CN108035843A - 一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置 - Google Patents

一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，包括风筝、风筝控制机构、运动转换机构和太阳能发电装置；风筝控制机构牵制风筝运动；运动转换机构将风筝的动能转化为发电机的电能；太阳能发电装置包括柔性套筒和太阳帽；柔性套筒内穿过一根动力绳索，动力绳索的顶端连接风筝的底部牵线；本发明利用风筝捕捉高空的风能，将发电设备置于地面，减轻了负重，提高了风能的利用范围，降低了风力发电技术的投资和运营成本。本发明将风力发电技术和太阳能发电技术有机结合，实现了风能和太阳能的互补使用，提高了整个发电装置的灵活性。本发明实现了风筝上升和下降的过程都在发电；省去了驱动风筝下降的外部动力源，提高了发电效率。

Description

一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置
技术领域
本发明属于发电技术领域，特别涉及一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置。
背景技术
传统的火力发电所用的能源是不可再生能源，能源在使用时有二氧化碳排放，不仅会造成气候变暖，而且会产生粉尘、酸雨等污染，破坏生态环境。风力发电装置和太阳能发电是新一代的能源发电技术，可以有效解决能源短缺，二氧化碳过渡排放的难题。有研究指出：高空风能储量丰富，其蕴藏的风能超过人类总需能源的100多倍。而太阳能更是取之不尽，用之不竭的绿色环保能源。因此对于风力发电和太阳能电的开发和利用具有重要意义。
目前高空风力发电技术路线主要分为两大类：
一类是利用氦气球产生的浮力将发电机组升至半空中，将风能转化为机械能，机械能转化为电能，再通过电缆传送到电网。这一技术路线的典型代表是美国麻省理工学院下属的Altaeros风能公司研制出的一款空中风力涡轮机(AWT)。发电机被装在充满氦气的飞艇里，能飘浮在空中收集风力发电，然后通过电缆传回地面。在缅因州的测试表明，AWT可上升至300米的高度，利用高空的高速风流发电，发电量是地面常规风电塔装置的两倍。
另一类技术路径是将发电机组固定在地面上，通过巨型的带有气囊的“风筝”在空中利用风能带动地面上的发电机发电，解决了发电机组和电缆自重的问题。这一技术路线的典型代表是意大利KiteGen科技公司研发的高空“风筝”风力发电MARS系统，它是由高空的拖拽风筝和地面的发电装置组成。KiteGen公司宣称，与传统的风力发电相比，MARS系统拥有无可比拟的优势：它能够从高空获得稳定的风能，“风筝”飞行的高度越高，所获得的平均风速就越大，发电的效率也就越高。
针对将发电机升于空中的风力发电技术，“风筝”需要拖拽电缆、螺旋桨、发电机等设备，具有负重较大，升空高度有限、能量转化效率较低的缺陷；而且这种装置最大的问题是，氦气球在空中做平衡运动与做功运动，其持续性和稳定性很难保障。
针对将发电机组固定在地面上的风力发电技术，只能在“风筝”上升阶段产生电能，而且在收回“风筝”时需要借助外部动力源来驱动卷扬机，故风能利用率较低。专利号为ZL201210474239.3的中国发明专利公布了一种减少拖拽电缆设备耗能，增加风能转换效率的高空“风筝”发电机，尽管实现了“风筝”运行的任何阶段都产生电能，但其上下移动的方式并没有彻底改善能量转换效率低的问题。
现有的高空风力发电技术都未能和太阳能发电技术进行有机结合,本发明提出了一种风力发电与柔性太阳能发电布相结合的发电装置。
发明内容
本发明提供一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，包括风筝1、风筝控制机构2、运动转换机构3和太阳能发电装置24；
所述风筝控制机构2包括大齿轮9和曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构通过控制绳索7牵制风筝1运动；
