CN107061175A - 太阳能与风能双能风力发电系统 - Google Patents

太阳能与风能双能风力发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能与风能双能风力发电系统，包括支柱以及固定于支柱上的聚风塔，所述聚风塔为两端开口的中空圆锥台，且聚风塔的顶部以下设有先收缩后扩张的咽喉部，所述聚风塔的底部与地面之间留有供自然风通过的空间；所述聚风塔下方的地面中心设有圆锥台形的导向塔座，所述导向塔座的中心设有圆形凸台，圆形凸台上套装有导向锥，导向锥的外锥面上设有若干条螺旋形的导向槽，所述圆形凸台的中心垂直安装有下风式风力发电机；当风力足以损坏所述下风式风力发电机的叶片时，所述导向锥随该风力作用可以圆形凸台为中心自转；支柱、聚风塔、导向塔座及导向锥均为金属材质。本发明可综合利用自然风和人为热风共同发电，发电持续时间更长，发电量更大。

Description

太阳能与风能双能风力发电系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别是一种太阳能与风能双能风力发电系统。
背景技术
太阳能和风能都是可再生的绿色能源，用它们来发电符合人类对环境保护的要求，因而日益受到重视，各国大力发展。现有的风力发电机的驱动能源有二种：一、自然风，有风就能使风力发电机运转发电；二、利用太阳能，人为的产生热风。具体方法是：建一个高塔（直径较小，高度很高），塔内放置风力发电机，当有阳光照射到空气后，空气受热膨胀，密度变小而产生升力，这样的热风被导入高塔下部，因为高塔的抽吸作用，快速上升，形成人为热风，吹过叶片，带动风力发电机运转发电。
现有的风力发电技术，只能利用上述的一种风，即只能单独利用自然风或人为热风，而不能同时有效利用二者进行发电。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题在于提供太阳能与风能双能风力发电系统，综合利用自然风和人为热风共同发电，发电持续时间更长，发电量更大。
为此本发明设计采用如下方案：
太阳能与风能双能风力发电系统，包括支柱以及固定于支柱上的聚风塔，所述聚风塔为两端开口的中空圆锥台，且聚风塔的顶部以下设有先收缩后扩张的咽喉部，所述聚风塔的底部与地面之间留有供自然风通过的空间；所述聚风塔下方的地面中心设有圆锥台形的导向塔座，所述导向塔座的中心设有圆形凸台，所述圆形凸台上套装有导向锥，导向锥的外锥面上设有若干条螺旋形的导向槽，所述圆形凸台的中心垂直安装有下风式风力发电机；当风力足以损坏所述下风式风力发电机的叶片时，所述导向锥随该风力作用可以圆形凸台为中心自转；所述支柱、聚风塔、导向塔座及导向锥均为金属材质。
进一步，所述导向塔座的投影面积大于聚风塔的最大直径面积。
进一步，围绕所述聚风塔的周边地面上铺设有环形反光镜阵列。
进一步，所述环形反光镜阵列为双层结构，包括位于下层的用于将阳光反射会聚至导向塔座上的下反光镜阵列，以及位于上层的用于将阳光反射会聚至聚风塔外表面的上反光镜阵列。
进一步，所述聚风塔的锥面与地面的夹角为74°-84°，导向塔座及导向锥的锥面与地面的夹角为6°-16°。
进一步，所述聚风塔、支柱、导向塔座及导向锥的外表面为黑色
本发明的有益效果在于：
本发明的发电系统将自然风力发电和人为热风发电有效结合，可单独进行自然风力发电、人为热风发电，亦可同时进行自然风力发电和人为热风发电；而传统的风力发电机在使用中，当自然风力过大时，会导致风力发电机上的叶片受损，普通的风力发电机均有专门机构负责解决，但机构都比较复杂，成本较高；而本发明的系统在风力过大影响到叶片的安全时，过大的风力会吹动导向锥围绕导向塔座的圆形凸台自转，消耗掉多余的能量，余下的风力可以安全的推动风力发电机的叶片正常工作，结构简单，并能在风力发电过程中自动完成对风力发电机的保护。
