CN104716891A - 一种太阳能风力综合发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能风力综合发电装置，包括风力发电机构、太阳能发电机构、旋转机构和控制模块，风力发电机构由固定于承重板上的通风道、焊接于通风道两侧的集风漏斗、设置于集风漏斗侧沿上的风速风向测量仪和设置于通风道内的风力发电装置构成，太阳能发电机构由设置于集风漏斗表面的太阳能电池板和设置于集风漏斗侧沿上的太阳能功率计构成，旋转机构由滚动轴承、承重柱、旋转齿轮、推力轴承、电磁抱闸、电磁抱闸基座、驱动齿轮、驱动电机、驱动电源和承重基座构成。本发明最大限度综合利用了太阳能和风能，降低了机械制造难度，提高了能量转化效率，适合于各类风力发电厂发电。

Description

一种太阳能风力综合发电装置

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，具体涉及一种太阳能风力综合发电装置。

背景技术

目前，全球能源危机日益严重，大量消耗化石能源会产生严重的环境污染。因此充分利用绿色能源已成为当今社会的重要研究课题，其中绿色能源主要包括风能、水能、太阳能和地热能，如何更好地利用这些可再生能源是亟待解决的技术问题。

传统的风力发电机的风轮采用三个叶片组成，建造大型风轮叶片的材料要求高、造价昂贵且制造难度大，后期调试维护复杂。风力发电机一般在二级风力以上才能启动叶片转动，二级风力以下叶片往往处于静止状态，在风力较小时不能使发电机转动。这主要由于风轮的叶片周围没有容器的限制，风力在做功的同时还要向周围扩散，三个以上叶片的作用面积不集中，使风能利用率受到影响，另外由于叶片过大且技术要求较高，使传统风力发电机在安装之后不能随时调整叶片的方向，而风向一季度或者一月甚至一天都变化较大，易造成部分风能损失，并且传统叶片呈一侧安装，长期使用使电机一侧受重，降低了设备的使用寿命。

风力发电装置大多铺设在地域广阔且阳光充足的地区，在该区域太阳能也有较大的利用空间。然而传统的风力发电厂很少安装太阳能发电装置，并且传统的太阳能发电装置也未与风力发电相互配合，一定程度上降低了可再生能源的使用效率。

公开号为CN 101539117B的发明专利公开了一种太阳能风力发电塔，该太阳能风力发电塔是利用太阳能制造风力并利用风力进行发电，通过太阳能转换为热能从而形成空气对流产生风能，该装置经过了两次能量转换，转换效率降低，并且需要建造集热塔和对流塔，设备成本较高、结构复杂且在恶劣的自然条件下玻璃易受损，另外该装置对地形要求较高，不适合全地形安装。

公开号为CN 101900085B的发明专利公开了一种太阳能风力发电机风叶驱动装置，该太阳能风力发电机风叶驱动装置通过空心球表面的太阳能板收集电能，通过空心内设置有重球利用惯性使风机能够持续转动，风力发电机机片中设置重球不利于发电机平稳运行，风力发电机叶片制造技术材料要求高，难度大，加装重球会增加叶片重量，提高机械制造难度，并且加重了电机单侧受重，增加了风力发电机的运行难度。

