CN104847589A - 一种风光压全天候联合发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风光压全天候联合发电装置，由风能发电模块、太阳能发电模块、压力能发电模块和储能模块组成；所述储能模块分别连接所述风能发电模块、太阳能发电模块和压力能发电模块。本发明利用多种清洁能源联合发电，提高了能量利用率，在最大程度上保障装置供电的持续性。本发明方便运输，可以在家庭、公交车站、火车站、收费站、高速公路隧道口、野外或者偏远山村以及任意需要的情况下随时为人提供方便的电能。

Description

一种风光压全天候联合发电装置

技术领域

本发明涉及一种联合发电装置，尤其是一种风光压全天候联合发电装置。

背景技术

随着科技的不断发展，人们对于电能的需求也在不断增加，小到人们可随身携带的电子设备，大到夜晚的城市照明用电，在我们的日常生活中，每时每刻都消耗着大量的电能。目前我国主要电能来源为火电厂发电，虽然产生的排放物都经过了一定的处理，对环境造成的污染较小，但是随着雾霾污染的日益严重，以及煤炭这类不可再生资源的逐渐消耗，发展并推广清洁能源的应用已经成为了一件刻不容缓的事情。同时，对于很多特殊情况，比如需要长时间在户外作业，以及对于一些远离城市的用电站点，人们都会面对用电困难甚至无电可用的情况。对于此类情况，想要涉及电网来解决是一件成本高耗时长的任务。因此，需要综合利用清洁能源，比如风能、太阳能及压力能，开发联合发电装置，以便随时随地产生持久稳定的可用电能，在最大程度上保障人们对于电能的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风光压全天候联合发电装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种风光压全天候联合发电装置，由风能发电模块、太阳能发电模块、压力能发电模块和储能模块组成；所述储能模块分别连接所述风能发电模块、太阳能发电模块和压力能发电模块。

所述风能发电模块包括升阻互补型风力发电机；所述升阻互补型风力发电机由第一和第二S型风机与一个H型风机组成；所述第一和第二S型风机结构相同；所述第一和第二S型风机的方向差为90度；所述第一和第二S型风机整体的上下两端分别设有第一和第二超越离合器；所述第一和第二超越离合器的内圈分别与所述第一和第二S型风机的叶片固定连接；所述第一和第二超越离合器的外圈分别与所述H型风机的连接杆相连；所述H型风机的力矩达到其自启动力矩并且转速超过所述第一和第二S型风机后，与所述第一和第二S型风机相分离。

所述H型风机的风轮叶尖半径R为：

$R=\sqrt{P/m{V}_{\∞}^3}---\left(1\right)$

其中，P为所述H型风机的额定发电功率，m为所述H型风机的高径比，V_∞为所述H型风机的额定风速；

所述H型风机风轮的弦长C₁为：

$C_1=\frac{5R}{n_1{\mathrm{\λ}}_H^2}---\left(2\right)$

其中λ_H为所述H型风机风轮的最佳尖速比；n₁为所述H型风机风轮的叶片数；

所述S型风机曲面直径d为：

d＝0.4D   (3)

其中D为所述H型风轮(2)的直径；

所述S型风机的风轮高度h为：

h＝kd   (4)

其中k为所述S型风机风轮的最佳高径比。

所述太阳能发电模块包括一块以上太阳能电池板；所述太阳能电池板的边缘设有卡扣和滑槽装置，所述各太阳能电池板通过所述卡扣和滑槽装置连接。

所述太阳能电池板为单晶硅太阳能电池板。

所述压力能发电模块包括压力发电装置；所述压力发电装置包括压电陶瓷片和安全支柱，所述压力发电装置的上底面能够在压力作用下发生形变，所述上底面的下表面设有突起，所述突起在所述上底面形变时与所述压电陶瓷片接触，在所述上底面非形变时与所述压电陶瓷片分离；所述安全支柱固定安装在所述压力发电装置中央。

所述储能模块包括级联风光压互补控制器和储能电池。

本发明的有益效果在于：

1、本发明利用多种清洁能源联合发电，提高了能量利用率，在最大程度上保障装置供电的持续性。

2、本发明方便运输，可以在家庭、公交车站、火车站、收费站、高速公路隧道口、野外或者偏远山村以及任意需要的情况下随时为人提供方便的电能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例1的风能发电模块主视图；

