CN103929116A - 一种风光互补发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风光互补发电系统,包括垂直轴式风力发电机、太阳能电池板、蓄电池、立柱、传动轴和支撑台,太阳能电池板固定在立柱上;传动轴位于立柱内部,传动轴顶端设有垂直轴式风力发电机,传动轴底端设有风力机齿轮,传动轴在垂直轴式风力发电机的作用下能够绕立柱转动;支撑台内设有T形架,T形架顶部设有发电机,发电机的输入轴上装有发电机齿轮;发电机齿轮与风力机齿轮相啮合,T形架底部装有风光互补控制器,风光互补控制器分别与垂直轴式风力发电机、太阳能电池板和所述蓄电池电连接。本发明的垂直轴风力发电机在风向及风速频繁变化之下,能照常发电,提高了风能的利用率和系统的发电量,具有很高的使用价值。

Description

一种风光互补发电系统
技术领域
本发明涉及一种风光互补发电系统,尤其是指一种新型垂直轴式风光互补发电系统,特别适用于路灯、灯塔等直流用电设备和交流用电设备。
背景技术
常规能源在利用的过程中,对环境和生态系统的破坏愈发严重。近年来,世界各国逐渐认识到能源对人类发展的重要性,因此各国都在开发利用可再生、无污染的新能源。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性,弥补了太阳能和风能作为独立资源发电的不平衡性、不稳定性等缺点,是具有较高性价比的一种新型能源发电系统,具有很好的应用前景,特别适用于路灯、灯塔等直流用电设备和交流用电设备。
专利201310171351.4和201210414268.0公布了一种风光互补发电系统,包括风力发电机、太阳能电池板、蓄电池、整流电路、风光互补控制器和逆变器等,其中,201310171351.4将太阳能和风能结合起来发电,输出的电能可以供直流和交流使用,但是该系统没有给出风力机的结构形式,不够全面;201210414268.0利用的是水平轴式风力发电机,一般水平轴风力发电机在风向频繁变化时,风车必须不断调整角度,使其旋转平面与风向垂直,以此获得最大的风能利用率。但是风速频繁变化亦影响水平轴风车的效率,而且也影响设备的使用寿命。在满足基本要求的前提下,应尽量做到简化系统,以达到提高风能利用率、节约设计制造和维护成本的目的。
发明内容
针对风能和太阳能作为独立资源发电的不平衡性、不稳定性等缺点以及水平轴风力发电机在风向多变条件下发电效率低、发电系统设计制造成本高、设备维护不方便等缺点,本发明提供一种风光互补发电系统。
本发明的技术方案是:一种风光互补发电系统,包括垂直轴式风力发电机、太阳能电池板、蓄电池、立柱、传动轴和支撑台,所述立柱与所述支撑台固定连接,所述太阳能电池板固定在所述立柱上;所述传动轴位于所述立柱内部,所述传动轴顶端设有垂直轴式风力发电机,所述传动轴底端设有风力机齿轮,所述传动轴在所述垂直轴式风力发电机的作用下能够绕所述立柱转动;所述支撑台内设有T形架,所述T形架顶部设有若干发电机,所述发电机的输入轴上装有发电机齿轮;所述发电机齿轮与所述风力机齿轮相啮合,所述T形架底部装有风光互补控制器,所述风光互补控制器分别与所述垂直轴式风力发电机、所述太阳能电池板和所述蓄电池电连接。所述的传动轴与发电机通过传动齿轮传递转矩,带动发电机工作,齿轮为增速装置,可提高系统发电量。垂直轴风力发电机能在低风速工况下能启动工作,在低风速区,总发电量高于水平轴风力发电机,启动性能得到提升。
上述方案中,所述垂直轴式风力发电机通过风轮毂固定在所述传动轴上,所述风轮毂上对称设有若干支架,所述每个支架包括上横梁和下横梁,叶片通过销轴铰接在所述上横梁和所述下横梁之间,所述上横梁和所述下横梁一侧凸缘连接有第一限定轴,另一侧凸缘连接有第二限定轴,所述叶片能够通过所述销轴在所述第一限定轴和所述第二限定轴之间转动。同时,垂直轴风力发电机在风向及风速频繁变化时,不需对风装置,系统能照样正常发电,延长了系统装置的使用寿命,提高了风能利用率。
