CN105811861A - 一种家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置 - Google Patents

一种家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置 Download PDF

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傅志强
邓朝晖
姜博宇
商圆圆
尹晖
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本发明公开了一种家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置，包括底座、蜗轮蜗杆电机、齿轮组、控制器、蓄电池、逆变器、风向传感器、太阳能发电板、光照度传感器、风轮、塔架、风力发电机等。发电过程中，风向传感器将偏航信号传给控制器，由控制器调整迎风角，使风轮与风向垂直。由光照度传感器采集光照强度信号传给控制器，由控制器分析后控制太阳能发电板调整姿态，使其达到最大光照强度，从而提高风力和太阳能协同发电效率。当蓄电池充满电时，控制器控制风力发电机刹车并控制塔架进行转向以调整迎风角，使风轮与风向平行，保护风力发电机和蓄电池。本发明具有结构简单，发电效率高，维护成本低等优点，并且实现了主动追踪风力与太阳能联网发电。

Description

一种家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置
技术领域
本发明涉及一种风力与太阳能发电装置，具体涉及一种家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置。
背景技术
风力发电机和太阳能发电可以应用于城市、农村、牧场等区域，能够缓解当地用电需求。风力与太阳能联合发电是利用太阳能发电板以及风力发电机将产生的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。
风力发电过程中，偏航系统是风力发电机组必不可少的组成系统之一。偏航系统的主要作用有两个：一是与风力发电机的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率;其二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。而家用风力发电机通常采用被动偏航系统，即在风力发电机后装有尾舵，但在改变风向时，尾舵不可避免会对风力发电机产生振动，影响风力发电机性能并产生干扰。同时，由于采用被动偏航系统，当风向转变较快时，风轮轴在风力发电机运行时不可避免的产生陀螺力矩，这个力矩过大会对风力发电机的寿命和安全造成影响。
蓄电池充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。但蓄电池如果过充会让极板软化，活性物质脱落，严重影响蓄电池寿命和容量。在家用风力发电机领域，大部分并没有进行防过充设计，少部分采用在蓄电池充满时对发电机进行刹车式控制，但该方式不可避免会对发电机产生磨损，影响使用性能，同时风力发电机一般采用密封设计，而刹车片属于耗材，不易更换。当风力较大时，如不能更换偏航角度，可能对风轮和发电机造成不可逆转的损害。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、发电效率高、维护成本低且能够实现主动追踪风力与太阳能联合发电装置。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：包括底座、第一蜗轮蜗杆电机、第二蜗轮蜗杆电机、齿轮组、控制器、蓄电池、逆变器、风向传感器、太阳能发电板、风轮、塔架、风力发电机,塔架下端安装于底座上的止推轴承上，塔架上设有支撑轴承，支撑轴承的外圈与底座之间沿周边用多根支撑杆固定，塔架的上端设有风轮和风力发电机，风向传感器安装于塔架上，太阳能发电板通过第二蜗轮蜗杆电机固定于支撑轴承外圈上，塔架通过齿轮组与固定于底座上的第一蜗轮蜗杆相连，所述控制器分别与风向传感器、风力发电机、太阳能发电板、第一蜗轮蜗杆电机以及第二蜗轮蜗杆电机相连。
上述的家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置中，所述的太阳能发电板两边设有光照度传感器，光照度传感器的输出接控制器。
上述的家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置中，所述的齿轮组由啮合的大齿轮和小齿轮组成，大齿轮固定于靠近止推轴承的塔架上，小齿轮通过联轴器与底座上的第一蜗轮蜗杆电机相连。
本发明的技术效果在于：1）本发明中设有风向传感器和光照度传感器，控制器可以根据传感器采集的信号调整风轮和太阳能发电板的方向，提高风能和太阳能的发电效率；2）本发明通过检测电池的容量，当电池充满时主动关闭风力发电机，防止电池过充，有利于延长电池的寿命；3）本发明结构简单、发电效率高、维护成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明包括底座1、蜗轮蜗杆电机（11，18）、大齿轮13和小齿轮14组成的齿轮组、控制器2、蓄电池12、逆变器15、风向传感器9、太阳能发电板4、光照度传感器（3，10）、风轮6、塔架8、风力发电机7等。首先将底座1进行固定，风力发电机7与风轮6固定于塔架8上端，风向传感器9固定于塔架8上，塔架8底端安装止推轴承16，止推轴承16固定于底座1上，支撑轴承5套装于塔架8上，支撑轴承5外圈与底座1通过四个支撑杆17固定。在齿轮组中，大齿轮安装在止推轴承16上方，大齿轮13内孔与塔架8、小齿轮14内孔与联轴器均为过盈配合，联轴器与蜗轮蜗杆电机18连接，大齿轮能带动塔架8进行转动，并降低转动速度。风力发电机7、太阳能发电板4、蓄电池12、逆变器14均与控制器2相连，在发电过程中，风向传感器9自动采集风向信号并传给控制器2，控制器2分析风轮6与风向角度后，找到最佳转动方向，通过继电器控制蜗轮蜗杆电机18带动齿轮组转动，齿轮组进而带动塔架8转动，从而改变偏航角，使风轮6与风向垂直，达到最佳迎风角。太阳能发电板4通过蜗轮蜗杆电机11安装于支撑轴承5外圈上，光照度传感器（3，10）分别设置于太阳能发电板4珠两侧，由光照度传感器（3、10）采集两端光照强度传给控制器2，由于光照传感器3,10安装在太阳能发电板4侧面，如果角度不与太阳垂直，则两处光照强度会有明显差异，所以控制器2分析两处光照强度差异后，控制蜗轮蜗杆电机11带动太阳能发电板4改变姿态，使其达到最大光照强度。当蓄电池12充满电时，控制器2控制风力发电机7进行刹车并控制塔架8进行转向，使风轮6与风向平行，使其为最小迎风角，保护风力发电机7和蓄电池12。

Claims (3)

1.一种家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置，其特征在于：包括底座、第一蜗轮蜗杆电机、第二蜗轮蜗杆电机、齿轮组、控制器、蓄电池、逆变器、风向传感器、太阳能发电板、风轮、塔架、风力发电机,塔架下端安装于底座上的止推轴承上，塔架上设有支撑轴承，支撑轴承的外圈与底座之间沿周边用多根支撑杆固定，塔架的上端设有风轮和风力发电机，风向传感器安装于塔架上，太阳能发电板通过第二蜗轮蜗杆电机固定于支撑轴承外圈上，塔架通过齿轮组与固定于底座上的第一蜗轮蜗杆相连，所述控制器分别与风向传感器、风力发电机、太阳能发电板、第一蜗轮蜗杆电机以及第二蜗轮蜗杆电机相连。
2.根据权利要求1所述的家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置，其特征在于：所述的太阳能发电板两边设有光照度传感器，光照度传感器的输出接控制器。
3.根据权利要求1所述的家用主动追踪风力与太阳能联合发电装置，其特征在于：所述的齿轮组由啮合的大齿轮和小齿轮组成，大齿轮固定于靠近止推轴承的塔架上，小齿轮通过联轴器与底座上的第一蜗轮蜗杆电机相连。
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