发明内容

本发明为克服传统太阳能风力发电装置的不足而提供了一种太阳能风力综合发电装置，该发电装置最大限度综合利用太阳能和风能，降低机械制造难度，提高能量转化效率，适合于各类风力发电厂发电。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种太阳能风力综合发电装置，其特征在于包括风力发电机构、太阳能发电机构、旋转机构和控制模块，其中风力发电机构由固定于承重板上的通风道、焊接于通风道两侧的集风漏斗、设置于集风漏斗侧沿上的风速风向测量仪和设置于通风道内的风力发电装置构成，该风力发电装置中的发电机叶片固定于风力发电机的转轴上并且在发电机叶片与风力发电机之间的转轴上设有电力传动无极调速器，通风道通过承重板设置于塔架的上方，太阳能发电机构由设置于集风漏斗表面的太阳能电池板和设置于集风漏斗侧沿上的太阳能功率计构成，旋转机构设置于塔架壳体的内部，该旋转机构由滚动轴承、承重柱、旋转齿轮、推力轴承、电磁抱闸、电磁抱闸基座、驱动齿轮、驱动电机、驱动电源和承重基座构成，滚动轴承的内圈与承重板配合连接，滚动轴承的外圈内嵌于塔架壳体顶部的卡台上，承重柱设置于塔架壳体的内部并且该承重柱的上端与承重板固定连接，承重柱的下端固定于推力轴承上，推力轴承固定于承重基座上，该承重基座与塔架壳体的内壁固定连接，在承重柱一侧的承重基座上设有驱动电机，驱动电机的转轴上设有驱动齿轮，该驱动齿轮与固定于承重柱上的旋转齿轮相啮合，旋转齿轮与滚动轴承之间的承重柱上设有电磁抱闸，该电磁抱闸固定于电磁抱闸基座上，电磁抱闸基座与塔架壳体的内壁固定连接，电磁抱闸基座的中部与承重柱间隙配合，驱动电源设置于承重基座的下部并分别通过线路与驱动电机和电磁抱闸相连，控制模块包括传感器模块、功率比较模块、主控电路、驱动模块、驱动设备模块、显示模块、发电模块、储蓄模块、交直流转化模块、发电并网模块和电源模块，其中主控电路分别通过线路与传感器模块、功率比较模块、驱动模块、驱动设备模块、显示模块、发电模块、储蓄模块、交直流转化模块和电源模块相连，电源模块分别通过线路与传感器模块、功率比较模块、主控电路、驱动模块、驱动设备模块、显示模块和交直流转化模块相连，传感器模块通过线路与功率比较模块相连，驱动模块通过线路与驱动设备模块相连，发电模块依次通过线路与储蓄模块、交直流转化模块和发电并网模块相连。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

（1）风力发电机构呈漏斗状，风力通过漏斗后，风向固定，风速增加，在风速较低时仍可继续满足驱动小型叶片产生电能；

（2）集风漏斗对称分布，通过通风道连接在一起并设置于承重板上，集风漏斗可以实现双侧受重平衡，降低单侧受重对塔架受力不均的影响，提高设备使用寿命，由于双侧集风漏斗的重量较重，与通风道的连接点需加固焊接；

（3）发电机叶片变小安装在通风道中，发电叶片变小可以降低加工制造难度，使维修调试更为方便可靠；

（4）集风漏斗表面安装太阳能电池板，用于收集太阳能，由于集风漏斗面积较大，则覆盖太阳能电池板的面积也较大，并且集风漏斗位置较高光照情况比地面更好；

（5）驱动电机通过驱动齿轮与旋转轴承相啮合，通过驱动电机驱动承重板可实现风力发电机构的实时可调操作，并且实现风能和太阳能对最大限度的获取能量，在风力较小和日照较好时，调整承重板使集风漏斗上的太阳能电池板跟随太阳转动，以太阳能发电为主，风力发电为辅；在风力较大日照较弱时，调整承重板使集风漏斗正对风力方向，以风力发电为主，太阳能发电为辅，获取最大限度的发电效率；

（6）发电机叶片后安装电力传动无极调速器，根据风速的大小，调节调速器变比，当风速较小时，减小调速器变比，当风速较大时，增大调速器变比，提高驱动能力，进而提高对风能的利用效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明中塔架的局部剖视图，图3是本发明中风力发电装置的结构示意图，图4是本发明的线路模块图。