综上所述，本发明解决了现有风力发电技术只能单独利用自然风或人为热风的问题，可将自然风力和人为热风的能力叠加供风力发电机发电，具有更长的持续发电时间，及更高的发电量；同时本发明的各结构件均为全金属件，在工厂制造后，运到现场，即可快速拼装完成，施工工期较短，投入成本较低，易于在风力发电领域大规模推广使用。
附图说明
下面结合附图就本发明的具体实施方式作进一步说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的整体俯视图。
具体实施方式
实施例1
参照图1所示的太阳能与风能双能风力发电系统，包括聚风塔1以及用于支撑聚风塔1的支柱2，支柱2与聚风塔1外形相配合将聚风塔1的底部相对地面抬高h高度，以留有供自然风通过的空间。
所述聚风塔1为两端开口的中空圆锥台，且聚风塔1的顶部以下设有先收缩后扩张的咽喉部11。所述聚风塔1下方的地面中心设有锥形的导向塔座6，所述导向塔座6的中心设有圆形凸台9，所述圆形凸台9套装有导向锥5，导向锥5的外锥面上设有若干条螺旋形的导向槽10，导向锥5在一般风力情况下不会转动，但当风力足以损坏下风式风力发电机4的叶片时，导向锥5随该风力作用以圆形凸台9为中心自转。
所述圆形凸台9的中心内部设有发电机底座7，发电机底座7上端垂直安装有下风式风力发电机4，风先通过机舱，再掠过叶片，这样风力发电机的安装位置可以比较低，便于安装维修。与水平轴风力发电机比较，不受高度尺寸影响，风轮直径可以比水平轴风力发电机的风轮直径大得多，因为风轮直径越大捕获的风能越多，因而可以低风速启动。
由于阳光照在聚风塔1上会在导向塔座6上产生阴影，阴影部分的温度较低，会影响热风的温度，为了解决这一问题，本实施例采用以下两个措施：1、将导向塔座6的投影面积设计大于聚风塔1的最大直径面积，以减小阴影的影响；2、同时围绕聚风塔1的周边地面上铺设有环形反光镜阵列8，将阳光会聚于聚风塔1及导向塔座6上，以增强对太阳能的利用。
考虑到环形反光镜阵列8要将阳光既反射到聚风塔1上，也要反射到导向塔座6上，优选的将环形反光镜阵列8设计分成上、下双层结构，将位于下层的下反光镜阵列81的反光镜角度调到使其反射光会聚到导向塔座6上，位于上层的上反光镜阵列82的反光镜角度调到使其反射光会聚到聚风塔1的外表面上即可。
所述支柱2、聚风塔1、导向塔座6及导向锥5均为全金属件，可选用钢、铁合金、铝合金等。在工厂制造后，运到现场，很快可以拼装完成，施工工期较短，成本较低。同时为了加强热风风能，聚风塔1、支柱2、导向塔座6及导向锥5的外表面均涂装成黑色，以增强阳光的吸收，温度可以升得更高。设计聚风塔1的锥面与地面的夹角为74°-84°；导向塔座6及导向锥5的锥面与地面的夹角设计为6°-16°，以利于风在经过这两个锥面处受阻压缩而加速。
本发明的工作原理如下：
一、当仅有阳光时：
阳光（包括环形反光镜阵列的反射光）照在全金属制的聚风塔1、支柱2、导向塔座6及导向锥5上时，由于金属的导热性能很好，它们会快速吸热并升温，同时和其接触的空气之间产生热交换，即将温度低于它的空气加热，使其体积膨胀，密度降低，产生升力，变成人为热风。当热风在聚风塔1内上升时因聚风塔1光滑的内表面是带有斜度的，热气流流过光滑的斜坡时会因受阻压缩而引起气流加速。当加速气流再上升并通过聚风塔1的咽喉部11时，会因喷管效应而再次加速，高速气流吹过叶片3，使其旋转并带动下风式风力发电机4工作发出电力。
