如同图13C中展示那样。
当天空阴沉或者在夜间，风力涡轮机和联装式斯特林发动机采分离状态，好除去联装式斯特林发动机对风力涡轮发电机的重量负荷和机械上的摩擦力。太阳能和风力的混合并行发电机，在夜间，多雨的，阴沉和多雪天只剩风力涡轮发电机独立出来自行运转发电。上述那个负责联结/脱离机制的小型马达9，开始伸出使在这些滑轮4-5，4-6，4-7上之V型传动带4-8逐渐松脱。原本联结传动在一起的风力涡轮机3的传动轴的3-1和斯特林发动机2的联合传动轴2-8被脱离分开如同图13D中展示那样。
一个完全的序列说明如同在图13A，图13B，图13C，图13D，再回到图13A中所展示其周而复始地实。在一些例子中，所有施六个滑轮都有大法兰盘4-9以保持槽中的V型传动带在松弛和非联结状态下时不致从中脱落如以上各图所示。
6流体流通机制
现下提到第14A-14C图，在一阳光充足天，加热这热能传送流体(例如，高达摄氏400度)，在太阳能收集器1中的热能吸收器11传送高热的热能传送流体透过热媒下行输送管5-2循环在斯特林发动机2的热区2-1。在热交换于联装式斯特林发动机2的热区2-1里面发生了以后，旋转帮浦5传送这热能传送流体透过热媒上行输送管5-1回到热能吸收器11完成封闭式加热循环如同图14A中表明那样。这个高热(例如，高达摄氏400度)热能传送流体依次流过这些联装式复合太阳能斯特林发动机热区之热能交换器5-4，因而能够依序递减地热交换高热并且彻底利用这个热能以增加动能的输出因而提供辅助驱动力到风力涡轮发电机上。热能传送流体封闭环路流通系统包括一个热媒旋转帮浦5，热媒输送管5-1，5-2，热能传送流体储存槽5-3基本上安装于联装式斯特林发动机2的下方加上太阳能斯特林发动机热区之散热器类型热能交换器5-4，如同图14B中展示那样。另外一个冷媒半封闭式循环流通系统包括一个旋转帮浦6，冷媒输送管6-1，6-2，冷媒流通环衬装置2-3环绕安装在太阳能斯特林发动机冷区2-2上，太阳能斯特林发动机冷区2-2外围之冷媒流通环衬装置2-3，散热器类型热能交换器5-5(有许多金属散热片的装置)包装在往上输送到冷媒流通环衬装置2-3的冷媒输送管6-1外围，如同图14C中展示那样。
如同图15中展示，在一些例子中，多管斯特林发动机能够用冷媒流通环衬装置2-3内含散热器类型热能交换器5-5是采用许多金属散热片的装置或其它可增加散热面积的方法围绕装置在斯特林发动机的冷区2-2上。散热器类型热能交换器5-5排出斯特林发动机的冷区2-2中热能透过冷媒流通环衬装置2-3中的冷媒向周围空气放热。旋转帮浦6从冷却水槽组的冷水输出槽6-3循环冷却水流经冷媒上行输送管6-1至多管斯特林发动机之冷媒流通环衬装置2-3(冷区2-2)与热区2-1中的热能交换热量后再流经冷媒下行输送管6-2流回冷却水槽组的热水回收槽6-4。
冷却系统的水槽组包括冷水输出槽6-3和与其顶部相连接的隔离层6-7保温热水回收槽6-4。把被隔离层6-7保温地热水回收槽6-4以水管连接到建筑物热水使用系统而冷水输出槽则与自来水供应线6-6连接以进行冷水补充。当热水回收槽6-4的热水经由热水阀6-8被建筑物热水使用系统使用时无法回馈冷水输出槽6-3里，冷水输出槽内的浮标装置6-5将触发自来水供应线6-6自行补充这个冷水。这个冷水的补充替换将大大地减低冷却系统冷水输出槽6-3的温度得以进一步强化其冷却过程和增加多管斯特林发动机的动力输出效率。
可注意的是对于多管斯特林发动机2的动力输出效率需求增加时，降低冷区2-2温度是很重要的；例如，理想化的斯特林循环效率条件下，在冷区内降温摄氏10度的变化能够等于在热区2-1内升温摄氏30度变化的相同影响。因此，散热器类型之冷却器6-9(有许多金属散热片的装置)包装在往上输送到冷媒流通环衬装置2-3的冷媒上行输送管6-1外围并且与风车扇叶轴心3-1相平行并排安装。风的流入或流出风车扇叶可使冷的空气穿过这些散热片之间因而能够大大改进热量从这散热器类型之冷却器6-9转移到周围空气中，另外为维持热能传送流体的高热度，斯特林发动机2的热区2-1，热媒旋转帮浦5，热媒上行输送管5-1，热媒下行输送管5-2，热能传送流体储存槽5-3均是采用双层密闭式的隔离层6-7保温(例如，用玻璃纤维层)减少热损失和增加斯特林发动机2的输出功率。
7扩展和应用