图面说明：1、风速风向测量仪，2、太阳能电池板，3、集风漏斗，4、太阳能功率计，5、通风道，6、承重板，7、塔架，8、滚动轴承，9、承重柱，10、塔架外壳，11、旋转齿轮，12、推力轴承，13、电磁抱闸，14、电磁抱闸基座，15、驱动齿轮，16、驱动电机，17、承重基座，18、驱动电源，19、发电机叶片，20、风力发电机，21、电力传动无极调速器。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的具体内容。一种太阳能风力综合发电装置，包括风力发电机构、太阳能发电机构、旋转机构和控制模块，其中风力发电机构由固定于承重板6上的通风道5、焊接于通风道5两侧的集风漏斗3、设置于集风漏斗3侧沿上的风速风向测量仪1和设置于通风道5内的风力发电装置构成，该风力发电装置中的发电机叶片19固定于风力发电机20的转轴上并且在发电机叶片19与风力发电机20之间的转轴上设有电力传动无极调速器21，通风道5通过承重板6设置于塔架7的上方，太阳能发电机构由设置于集风漏斗3表面的太阳能电池板2和设置于集风漏斗3侧沿上的太阳能功率计4构成，旋转机构设置于塔架壳体10的内部，该旋转机构由滚动轴承8、承重柱9、旋转齿轮11、推力轴承12、电磁抱闸13、电磁抱闸基座14、驱动齿轮15、驱动电机16、驱动电源18和承重基座17构成，滚动轴承8的内圈与承重板6配合连接，滚动轴承8的外圈内嵌于塔架壳体10顶部的卡台上，承重柱9设置于塔架壳体10的内部并且该承重柱9的上端与承重板6固定连接，承重柱9的下端固定于推力轴承12上，推力轴承12固定于承重基座17上，该承重基座17与塔架壳体10的内壁固定连接，在承重柱9一侧的承重基座17上设有驱动电机16，驱动电机16的转轴上设有驱动齿轮15，该驱动齿轮15与固定于承重柱9上的旋转齿轮11相啮合，旋转齿轮11与滚动轴承8之间的承重柱9上设有电磁抱闸13，该电磁抱闸13固定于电磁抱闸基座14上，电磁抱闸基座14与塔架壳体10的内壁固定连接，电磁抱闸基座14的中部与承重柱9间隙配合，驱动电源18设置于承重基座17的下部并分别通过线路与驱动电机16和电磁抱闸13相连，控制模块包括传感器模块、功率比较模块、主控电路、驱动模块、驱动设备模块、显示模块、发电模块、储蓄模块、交直流转化模块、发电并网模块和电源模块，其中主控电路分别通过线路与传感器模块、功率比较模块、驱动模块、驱动设备模块、显示模块、发电模块、储蓄模块、交直流转化模块和电源模块相连，电源模块分别通过线路与传感器模块、功率比较模块、主控电路、驱动模块、驱动设备模块、显示模块和交直流转化模块相连，传感器模块通过线路与功率比较模块相连，驱动模块通过线路与驱动设备模块相连，发电模块通过线路依次与储蓄模块、交直流转化模块和发电并网模块相连。

风速风向测量仪安装在集风漏斗上用于测量风向并测出该风向的最大风速且反馈信号。集风漏斗安装在通风道的两侧，其中选取设有风速风向测量器的一侧作为进风侧，另一侧安装与左侧相同的集风漏斗，起到配重的作用。集风漏斗选用厚度较薄（厚度1-3cm）质量较轻的金属，其中喇叭口一端半径40-50m，另一端半径可以为5-10m，具体根据实际发电场面积和风力发电机型号确定。疾风漏斗对称分布避免了单侧受重，提高了设备的使用寿命。由于该集风漏斗不需要做运动，只需进行简单安装固定不需要复杂的安装调试，相比于传统的风力发电机大大降低安装调试难度和制造难度。采用集风漏斗来收集气流，当气体流动到集风漏斗的进风口时接触集风漏斗喇叭面，则气流通过喇叭口向通风道流动，一方面气流通过喇叭口，由于喇叭口集聚作用会使气流在到达喇叭口末端时风速加快，则可以更为有力驱动风力发电机叶片，另一方面由于喇叭口的构造，当不是来自迎风方向的风力作用时会使风速转向，迫使来自非迎风方向的风力依然沿集风漏斗进入通风道，提高了来自不同方向风力的作用效率。

