CN105351148A - 一种双能高效智能发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双能高效智能发电设备，包括：基础底座、机架、风轮、发电机、太阳能光伏板及蓄电池。机架固定在基础底座上；机架的顶部固定设置一支撑板；风轮通过主轴活动设置在支撑板上；风轮包括多块叶片；多块叶片与主轴固定连接并沿主轴的径向设置；发电机的转子通过转动传递部件与主轴固定连接；太阳能光伏板设置在支撑板的前端；蓄电池通过导线与太阳能光伏板连接。该发电设备实现了风能和太阳能利用的最大化，保证极高的风能利用率，在微风条件下亦能进行良好发电，显著降低成本，结构简单运行方便，提高了工作效率和综合经济效益。

Description

一种双能高效智能发电设备

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种双能高效智能发电设备。

背景技术

能源是国民经济的基本动力之一，在严峻的能源形势和人类生态环境的压力下，世界各国都把开发利用可持续的清洁能源作为未来的能源发展战略，其中太阳能、风能以资源丰富、没有地域界限、清洁等独特优点成为人们关注的热点。

而我国是世界上风能、太阳能最丰富的地区之一，随着工业化和城市化进程的不断加快，我国的能源消费进入快速增长时期，能源已经成为制约我国经济发展的瓶颈。因此，有效开发新能源，提高能源利用效率，建立以新能源和可再生能源为主的能源体系，促进我国经济可持续发展、确保能源安全刻不容缓。

目前，以大机组、大电网、高电压为主要特征的大型电网的弊端日益显著，而中小型发电系统现阶段主要以道路照明、道路指示、航标应用、小型单户基本生活用电为主；现有技术中的发电系统运行成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化的供电需求，或不能使用生产性负载，导致经济性较差。

发明内容

本申请提供的一种双能高效智能发电设备，解决了或部分解决了现有技术中的发电系统运行成本高，运行难度大，不能使用生产性负载，导致经济性较差，难以适应越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化供电需求的技术问题，实现了风能和太阳能利用的最大化，保证极高的风能利用率，显著降低成本，结构简单运行方便，提高了工作效率和综合经济效益的技术效果。

本申请提供了一种双能高效智能发电设备，包括：

基础底座；

机架，固定在所述基础底座上；所述机架的顶部固定设置一支撑板；

风轮，通过主轴转动设置在所述支撑板上；所述风轮包括多块叶片；多块所述叶片与所述主轴固定连接并沿所述主轴的径向设置；

发电机，所述发电机的转子通过转动传递部件与所述主轴固定连接；

太阳能光伏板，设置在所述支撑板上；

蓄电池，与所述太阳能光伏板连接；

其中，所述风轮在风力驱动下带动所述主轴旋转，所述主轴通过所述转动传递部件带动所述发动机的转子转动，所述发电机工作产生电能并输送到外界负载端；所述太阳能光伏板接受光照将太阳能转化为电能，所述蓄电池存储所述太阳能光伏板产生的电能并输送到所述外界负载端。

作为优选，所述支撑板水平固定在所述机架的顶端；

所述发电设备还包括：两块机舱罩；两块所述机舱罩分别垂直固定在所述支撑板的两侧；

所述主轴的一端活动设置在所述机舱罩上；所述发电机的基座与所述机舱罩固定连接。

作为优选，所述风轮包括：4块互呈直角的所述叶片；

所述叶片为矩形板结构；

相邻的两块所述叶片通过直角角码固定连接。

作为优选，所述发电设备包括：两个所述风轮、两根所述主轴、两个所述转动传递部件及两个所述发电机；

两个所述风轮分别设置在两根所述主轴上；

两根所述主轴分别通过两个所述转动传递部件与对应的所述发电机的转子连接；

两个所述发电机产生的电能输送到所述外界负载端。

作为优选，所述转动传递部件包括：第一齿轮、第二齿轮及连接轴；

所述主轴的端部与所述第一齿轮固定连接；

所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；

所述第二齿轮与所述连接轴的一端固定连接；

所述连接轴的另一端与所述发电机的转子固定连接。

作为优选，所述转动传递部件为联轴器；

所述联轴器的一端与所述主轴固定连接，另一端与所述发电机的转子固定连接。

作为优选，所述发电设备包括四块所述太阳能光伏板；四块所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接；