以上所描述的系统和方法可以是实有的且在其方面有许多可能的应用。例如，除生产电力以外，这个风力和太阳能混合并行系统(或者系统中的子系统)也能够使太阳能转变成热能量为办公室或者住家供应热水和室内暖气热量。
各种类型的太阳能收集器1可以被布署在这个风力和太阳能混合并行系统中。
关于图16，例如，使用复合抛物线聚焦器(CPC)所采用的一种经济型抛物线聚光槽类型允许更宽广的太阳光线接收角度和更有效的能量收集，不需要用昂贵的太阳追踪器12去锁定那每日在天空半球留下它明显运行轨道的太阳。这套复合抛物线聚焦器(CPC)系统采用廉价的实时控制器配合线性传动装置臂10来移动抛物线聚光槽数组相对于太阳方位角的运动。复合抛物线聚焦器的一个轴心可以被设定粗略地平行于地球的南北极旋转轴心线。它可经由手动调整(每月或者双月)或者自动化操作来调整第二个轴心：太阳高低角度。太阳在春季昼夜平分时的高低角度偏差是0度在夏天时上升至22.5度然后在秋天时降回至在0度再到冬天那时昼夜平分往下达到-22.5度。这种高低角度设定调整当太阳夏天高挂在天空并且进一步偏向北方时可使这些复合抛物线聚光槽数组面向太阳，当太阳冬天低挂在天空并且进一步偏向南方时可使这些复合抛物线聚光槽数组面向太阳，因此取得对于每一个季节最理想位置如图16所示。它可经由手动调整(每月或者双月)或者自动化操作，取决于极性轴线的方向安排。这种类型的太阳能收集器就可以不一定使用复杂昂贵以及由于云干扰而倾向对不准且有时不可靠的太阳定位器12(例如，太阳跟踪系统)。
图17A-图17D是采用复合抛物线聚焦器的风力和太阳能混合并行系统的一个俯视图，图样说明从日出到日落顺着太阳方位角的顺序运动。这线性传动臂装置10驱动复合抛物线聚焦器以复合抛物线聚焦器之系统支柱轴心为圆心作东西向有顺序的转动。图17E-图17G图样说明整个复合抛物线聚焦器沿着太阳高低角度的第二个轴心作南北向有顺序的俯仰运动是采用手动或者自动化操作的调整取得对于每一个季节最理想位置。手动调整机制包括转轮，连接柱和齿轮组来延伸和回缩线性传动臂装置10并且驱使复合抛物线聚焦器沿着其支柱轴心绕转。自动化操作的调整设置则需要附加电力马机和实时控制器。
图18展示能够用于风力和太阳能混合并行系统的三种斯特林发动机，包括阿尔法型发动机，贝尔塔型发动机和加玛型发动机的例子。这些各型发动机以工作气体被斯特林发动机活塞于其热区和冷区之间的不同驱动方式作为区分。其它类型斯特林发动机或者热能机械引擎也能够被使用。
图19展示能够用于风力和太阳能混合并行系统的各种风力涡轮机，包括Darrieus机翼叶片类型风力涡轮机，Savonius半筒类型风力涡轮机，Giromills长条叶片类型风力环涡轮机及其它的例子。其它类型风力涡轮机也能够被使用。
图20展示能够用来直接从日光独立产生电流的一套太阳能面板14可以装置在风力和太阳能混合并行系统的太阳能收集器1上。这些太阳能面板14能够利用太阳定位器12的功能更有效率地产生这额外电力供给风力和太阳能混合并行系统的电力需要或者透过电力结合方法并入其它电流如图所示。
在一些执行中，太阳能收集器和聚焦器能够大量使用高强度，抗腐蚀性，高吸震性，振动减缓性的高级复合材料(例如，玻璃纤维和碳纤维)。风力涡轮发电机的这个风收集部位采用高强度和轻质的高级复合材料(例如，S玻璃纤维，高模块碳纤维和Kevlar超强化防弹纤维)机翼型叶片，修长叶片，罩杯叶片，半筒式扇叶或者大面积扇叶以更有效率地产生电力。这样的一个完整架构也足以抗拒强风，温度，潮气和其它的大自然因素的损坏。这套风力和太阳能混合并行系统能够因使用轻质量的复合材料以保持高操作效率和充分地减少制造和保养的成本从而降低销售及维护费用，适合小商业，办公室和住家的低价位需求。此外，因为轻质架构，简单构造和模块化设计可广泛地应用于小型商业屋顶上，停车场，住家屋顶上或者后院的电力产生。此外，甚至开发中国家城市和市郊地区对于家庭及小型商业能量需求也可负担的起。
必须理解的是以上所描述说明是就此发明要求的范围来定义而不必是限制此发明的范围，这是要由以下附加的申请专利范围要求来定义的。其它具体实现也包含在以下这些申请专利范围之内。

Claims (20)

1.一种用以转换风力和太阳能能源以供与电力发电机使用之系统，其特征在于，包含：
一个风力发电的子系统，其包括：
一组风车扇叶，其作为承受风力而产生机械的动力；和