风力发电装置安装在通风道内，通风道半径略大于发电机叶片半径，具体根据风力发电叶片半径变化而调整，通风道主要用来承接从集风漏斗从喇叭口进去的气流。由于通风道的束缚，从集风漏斗喇叭口进去的气流将全部约束在通风道内并且水平正面冲击发电机叶片，从喇叭口进去的气流将全部通过风力发电机叶片且不会造成部分气流从风力发电机叶片外流走。除此之外，由于风力发电机叶片半径明显减小，降低了机械制造的难度以及后期的安装调试难度。发电机叶片后加装电力传动无极调速器，在不同的风力条件下，可以通过控制电力传动无极调速器连续地控制变比，在电力传动无极调速器后加装风力发电机，通过调节变比输出相对稳定的转矩，驱动风力发电机更加平稳的输出功率。提高了在不同风力条件下，调速器随风力发电机驱动能力，使风力发电的效率最大化。

在集风漏斗外表面全部安装太阳能电池板，由于集风漏斗外表面巨大，成喇叭状外形并且双侧集风漏斗对称排布，太阳能电池板受光面积大，另一方面太阳能电池板安装在高空，比传统安装在地面的太阳能电池板受雾霾、地面水汽等地面因素的影响较小，接受光照更加充分完全。

承重板连接滚动轴承内圈，滚动轴承外圈固定在塔架壳体上部，滚动轴承仅用来保持水平方向的旋转，竖直方向不承受重力。承重柱上端连接承重板，下端固定在推力轴承上，承重板所受力将全部压在承重柱上，因此承重柱应具有高强度不易变形的特点。承重柱下端的推力轴承受力也大，应选用圆柱推力轴承，可以承受轴向的力并且可以水平旋转。推力轴承下端固定在承重基座上，承重基座与塔架壳体内壁焊接在一起，则承重基座所受的力将分解到塔架壳体上，故承重基座应采用强度较高，厚度较厚的钢板，并且承重基座与塔架壳体的焊点应加固焊接，塔架整体应满足承受以上所有重力，塔架壳体采用加厚处理等方式。在承重柱下部安装旋转齿轮，驱动电机也固定在承重基座上，驱动电机为直流驱动电机，驱动电源固定于承重基座的下部，驱动电机上安装驱动齿轮，驱动电源所输出的直流电为驱动电机供电，通过驱动齿轮与旋转齿轮相啮合带动旋转齿轮转动而使风力发电机构和太阳能发电机构转向。在承重柱中部安装电磁抱闸，用来保护由于外部风力作用，风力发电机构和太阳能发电机构不会随意转动。电磁抱闸也是由驱动电源所输出直流电供电，电磁抱闸安装在电磁抱闸基座上，电磁抱闸基座也焊接在塔架壳体的内壁上。

传感器模块包括风速风向测量仪和太阳能功率计，用于获取相关数据输入。风速风向测量仪用于获得该时刻的风向和最大风速，若通过调整集风漏斗使集风漏斗沿着风力的方向，此时迎风角为0度，能得到为的最大风力发电功率输出。太阳能功率计用于获得该时刻的太阳光照强度，若通过调整集风漏斗使集风漏斗表面最大限度的接受光照，当光线能垂直照射到通风道时，能得到最大太阳能发电功率输出。