图3是本发明实施例1的风能发电模块结构示意图；

图4是本发明实施例1的太阳能发电模块结构示意图；

图5是本发明实施例1的压力能发电模块结构示意图；

图6是本发明实施例1的压力能发电模主视图；

其中1-第一超越离合器，2-H型风机，3-H型风机的连接杆，4-第一S型风机，5-第二S型风机，6-第二超越离合器，7-风机的可伸缩支撑轴，8-太阳能电池板，9-卡扣和滑槽装置，10-上底面，11-下表面上的突起，12-压电陶瓷片，13-安全支柱,14-太阳能电池板，15-风力发电机，16-蓄电池，17-风光压互补控制器，18-压力发电模块，19-用电装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种风光压全天候联合发电装置，由风能发电模块、太阳能发电模块、压力能发电模块和储能模块组成；所述储能模块分别连接所述风能发电模块、太阳能发电模块和压力能发电模块。

如图2和图3所示，所述风能发电模块包括升阻互补型风力发电机；所述升阻互补型风力发电机由第一和第二S型风机4，5与一个H型风机2组成；所述第一和第二S型风机4，5结构相同；所述第一和第二S型风机4，5的方向差为90度；所述第一和第二S型风机4，5整体的上下两端分别设有第一和第二超越离合器1，6；所述第一和第二超越离合器1，6的内圈分别与所述第一和第二S型风机4，5的叶片固定连接；所述第一和第二超越离合器1，6的外圈分别与所述H型风机2的连接杆3相连；所述H型风机2的力矩达到其自启动力矩并且转速超过所述第一和第二S型风机4，5后，与所述第一和第二S型风机4，5相分离。

所述H型风机2的风轮叶尖半径R为：

$R=\sqrt{P/m{V}_{\∞}^3}---\left(1\right)$

其中，P为所述H型风机的额定发电功率，m为所述H型风机的高径比，V_∞为所述H型风机的额定风速；

所述H型风机风轮的弦长C₁为：

$C_1=\frac{5R}{n_1{\mathrm{\λ}}_H^2}---\left(2\right)$

其中λ_H为所述H型风机风轮的最佳尖速比；n₁为所述H型风机风轮的叶片数；

所述S型风机曲面直径d为：

d＝0.4D   (3)

其中D为所述H型风轮(2)的直径；

所述S型风机的风轮高度h为：

h＝kd   (4)

其中k为所述S型风机风轮的最佳高径比。

如图4所示，所述太阳能发电模块包括一块以上太阳能电池板8；所述太阳能电池板8的边缘设有卡扣和滑槽装置9，所述各太阳能电池板8通过所述卡扣和滑槽装置9连接。

所述太阳能电池板8为单晶硅太阳能电池板。

如图5和图6所示，所述压力能发电模块包括压力发电装置；所述压力发电装置包括压电陶瓷片12和安全支柱13，所述压力发电装置的上底面10能够在压力作用下发生形变，所述上底面10的下表面设有突起11，所述突起11在所述上底面10形变时与所述压电陶瓷片12接触，在所述上底面10非形变时与所述压电陶瓷片12分离；所述安全支柱13固定安装在所述压力发电装置中央。

所述储能模块包括级联风光压互补控制器和储能电池

如图1所示，本发明可以为一些具有电能需求的站点进行供电，比如对红绿灯、路灯、街边LED屏、手机电子设备充电的站点以及高速公路站点、养殖场等设备和地点进行供电。具体实施方案为在需要电能的装置或站点附近人流或车流密集处铺设如图5所示的压力发电单元，主要用以采集人流及车流行进碾压所产生的压力能，同时在旁边架设如图2所示的风机和如图4所示的太阳能电池板，用以采集风能和太阳能，之后将产生电能输送储存到储能装置当中，装置所产生的电能可以用以供给站点的用电需求。

在本实施例中，工况为：额定风速为V_∞＝8m/s，发电机额定发电功率p为300W，阻力型风轮的最佳尖速比为λ_s＝0.95，升力型风轮的最佳尖速比为λ_H＝3。S型风力机的参数如表1所示。H型风力机的参数如表2所示。高径比为风轮扫风面积上的高度与最大宽度之比。本实施例中的各项参数见表1。

正常运行时发电的主要动力来源为H型风机2。由于H型风机2启动时所需启动风速较高，所以设备中添加了启动力矩大，容易在低风速情况下启动的S型风机来弥补这一缺点，同时由于已有实验资料表明一组S型风机的最小静扭矩系数过小，所以采用两组方向差为九十度的S型风机相结合安装的方式来提高扭矩系数。在装置启动过程中，作为辅助启动的第一和第二S型风机4，5会在H型风机2产生力矩达到其自启动力矩后，与其分离，这样保障装置最大限度的利用低速时的风能，提高风力发电机在低风速下得风能利用率。