二、当仅有自然风时：
当风从聚风塔1的最下端和地面之间的空间吹进去时，迎面碰到的是锥形的导向塔座6，因导向塔座6的外形是圆锥台形，风会改变方向朝上方吹去，后遇到导向锥5，这二者的外表面形状具有差异，而风对物体的外形很敏感，遇到它们后结果会很不一样：
当风吹到导向塔座6时，因其外表锥面为光滑的斜面，风会因受阻压缩而加速。再上升到导向锥5表面时，因其表面上有螺旋导向槽10而发生旋转；当风吹到导向锥5表面时，则直接随其表面的螺旋导向槽10旋转上升。不管风从哪个方向吹来都可以向上充满聚风塔1内部，而不会受到风向的影响。
如果没有导向锥5，则虽然某个方向吹来的风能在导向塔座6的锥面帮助下，改变风向，向上吹去，但只会在迎风面上向上吹，聚风塔内的风力发电机的叶片3就会受到一个偏心力矩的作用，长时间运转会使叶片损坏，造成风力发电机无法工作。
当风经螺旋导向槽10而发生旋转后继续向上朝聚风塔1内吹去，并充满整个聚风塔1内部，当加速后的风向上吹至聚风塔1的咽喉部11处时，会因喷管效应再次加速并从聚风塔顶部喷出，后面的风会高速跟进而吹过叶片3，使其运转，并带动下风式风力发电机4运转发电。
三、当兼有阳光和自然风时：
上述一、二两种高速气流（自然风和人为热风）会迭加，使叶片3得到强大的风力，带动下风式风力发电机4发电，相较于单一能源风力发电机力所发出电力要超出很多，发电时间也更长。
同时本发明的安全性能可靠，一般风力过大，会造成风力发电机上的叶片受损，为此普通风力发电机均有专门机构负责解决，但机构比较复杂，成本较高。而本发明则采用导向锥5配合导线塔座6的机构，当风力过大影响到叶片3的安全时，过大的风力会吹动导向锥5以圆形凸台9为中心自转，消耗掉多余的能量，余下的风力可以安全的推动下风式风力发电机4正常工作；该结构简单可靠，并能自动完成，无需人为干涉。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.太阳能与风能双能风力发电系统，其特征在于：包括支柱以及固定于支柱上的聚风塔，所述聚风塔为两端开口的中空圆锥台，且聚风塔的顶部以下设有先收缩后扩张的咽喉部，所述聚风塔的底部与地面之间留有供自然风通过的空间；所述聚风塔下方的地面中心设有圆锥台形的导向塔座，所述导向塔座的中心设有圆形凸台，所述圆形凸台上套装有导向锥，导向锥的外锥面上设有若干条螺旋形的导向槽，所述圆形凸台的中心垂直安装有下风式风力发电机；当风力足以损坏所述下风式风力发电机的叶片时，所述导向锥随该风力作用可以圆形凸台为中心自转；所述支柱、聚风塔、导向塔座及导向锥均为金属材质。
2.根据权利要求1所述的太阳能与风能双能风力发电系统，其特征在于：所述导向塔座的投影面积大于聚风塔的最大直径面积。
3.根据权利要求1所述的太阳能与风能双能风力发电系统，其特征在于：围绕所述聚风塔的周边地面上铺设有环形反光镜阵列。
4.根据权利要求3所述的太阳能与风能双能风力发电系统，其特征在于：所述环形反光镜阵列为双层结构，包括位于下层的用于将阳光反射会聚至导向塔座上的下反光镜阵列，以及位于上层的用于将阳光反射会聚至聚风塔外表面的上反光镜阵列。
5.根据权利要求1所述的太阳能与风能双能风力发电系统，其特征在于：所述聚风塔的锥面与地面的夹角为74°-84°，导向塔座及导向锥的锥面与地面的夹角为6°-16°。
6.根据权利要求1所述的太阳能与风能双能风力发电系统，其特征在于：所述聚风塔、支柱、导向塔座及导向锥的外表面为黑色。
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