所述发电设备还包括：四个步进电机及四根转轴；

两根所述转轴分别转动连接在所述支撑板前端的左右两侧，另外两根所述转轴分别转动连接在所述支撑板后端的左右两侧；

四个所述步进电机的输出端分别与四根所述转轴固定连接；

四块所述太阳能光伏板分别与四根所述转轴固定连接；

其中，所述步进电机工作，带动所述转轴旋转，继而带动所述太阳能光伏板绕所述转轴翻转，实现所述太阳能光伏板角度的调节。

作为优选，所述发电设备还包括：

尾翼，固定在所述支撑板的后端；所述尾翼为平板结构，所述尾翼的板面与所述风轮的叶片旋转平面平行；

塔筒，底端通过轴承转动连接在所述机架的顶端，顶端固定在所述支撑板的底面上；

集电环，设置在所述轴承上；所述集电环与所述塔筒上部的电缆及所述机架下部的电缆连接；

其中，所述尾翼在风力作用下对所述机架产生一个扭矩，驱动所述塔筒及其上部的所述支撑板相对于所述机架旋转，使所述叶片的旋转平面与风向保持平行。

作为优选，所述发电设备还包括：

风向传感器，设置在所述支撑板上，所述风向传感器能检测风向并生成风向信息；

控制器，与所述风向传感器连接；

转向电机，设置在所述塔筒内；所述转向电机的输出端与所述机架固定连接；

其中，所述控制器接收所述风向信息产生旋转指令；所述转向电机接受所述旋转指令后，所述转向电机的输出端旋转，进而带动所述塔筒相对于所述机架旋转。

作为优选，所述发电设备还包括：

风速传感器，设置在所述支撑板上；所述风速传感器通过导线与所述控制器连接；

制动器，设置在所述主轴上；

其中，所述风速传感器检测流经所述风轮的风速并生成风速信息；所述控制器接收所述风速信息根据所述风速信息生成制动指令，所述制动器接收所述制动指令后减慢所述风轮的转速。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了多块叶片沿主轴径向设置的风轮，保证该风轮具有高风阻、大扭矩力、风阻衰减快等特点，风能利用率极高，并且在微风条件下亦能进行良好发电，同时，在支撑板上设置有太阳能光伏板，将吸收的太阳能转化为电能存储在蓄电池内，在发电机的发电量不能满足外界负载端需要时，蓄电池能将存储的电能送往外界负载端，保证了整个系统工作的连续性和稳定性。这样，有效解决了现有技术中的发电系统运行成本高，运行难度大，不能使用生产性负载，导致经济性较差，难以适应越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化供电需求的技术问题，实现了风能和太阳能利用的最大化，保证极高的风能利用率，显著降低成本，结构简单运行方便，有效提高了工作效率和综合经济效益的技术效果。

附图说明

图1为本发明第一种实施例提供的双能高效智能发电设备的结构示图；

图2为本发明第二种实施例提供的双能高效智能发电设备的结构示图；

图3为图1中主轴与发电机的装配图；

图4为图2中的风轮局部示图。

(图示中各标号代表的部件依次为：1步进电机、2太阳能光伏板、3发电机、4支撑板、5叶片、6机舱罩、7尾翼、8塔筒、9机架、10基础底座、11主轴、12第一齿轮、13制动器、14第二齿轮、15直角角码、16联轴器)

具体实施方式

本申请实施例提供的一种双能高效智能发电设备，解决了或部分解决了现有技术中的发电系统运行成本高，运行难度大，不能使用生产性负载，导致经济性较差，难以适应越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化供电需求的技术问题，实现了风能和太阳能利用的最大化，保证极高的风能利用率，显著降低成本，结构简单运行方便，有效提高了工作效率和综合经济效益的技术效果。

参见附图1和2，本申请实施例提供了一种双能高效智能发电设备，包括：基础底座10、机架9、风轮、发电机3、太阳能光伏板2及蓄电池。

机架9固定在基础底座10上；机架9的顶部固定设置一支撑板4；机架9为竖直设置的管结构，支撑板4水平固定在机架9的顶部。

风轮通过主轴11转动设置在支撑板4上；风轮包括多块叶片5；多块叶片5与主轴11固定连接并沿主轴11的径向设置；作为一种优选的实施例，风轮包括：4块互呈直角的叶片5；叶片5为矩形板结构；参见附图4，相邻的两块叶片5通过直角角码15固定连接。4叶片5的风轮的设计颠覆了传统风力发电的动能转换模式，其外观新颖、结构独特，具有高风阻、大扭矩力、风阻衰减快等特点，风能利用率极高，并且在微风条件下亦能进行良好发电。