进一步地,所述每个支架上的叶片为矩形叶片,所述销轴位于所述叶片长度方向2/3处。可使垂直轴式风轮可以在风力作用下自动改变叶片的角度,运动过程中,始终有一个叶片垂直于风场,最大限度的利用风能,其余叶片平行于风场,处于自由状态,运动阻力极小。
上述方案中,所述风轮毂和所述立柱之间设有延长套,所述传动轴套在所述延长套内。延长套可以保护传动轴与外界之间接触,防止传动轴与空气雨水接触发生氧化生锈现象。
上述方案中,所述太阳能电池板表面镀有水性二氧化钛膜。能提高发电效率,减少人工维护保养力度,降低异物遮挡带来的输出损耗和热斑隐患。
上述方案中,所述太阳能电池板与地面约成25°~35°,最大程度保证日射量。
上述方案中,所述支撑台上设有检修孔,可以方便设备的检查和维修。
本发明的有益效果是:(1)将风能和太阳能发电结合起来,融为一体提高了发电效率。(2)采用垂直轴风力发电机,在垂直轴风力发电机在风向及风速频繁变化时,不需对风装置,系统能照样正常发电,延长了系统装置的使用寿命,提高了风能利用率。(3)垂直轴风力发电机能在低风速工况下启动工作,在低风速区,总发电量高于水平轴风力发电机,启动性能得到提升。(3)叶片长度2/3处设置销轴,可使垂直轴式风轮在风力作用下自动改变叶片的角度,运动过程中,始终有一个叶片垂直于风场,最大限度的利用风能,其余三个叶片平行于风场,处于自由状态,运动阻力极小。(4)系统装置架设高度低,节约了系统装置的安裝及维护成本。
附图说明
    图1为本发明装置主视结构简图。
图2为本发明装置俯视结构简图。
图3为本发明装置的垂直轴风力发电机三维结构图。
图4为本发明装置的支撑台内部结构示意图。
图5为本发明的控制系统原理图。
图中:1、太阳能电池板;2、立柱;3、延长套;4、传动轴;5、风轮毂;6、下横梁;7、叶片;8、上横梁;9-1、第一限定轴;9-2、第二限定轴; 10、支撑台;11、风力机齿轮;12、发电机齿轮;13、发电机;14、T形架;15、风光互补控制器;16、销轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种风光互补发电系统如图1、图2和图3所示,一种风光互补发电系统,包括垂直轴式风力发电机、太阳能电池板1、蓄电池、立柱2、传动轴4和支撑台10,所述立柱2与所述支撑台10固定连接,所述太阳能电池板1固定在所述立柱2上,所述太阳能电池板1表面镀有水性二氧化钛膜,能提高发电效率,减少人工维护保养力度,降低异物遮挡带来的输出损耗和热斑隐患。所述传动轴4位于所述立柱2内部,所述传动轴4顶端设有垂直轴式风力发电机,所述传动轴4底端设有风力机齿轮11,所述传动轴4在所述垂直轴式风力发电机的作用下能够绕所述立柱2转动;所述支撑台10内设有T形架14,所述T形架14顶部设有若干发电机13,所述发电机13的输入轴上装有发电机齿轮12;所述发电机齿轮12与所述风力机齿轮11相啮合,所述T形架14底部装有风光互补控制器15,所述风光互补控制器15分别与所述垂直轴式风力发电机、所述太阳能电池板1和所述蓄电池电连接。所述支撑台10上设有检修孔,可以方便设备的检查和维修。垂直轴式风力发电机通过风轮毂5固定在所述传动轴4上,所述风轮毂5和所述立柱2之间设有延长套3,所述传动轴4套在所述延长套3内,可以保护传动轴与外界之间接触,防止传动轴与空气雨水接触发生氧化生锈现象。