一支第一传动杆，其在风车扇叶和电力发电机之间机械地连结，作为传送该风车扇叶生产出的机械动力到该电力发电机；
一个太阳能动力的子系统，其包括：
一个太阳能收集器，其作为接收太阳能而产生太阳热能；
一个热能机械引擎，其连接该太阳能收集器，以供转换太阳热能成机械动力；和
一支第二传动杆，其机械地连结该热能机械引擎；和
一个互连的子系统，其作为可分离式地连结该第二传动杆和该第一传动杆，以供将该风力发电的子系统和太阳能动力的子系统所生产出的机械动力结合，来传输至该电力发电机。
2.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该太阳能动力子系统的该热能机械引擎包括一个外部燃烧发动机。
3.如权利要求2所述之系统，其特征在于，该外部燃烧发动机包括一套一具或更多具的斯特林发动机。
4.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该太阳能收集器包括一具或更多具从下列群组选出定的聚焦器：抛物线聚光反射器，抛物线聚光槽，复合抛物线聚光槽(CPCs)，真空日光集热管和菲涅尔透镜聚光器。
5.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该风力发电的子系统包括一风挡结构，其可旋转地安装在该第一传动杆。
6.如权利要求5所述之系统，其特征在于，该风挡结构包括一对弧圆柱形构 件，其对称地放置在该风车扇叶的周围之外。
7.如权利要求6所述之系统，其特征在于，风挡变流结架构进一步包括各在一个对应弧圆柱形构件的外部边缘角度安装的一对导流器风向定向板，作为引导风吹向该风车扇叶的一所欲范围。
8.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该互连子系统包括一套滑轮组和一条或更多条的V型传动带，以供选择地结合该滑轮组。
9.如权利要求8所述之系统，其特征在于，该互连子系统进一步包括一电力马达，其用以当由一控制信号激活时移动该滑轮组的一选定者，藉此在该滑轮组上使V型传动带缩紧，以将该第二传动杆与该第一传动杆连结。
10.如权利要求9所述之系统，其特征在于，进一步包括一个控制组件，其用以响应环境条件而产生控制信号来激活该电力马达。
11.如权利要求10所述之系统，其特征在于，该环境条件包括风的条件和太阳的条件中之一项或多项。
12.如权利要求10所述之系统，其特征在于，该环境条件包括在该热能机械引擎内部或在太阳能收集器里的一温度条件。
13.如权利要求12所述之系统，其特征在于，该控制组件包括一具或多具温度传感器。
14.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该热能机械引擎包括热区和冷区。
15.如权利要求14所述之系统，其特征在于，该太阳能动力子系统包括一个封闭回路流通系统，其用以循环热能传送流体流经该热能机械引擎的热区。
16.如权利要求15所述之系统，其特征在于，该封闭回路流通系统包括用以容 纳该热能传送流体一个流体储存槽，和一个旋转帮浦，其用以抽取该个流体储存槽内的该热能传送流体流经第一个输送管到一个被加热的热源，随后流经第二个输送管到该热能机械引擎的热区。
17.如权利要求16所述之系统，其特征在于，该太阳能动力子系统进一步包括一个第二循环系统，其用以循环冷却媒体以保持该热能机械引擎之冷区的一个低温度。
18.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该太阳能动力子系统进一步包括一太阳追踪组件，其用以获得太阳光线的测量值并且用以基于所获得的测量值导引该太阳能收集器到与该太阳光线相关联之一希望的方向。
19.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该风力发电的子系统包括一个垂直轴心涡轮机或者一个水平轴心涡轮机。
20.如权利要求1所述之系统，其特征在于，该太阳能动力子系统进一步包括连结到该太阳能收集器之一组的一或更多个太阳能面板，其用以产生额外电力以使风力或者太阳能动力子系统中的一个或多个的耗电设备有电。
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