而位于第一和第二S型风机4，5叶片上下两端的第一和第二超越离合器1，6的内圈是分别与第一和第二S型风机4，5叶片固连的，H型风机2叶片的连接杆3与第一和第二超越离合器1，6的外圈固连，从而达到第一和第二S型风4，5机和H型风机2叶片可相对单向转动的效果，提高了风机发电的效率。二者用以在H型风机2的力矩达到其自启动力矩并且转速超过S型风机后，与S型风机3分离，三者与支柱5共同组成本发明中的风力发电单元---升阻互补型风力发电机。

压力发电感应单元主要靠压电陶瓷片来进行发电，由于压电陶瓷特有的敏感特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电能，所以在本发明中，将压电陶瓷片12做成压电地板的形式，在受到人脚踩踏等不同种类的压力之后，将压电陶瓷片12受压产生的电能输送到储能装置中储存。同时，压电地板也作为装置的感应装置存在，比如控制与装置相连的电灯的开关。例如，在初始时刻，电灯为关闭状态，当地板受到人脚踩踏之后，产生了一定大小的电流，在系统感应到了此电流的产生之后，即可发出开灯的信号。

太阳能发电模块通过采用单晶硅太阳能电池板6进行发电。每块太阳能板6使得多块太阳能电池板6可以连接在一起，便于使用和折叠存放。

本发明同时采集风能、光能及车流和人流行进所产生的压力能进行发电，将整合过后的电能存入到储能装置中，从而可以在最大程度上保障装置供电的持续性。

表1

风机类型

风机数

叶片数

偏心系数

高径比

封盖直径

风机直径

风机高度

S型风机

2

2

0.2

1

869mm

790mm

790mm

表2

Claims (8)

1.一种风光压全天候联合发电装置，其特征在于：由风能发电模块、太阳能发电模块、压力能发电模块和储能模块组成；所述储能模块分别连接所述风能发电模块、太阳能发电模块和压力能发电模块。

2.根据权利1所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述风能发电模块包括升阻互补型风力发电机；所述升阻互补型风力发电机由第一和第二S型风机(4，5)与一个H型风机(2)组成；所述第一和第二S型风机(4，5)结构相同；所述第一和第二S型风机(4，5)的方向差为90度；所述第一和第二S型风机(4，5)整体的上下两端分别设有第一和第二超越离合器(1，6)；所述第一和第二超越离合器(1，6)的内圈分别与所述第一和第二S型风机(4，5)的叶片固定连接；所述第一和第二超越离合器(1，6)的外圈分别与所述H型风机的连接杆(3)相连；所述H型风机(2)的力矩达到其自启动力矩并且转速超过所述第一和第二S型风机(4，5)后，与所述第一和第二S型风机(4，5)相分离。

3.根据权利2所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述H型风机(2)的风轮叶尖半径R为：

其中，P为所述H型风机的额定发电功率，m为所述H型风机的高径比，V_∞为所述H型风机的额定风速；

所述H型风机风轮的弦长C₁为：

其中λ_H为所述H型风机风轮的最佳尖速比；n₁为所述H型风机风轮的叶片数。

4.根据权利2所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述S型风机曲面直径d为：

d＝0.4D  (3) 

其中D为所述H型风轮(2)的直径；

所述S型风机的风轮高度h为：

h＝kd  (4) 

其中k为所述S型风机风轮的最佳高径比。

5.根据权利1所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述太阳能发电模块包括一块以上太阳能电池板(8)；所述太阳能电池板(8)的边缘设有卡扣和滑槽装置(9)，所述各太阳能电池板 (8)通过所述卡扣和滑槽装置(9)连接。

6.根据权利5所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述太阳能电池板(8)为单晶硅太阳能电池板。

7.根据权利2所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述压力能发电模块包括压力发电装置；所述压力发电装置包括压电陶瓷片(12)和安全支柱(13)，所述压力发电装置的上底面(10)能够在压力作用下发生形变，所述上底面(10)的下表面设有突起(11)，所述突起(11)在所述上底面(10)形变时与所述压电陶瓷片(12)接触，在所述上底面(10)非形变时与所述压电陶瓷片(12)分离；所述安全支柱(13)固定安装在所述压力发电装置中央。

8.根据权利2所述的风光压全天候联合发电装置，其特征在于：所述储能模块包括级联风光压互补控制器和储能电池。