所述运动转换机构3包括辘轳轮14、主动齿轮15、随动重锤16、惰轮17、转轴18、小齿轮19和从动齿轮20，所述小齿轮19与大齿轮9啮合，所述主动齿轮15与辘轳轮14同轴设置，从动齿轮20与主动齿轮15啮合，从动齿轮20通过超级离合器连接转轴18，转轴18上固定连接惰轮17，所述转轴18为发电机4的输入轴；
所述太阳能发电装置24包括若干个自上而下通过柔性套筒22串联在一起的太阳帽21；
所述柔性套筒22内穿过一根动力绳索8，所述动力绳索8的顶端连接风筝1的底部牵线，所述动力绳索8的下端先缠绕于辘轳轮14上，所述动力绳索8的底部末端自然下垂，并悬挂有随动重锤16。
进一步的，所述风筝1包括至少两组上下依次连接的风筝单体，每组风筝单体均为若干组交替排布的柔性太阳能发电板5和气囊6构成的伞状结构。
进一步的，所述气囊6内充装有氦气。
进一步的，所述曲柄连杆机构包括曲轴柄10、活塞杆11和限位滑轴13，所述大齿轮9的边缘与曲轴柄10的一端铰接，曲轴柄10的另一端与活塞杆11的一端铰接，所述活塞杆11的另一端穿过呈上下设置的两组限位滑轴13之间被限位，所述活塞杆11安装于活塞壁12上。
进一步的，所述控制绳索7的一端牵制风筝1的前端，控制绳索7的另一端依次绕过一组限位滑轴13、活塞杆11位于两组限位滑轴13之间的一端和另一组限位滑轴13，最后固定于线圈上。
进一步的，若干个太阳帽21依次通过牵引绳23连接，太阳帽21的展开与闭合通过牵引绳23的收紧与放松控制。
进一步的，所述太阳帽21呈伞状结构。
进一步的，所述柔性太阳能发电板5、柔性套筒22和太阳帽21的材质均为柔性太阳能发电布。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用风筝捕捉高空的风能，将发电设备置于地面，减轻了负重，提高了风能的利用范围，降低了风力发电技术的投资和运营成本。本发明将风力发电技术和太阳能发电技术有机结合，实现了风能和太阳能的互补使用，提高了整个发电装置的灵活性。本发明实现了风筝上升和下降的过程都在发电；省去了驱动风筝下降的外部动力源，提高了发电效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中风筝控制机构的结构示意图；
图3是本发明中运动转换机构的结构示意图；
图4是本发明中太阳能发电装置的结构示意图；
其中：1-风筝；2-风筝控制机构；3-运动转换机构；4-发电机；5-柔性太阳能发电板；6-气囊；7-控制绳索；8-动力绳索；9-大齿轮；10-曲轴柄；11-活塞杆；12-活塞壁；13-限位滑轴；14-辘轳轮；15-主动齿轮；16-随动重锤；17-惰轮；18-转轴；19-小齿轮；20-从动齿轮；21-太阳帽；22-柔性套筒；23-牵引绳；24-太阳能发电装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-4所示，一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，包括风筝1、风筝控制机构2、运动转换机构3和太阳能发电装置24；
所述风筝控制机构2包括大齿轮9和曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构通过控制绳索7牵制风筝1运动，所述曲柄连杆机构包括曲轴柄10、活塞杆11和限位滑轴13，所述大齿轮9的边缘与曲轴柄10的一端铰接，曲轴柄10的另一端与活塞杆11的一端铰接，所述活塞杆11的另一端穿过呈上下设置的两组限位滑轴13之间被限位，所述活塞杆11安装于活塞壁12上；活塞杆11由活塞壁12限制在横向直线方向运动，这两组限位滑轴13是控制绳索7的限位机构。大齿轮9转动带动曲轴柄10转动，从而活塞杆11在活塞壁12的限位作用下只能在横向直线方向上运动。因此，大齿轮9的运转会带动活塞杆11做横向直线方向的往复运动，从而使得活塞杆11来回推动控制绳索7的收紧和放松，使得风筝下降和升高；
所述运动转换机构3包括辘轳轮14、主动齿轮15、随动重锤16、惰轮17、转轴18、小齿轮19和从动齿轮20，所述小齿轮19与大齿轮9啮合，所述主动齿轮15与辘轳轮14同轴设置，从动齿轮20与主动齿轮15啮合，从动齿轮20通过超级离合器连接转轴18，转轴18上固定连接惰轮17，所述转轴18为发电机4的输入轴；所述小齿轮19与大齿轮9啮合，使得运动转换机构3与风筝控制机构2的运转周期相同，即当运动转换机构3运转一个周期时，大齿轮9也刚好旋转一周；