垂直轴式风力发电机如图4所示,风轮毂5上对称设有四个支架,所述每个支架包括上横梁8和下横梁6,叶片7通过销轴16铰接在所述上横梁8和所述下横梁6之间,所述每个支架上的叶片7为矩形叶片,所述销轴16位于所述叶片7长度方向2/3处。所述上横梁8和所述下横梁6一侧凸缘连接有第一限定轴9-1,另一侧凸缘连接有第二限定轴9-2,所述叶片7能够通过所述销轴16在所述第一限定轴9-1和所述第二限定轴9-2之间转动。这种结构使得垂直轴式风轮可以在风力作用下自动改变叶片的角度,运动过程中,始终有一个叶片垂直于风场,最大限度的利用风能,其余三个叶片平行于风场,处于自由状态,运动阻力极小,提高风能利用率。
本发明的控制系统如图5所示,控制流程如下:风力发电机发出的电经整流器到风光互补控制器;同样,太阳能电池板发出的电经整流器也到风光互补控制器;蓄能器与风光互补控制器连接,系统装置在开始工作或者蓄能器内部能量不足时,风光互补控制器能够将风能或太阳能产生的电能存储在蓄能器中,当系统装置在不能发电或者发电电量较低时,蓄能器把储存的能量释放出来,通过风光互补控制器传送给电能设备。通过将蓄能器与风光互补控制器接合起来使用,实现了双向控制。实际使用中,可以将风光互补控制器连接的电路通向路灯、灯塔和其他直流设备等,另一路可以利用逆变器将直流电转换为交流电,供交流设备使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风光互补发电系统,其特征在于,包括垂直轴式风力发电机、太阳能电池板(1)、蓄电池、立柱(2)、传动轴(4)和支撑台(10),所述立柱(2)与所述支撑台(10)固定连接,所述太阳能电池板(1)固定在所述立柱(2)上;所述传动轴(4)位于所述立柱(2)内部,所述传动轴(4)顶端设有垂直轴式风力发电机,所述传动轴(4)底端设有风力机齿轮(11),所述传动轴(4)在所述垂直轴式风力发电机的作用下能够绕所述立柱(2)转动;所述支撑台(10)内设有T形架(14),所述T形架(14)顶部设有若干发电机(13),所述发电机(13)的输入轴上装有发电机齿轮(12);所述发电机齿轮(12)与所述风力机齿轮(11)相啮合,所述T形架(14)底部装有风光互补控制器(15),所述风光互补控制器(15)分别与所述垂直轴式风力发电机、所述太阳能电池板(1)和所述蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补发电系统,其特征在于,所述垂直轴式风力发电机通过风轮毂(5)固定在所述传动轴(4)上,所述风轮毂(5)上对称设有若干支架,所述每个支架包括上横梁(8)和下横梁(6),叶片(7)通过销轴(16)铰接在所述上横梁(8)和所述下横梁(6)之间,所述上横梁(8)和所述下横梁(6)一侧凸缘连接有第一限定轴(9-1),另一侧凸缘连接有第二限定轴(9-2),所述叶片(7)能够通过所述销轴(16)在所述第一限定轴(9-1)和所述第二限定轴(9-2)之间转动。
3.根据权利要求2所述的一种风光互补发电系统,其特征在于,所述每个支架上的叶片(7)为矩形叶片,所述销轴(16)位于所述叶片(7)长度方向2/3处。
4.根据权利要求2所述的一种风光互补发电系统,其特征在于,所述风轮毂(5)和所述立柱(2)之间设有延长套(3),所述传动轴(4)套在所述延长套(3)内。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种风光互补发电系统,其特征在于,所述太阳能电池板(1)表面镀有水性二氧化钛膜。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种风光互补发电系统,其特征在于,所述太阳能电池板(1)与地面约成25°~35°。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种风光互补发电系统,其特征在于,所述支撑台(10)上设有检修孔。
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