发电机3的转子通过转动传递部件与主轴11固定连接；作为一种优选的实施例，参见附图3，转动传递部件包括：第一齿轮12、第二齿轮14及连接轴；主轴11的端部与第一齿轮12固定连接；第一齿轮12与第二齿轮14啮合，第一齿轮12与第二齿轮14之间的传动比为1:1；第二齿轮14与连接轴的一端固定连接；连接轴的另一端与发电机3的转子固定连接。作为另一种优选的实施例，参见附图4，转动传递部件为联轴器16；联轴,16的一端与主轴11固定连接，另一端与发电机3的转子固定连接。

太阳能光伏板2设置在支撑板4上；参见附图1，作为一种优选的实施例，发电设备包括四块太阳能光伏板2；四块太阳能光伏板2与蓄电池连接；发电设备还包括：四个步进电机1及四根转轴；两根转轴分别转动连接在支撑板4前端的左右两侧，另外两根转轴分别转动连接在支撑板4后端的左右两侧；四个步进电机1的输出端分别与四根转轴固定连接；四块太阳能光伏板2分别与四根转轴固定连接；其中，步进电机1工作，带动转轴旋转，继而带动太阳能光伏板2绕转轴翻转，实现太阳能光伏板2角度的调节。太阳能光伏板2一方面能进行太阳能发电，另一方面能为风轮进行导风。

蓄电池通过导线与太阳能光伏板2连接；同时，发电机3也通过导线与蓄电池连接，当发电机3的发电量超过外界负载端所需的电能时，发电机3通过控制器将多余的电能输入蓄电池进行存储。

其中，风轮在风力驱动下带动主轴11旋转，转动传递部件将旋转传递到发动机3的转子，发电机3工作产生电能并输送到外界负载端；太阳能光伏板2接受光照将太阳能转化为电能，蓄电池存储太阳能光伏板2产生的电能并输送到外界负载端，这样，该发电设备具有风能、太阳能互补发电特点，因地制宜地发挥最大效能。

进一步的，发电设备还包括：两块机舱罩6；两块机舱罩6分别垂直固定在支撑板4的两侧；主轴11的一端活动设置在机舱罩6上；发电机3的基座与机舱罩6固定连接。机舱罩6一方面能对风轮起到防护作用，另一方面能形成经过风轮的风道，优化风轮的风力条件。

参见附图1，作为第一种优选的实施例，发电设备包括：两个风轮、两根主轴11、两个转动传递部件及两个发电机3；两个风轮分别设置在两根主轴11上；两根主轴11分别通过两个转动传递部件与对应的发电机3的转子连接；两个发电机3产生的电能输送到外界负载端。两个风轮并排设置，两者转化风能的过程互不干扰，在其中一个发生故障停机后，另一个还能继续工作；因此，双风轮设计在实现风能最大化利用的同时，降低该发电设备的故障停机概率。参见附图2，作为第二种优选的实施例，发电设备包括：一个风轮、主轴11、转动传递部件及发电机3；风轮固定设置在主轴11上；主轴11通过联轴器16与发电机3的转子连接；发电机3产生的电能输送到外界负载端。

进一步的，发电设备还包括：尾翼7、塔筒8及集电环；尾翼7固定在支撑板4的后端；尾翼7为平板结构，具有导流作用，能跟踪风向。塔筒8的底端通过轴承转动连接在机架9的顶端，顶端固定在支撑板4的底面上，同时，塔筒8与支撑板4的连接处固定有多块加强筋板；集电环设置在轴承上；集电环与塔筒8上部的电缆及机架9下部的电缆连接；设置集电环能有效防止安装在塔筒8里的电缆发生扭绞，此外集电环还将太阳能输送到蓄电池中。

其中，在风力方向改变时，尾翼7在风力作用下对机架9产生一个扭矩，在风力驱动下带动支撑板4转动对应的角度，驱动塔筒8及其上部的支撑板4相对于机架旋转，保证尾翼7的板面与风轮的叶片旋转平面平行，这样提高风能利用率。

进一步的，该发电设备还包括：风向传感器、控制器及转向电机。风向传感器设置在支撑板4上，风向传感器能检测风向并生成风向信息；控制器通过导线与风向传感器连接；转向电机设置在塔筒8内；转向电机的输出端与机架9固定连接；其中，控制器接收风向信息产生旋转指令；转向电机接受旋转指令后，转向电机的输出端旋转，进而带动塔筒8相对于机架9旋转，使叶片5的旋转平面与风向保持平行。若风速较小或尾翼不能将风轮调整到最佳迎风方位时，通过风向传感器、控制器及转向电机实现对风轮方向的精确调节，保证叶片5的旋转平面与风向保持平行，如此在微风条件下叶片亦能很好的转动进行发电，对风能利用率高。