将以上获得最大风力发电功率和最大太阳能发电功率分别传送到功率比较模块，根据同一时刻所采集的风力发电功率和太阳能发电功率，功率比较模块主要用于比较风力发电功率和太阳能发电功率的高低。将比较的结果送至主控电路，当风力发电功率大于太阳能发电功率时，主控电路通过控制驱动模块，驱动电机旋转使集风漏斗能正好朝向风向，并且主控电路将控制驱动模块，控制电磁抱闸，将承重柱抱紧，集风漏斗方向不会随外部因素而随意转动，这时以风力发电为主，太阳能发电为辅。当风力发电效率小于太阳能发电效率时，主控电路通过控制驱动模块驱动电机旋转使光线能垂直照射到通风道，集风漏斗外表面所粘贴的太阳能电池板能最大表面积地接受太阳照射，同样主控电路通过驱动模块驱动电磁抱闸，抱紧承重柱，这时以太阳能发电为主，风力发电为辅。除此之外，传感器模块中的风速风向测定仪和太阳能功率计收集的信号直接传送到主控电路，主控电路接受信号后，根据风力大小通过驱动控制电力传动无级变速器，当检测的风速较大时，风机的驱动能力提高时，电力传动无极变速器增加变比，提高对风能的利用效率。当检测的风速较小时，则降低电力传动无极变速器变比。

发电模块包括太阳能电池板和风力发电机，太阳能电池板发电为直流电，风力发电所发电为频率变化的交流电，都不适合直接并网，首先将产生的电能收集储蓄，分别

收集在风能储蓄电路和太阳能储蓄电路中。再通过交直流变化模块中的DC-AC线路产生可用的交流电和DC-DC线路产生不同等级可用的直流电。交流电主要用于满足并网或不同电压直流电用于线路供电和驱动相应的驱动设备，并且在整个风力发电和太阳能发电过程中，都通过显示模块显示出风向风力大小、太阳能强度以及风力发电功率和太阳能发电功率。

综上所述，本发明最大限度综合利用了太阳能和风能，降低了机械制造难度，提高了能量转化效率，适合于各类风力发电厂发电。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (1)

1.一种太阳能风力综合发电装置，其特征在于包括风力发电机构、太阳能发电机构、旋转机构和控制模块，其中风力发电机构由固定于承重板上的通风道、焊接于通风道两侧的集风漏斗、设置于集风漏斗侧沿上的风速风向测量仪和设置于通风道内的风力发电装置构成，该风力发电装置中的发电机叶片固定于风力发电机的转轴上并且在发电机叶片与风力发电机之间的转轴上设有电力传动无极调速器，通风道通过承重板设置于塔架的上方，太阳能发电机构由设置于集风漏斗表面的太阳能电池板和设置于集风漏斗侧沿上的太阳能功率计构成，旋转机构设置于塔架壳体的内部，该旋转机构由滚动轴承、承重柱、旋转齿轮、推力轴承、电磁抱闸、电磁抱闸基座、驱动齿轮、驱动电机、驱动电源和承重基座构成，滚动轴承的内圈与承重板配合连接，滚动轴承的外圈内嵌于塔架壳体顶部的卡台上，承重柱设置于塔架壳体的内部并且该承重柱的上端与承重板固定连接，承重柱的下端固定于推力轴承上，推力轴承固定于承重基座上，该承重基座与塔架壳体的内壁固定连接，在承重柱一侧的承重基座上设有驱动电机，驱动电机的转轴上设有驱动齿轮，该驱动齿轮与固定于承重柱上的旋转齿轮相啮合，旋转齿轮与滚动轴承之间的承重柱上设有电磁抱闸，该电磁抱闸固定于电磁抱闸基座上，电磁抱闸基座与塔架壳体的内壁固定连接，电磁抱闸基座的中部与承重柱间隙配合，驱动电源设置于承重基座的下部并分别通过线路与驱动电机和电磁抱闸相连，控制模块包括传感器模块、功率比较模块、主控电路、驱动模块、驱动设备模块、显示模块、发电模块、储蓄模块、交直流转化模块、发电并网模块和电源模块，其中主控电路分别通过线路与传感器模块、功率比较模块、驱动模块、驱动设备模块、显示模块、发电模块、储蓄模块、交直流转化模块和电源模块相连，电源模块分别通过线路与传感器模块、功率比较模块、主控电路、驱动模块、驱动设备模块、显示模块和交直流转化模块相连，传感器模块通过线路与功率比较模块相连，驱动模块通过线路与驱动设备模块相连，发电模块依次通过线路与储蓄模块、交直流转化模块和发电并网模块相连。