进一步的，参见附图3，发电设备还包括：风速传感器及制动器13；风速传感器设置在支撑板4上，与机舱罩6固定连接；风速传感器通过导线与控制器连接；制动器13设置在主轴11上；其中，风速传感器检测流经风轮的风速并生成风速信息；控制器接收风速信息后生成制动指令，制动器13接收制动指令后对风轮制动，进而减慢风轮的转速。当发电机3达到最大额定转速后，若转速再增加便会引起发电机3和叶片5的损坏，这时，安装在机舱罩6上的风速传感器将风速信息传输给控制器，由控制器发送制动指令给制动器，制动器13工作使叶片5旋转速度变慢进而带动发电机3的旋转速度降低，这样有效避免风速过快损坏发电机3或者叶片5。

下面通过具体实施例对本申请提供的双能高效智能发电设备的工作原理和各个部件的运行特征进行具体说明：

该双能高效智能发电设备包括：主体部分、作为支撑主体部分的机架9、塔筒8和起到固定作用的基础底座10。主体部分包括：两个风轮、机舱罩6、四个太阳能光伏板2、尾翼7、支撑板4。机架9、塔筒8和基础底座10依次连接。由主轴11依次连接有：制动器13、风轮、第一齿轮12、第二齿轮14及连接轴，第二齿轮14设置在第一齿轮12下并与之啮合，第二齿轮14通过连接轴连接发电机3，风轮包括4块互呈直角的叶片5，叶片5根部由直角角码15固定。

支撑板4四周和齿轮外部设置有机舱罩6，机舱罩6前端安装有两块太阳能光伏板2，后端也安装有两块太阳能光伏板2，同时，后端还安装有尾翼7，太阳能光伏板2根部与支撑板4由转轴连接，步进电机1通过控制器控制太阳能光伏板2的开合。

机架9、塔筒8和基础底座10依次顺序连接，其中，机架9和塔筒8之间安装有轴承，轴承上安装有集电环，轴承起到带动主体部分转动作用，集电环防止安装在塔筒8里的电缆互相扭绞，同时将太阳能光伏板2发出的电能传输到蓄电池中。

当主体部分正面迎风时，风轮的叶片5在风力推动下顺时针旋转，从而带动第一齿轮12及第二齿轮14旋转，进而带动发电机3转动，使其发电。本发电设备的风轮相比传统三叶片结构风的扫掠面更大，所以同等风速下，扭矩力更大。当风轮受到的风力进一步增大时，风轮带动发电机3转速进一步加快，当发电机3达到最大额定转速后，若转速再增加便会引起发电机3和叶片5的损坏，这时，安装在机舱罩6上的风速传感器将信号传输给控制器，由控制器输出指令给制动器，制动器13使叶片5旋转速度变慢进而带动发电机3的旋转速度降低。

当风从某一不垂直风轮扫掠面方向吹来时，尾翼7在风力作用下，通过机架9和塔筒8间的轴承带动主体旋转，直到主体能正面迎风，若风速较小或尾翼不能将风轮调整到最佳迎风方位时，安装在主体上的风向传感器，将捕捉到的风向信号发给控制器，通过控制器发出的指令给转向电机，通过轴承调整主体的方向直至风轮对准风向后停止,如此在微风条件下叶片亦能很好的转动进行发电，对风能利用率高。为了防止在此过程中安装在塔筒8里的电缆发生扭绞，在塔筒8中安装有集电环，此外集电环还将太阳能产生的电能输送到蓄电池中。

为了尽可能的利用太阳能，太阳能光伏板2在保证不影响风能利用率的情况下，通过控制器传输给步进电机1信号，步进电机1控制太阳能光伏板2的翻转角度，保证尽量和光射线垂直，吸收更多的光能来发电。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了多块叶片5沿主轴11径向设置的风轮，保证该风轮具有高风阻、大扭矩力、风阻衰减快等特点，风能利用率极高，并且在微风条件下亦能进行良好发电，同时，在支撑板4上设置有太阳能光伏板2，将吸收的太阳能转化为电能存储在蓄电池内，在发电机3的发电量不能满足外界负载端需要时，蓄电池能将存储的电能送往外界负载端，保证了整个系统工作的连续性和稳定性。这样，有效解决了现有技术中的发电系统运行成本高，运行难度大，不能使用生产性负载，导致经济性较差，难以适应越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化供电需求的技术问题，实现了风能和太阳能利用的最大化，保证极高的风能利用率，显著降低成本，结构简单运行方便，有效提高了工作效率和综合经济效益的技术效果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双能高效智能发电设备，其特征在于，所述发电设备包括：

基础底座；

机架，固定在所述基础底座上；所述机架的顶部固定设置一支撑板；

风轮，通过主轴转动设置在所述支撑板上；所述风轮包括多块叶片；多块所述叶片与所述主轴固定连接并沿所述主轴的径向设置；

发电机，所述发电机的转子通过转动传递部件与所述主轴固定连接；

太阳能光伏板，设置在所述支撑板上；

蓄电池，与所述太阳能光伏板连接；

其中，所述风轮在风力驱动下带动所述主轴旋转，所述主轴通过所述转动传递部件带动所述发动机的转子转动，所述发电机工作产生电能并输送到外界负载端；所述太阳能光伏板接受光照将太阳能转化为电能，所述蓄电池存储所述太阳能光伏板产生的电能并输送到所述外界负载端。

2.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，

所述支撑板水平固定在所述机架的顶端；

所述发电设备还包括：两块机舱罩；两块所述机舱罩分别垂直固定在所述支撑板的两侧；

所述主轴的一端活动设置在所述机舱罩上；所述发电机的基座与所述机舱罩固定连接。

3.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，

所述风轮包括：4块互呈直角的所述叶片；

所述叶片为矩形板结构；

相邻的两块所述叶片通过直角角码固定连接。

4.如权利要求3所述的发电设备，其特征在于，

所述发电设备包括：两个所述风轮、两根所述主轴、两个所述转动传递部件及两个所述发电机；

两个所述风轮分别设置在两根所述主轴上；

两根所述主轴分别通过两个所述转动传递部件与对应的所述发电机的转子连接；

两个所述发电机产生的电能输送到所述外界负载端。

5.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，

所述转动传递部件包括：第一齿轮、第二齿轮及连接轴；

所述主轴的端部与所述第一齿轮固定连接；

所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；

所述第二齿轮与所述连接轴的一端固定连接；

所述连接轴的另一端与所述发电机的转子固定连接。

6.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，

所述转动传递部件为联轴器；

所述联轴器的一端与所述主轴固定连接，另一端与所述发电机的转子固定连接。

7.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，

所述发电设备包括四块所述太阳能光伏板；四块所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接；

所述发电设备还包括：四个步进电机及四根转轴；

两根所述转轴分别转动连接在所述支撑板前端的左右两侧，另外两根所述转轴分别转动连接在所述支撑板后端的左右两侧；

四个所述步进电机的输出端分别与四根所述转轴固定连接；

四块所述太阳能光伏板分别与四根所述转轴固定连接；

其中，所述步进电机工作，带动所述转轴旋转，继而带动所述太阳能光伏板绕所述转轴翻转，实现所述太阳能光伏板角度的调节。

8.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于，所述发电设备还包括：

尾翼，固定在所述支撑板的后端；所述尾翼为平板结构，所述尾翼的板面与所述风轮的叶片旋转平面平行；

塔筒，底端通过轴承转动连接在所述机架的顶端，顶端固定在所述支撑板的底面上；

集电环，设置在所述轴承上；所述集电环与所述塔筒上部的电缆及所述机架下部的电缆连接；

其中，所述尾翼在风力作用下对所述机架产生一个扭矩，驱动所述塔筒及其上部的所述支撑板相对于所述机架旋转，使所述叶片的旋转平面与风向保持平行。

9.如权利要求8所述的发电设备，其特征在于，所述发电设备还包括：

风向传感器，设置在所述支撑板上，所述风向传感器能检测风向并生成风向信息；

控制器，与所述风向传感器连接；

转向电机，设置在所述塔筒内；所述转向电机的输出端与所述机架固定连接；

其中，所述控制器接收所述风向信息产生旋转指令；所述转向电机接受所述旋转指令后，所述转向电机的输出端旋转，进而带动所述塔筒相对于所述机架旋转。

10.如权利要求9所述的发电设备，其特征在于，所述发电设备还包括：

风速传感器，设置在所述支撑板上；所述风速传感器通过导线与所述控制器连接；

制动器，设置在所述主轴上；

其中，所述风速传感器检测流经所述风轮的风速并生成风速信息；所述控制器接收所述风速信息根据所述风速信息生成制动指令，所述制动器接收所述制动指令后减慢所述风轮的转速。