所述太阳能发电装置24包括若干个自上而下通过柔性套筒22串联在一起的太阳帽21；
所述柔性套筒22内穿过一根动力绳索8，所述动力绳索8的顶端连接风筝1的底部牵线，所述动力绳索8的下端先缠绕于辘轳轮14上，所述动力绳索8的底部末端自然下垂，并悬挂有随动重锤16。
所述风筝1包括至少两组上下依次连接的风筝单体，每组风筝单体均为若干组交替排布的柔性太阳能发电板5和气囊6构成的伞状结构，所述气囊6内充装有氦气。
所述控制绳索7的一端牵制风筝1的前端，控制绳索7的另一端依次绕过一组限位滑轴13、活塞杆11位于两组限位滑轴13之间的一端和另一组限位滑轴13，最后固定于线圈上。
所述太阳帽21呈伞状结构，若干个太阳帽21依次通过牵引绳23连接，太阳帽21的展开与闭合通过牵引绳23的收紧与放松控制。
所述柔性太阳能发电板5、柔性套筒22和太阳帽21的材质均为柔性太阳能发电布。
当风筝1上升时，动力绳索8会带动辘轳轮14转动，辘轳轮14会通过主动齿轮15带动从动齿轮20使得转轴18和惰轮17转动，因此会使发电机4发电；
当风筝1下降时，随动重锤16则会带动辘轳轮14反转，由于超级离合器的存在使得转轴18不随着反转，但在惰轮17惯性的作用下，会继续保持原来的方向旋转，带动发电机4持续发电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：包括风筝（1）、风筝控制机构（2）、运动转换机构（3）和太阳能发电装置（24）；
所述风筝控制机构（2）包括大齿轮（9）和曲柄连杆机构，所述曲柄连杆机构通过控制绳索（7）牵制风筝（1）运动；
所述运动转换机构（3）包括辘轳轮（14）、主动齿轮（15）、随动重锤（16）、惰轮（17）、转轴（18）、小齿轮（19）和从动齿轮（20），所述小齿轮（19）与大齿轮（9）啮合，所述主动齿轮（15）与辘轳轮（14）同轴设置，从动齿轮（20）与主动齿轮（15）啮合，从动齿轮（20）通过超级离合器连接转轴（18），转轴(18)上固定连接惰轮(17)，所述转轴（18）为发电机(4)的输入轴；
所述太阳能发电装置（24）包括若干个自上而下通过柔性套筒（22）串联在一起的太阳帽（21）；
所述柔性套筒（22）内穿过一根动力绳索（8），所述动力绳索（8）的顶端连接风筝（1）的底部牵线，所述动力绳索（8）的下端先缠绕于辘轳轮（14）上，所述动力绳索（8）的底部末端自然下垂，并悬挂有随动重锤（16）。
2.根据权利要求1所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：所述风筝（1）包括至少两组上下依次连接的风筝单体，每组风筝单体均为若干组交替排布的柔性太阳能发电板（5）和气囊（6）构成的伞状结构。
3.根据权利要求2所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：所述气囊（6）内充装有氦气。
4.根据权利要求1所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：所述曲柄连杆机构包括曲轴柄（10）、活塞杆（11）和限位滑轴（13），所述大齿轮（9）的边缘与曲轴柄（10）的一端铰接，曲轴柄（10）的另一端与活塞杆（11）的一端铰接，所述活塞杆（11）的另一端穿过呈上下设置的两组限位滑轴（13）之间被限位，所述活塞杆（11）安装于活塞壁（12）上。
5.根据权利要求4所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：所述控制绳索（7）的一端牵制风筝（1）的前端，控制绳索（7）的另一端依次绕过一组限位滑轴（13）、活塞杆（11）位于两组限位滑轴（13）之间的一端和另一组限位滑轴（13），最后固定于线圈上。
6.根据权利要求1所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：若干个太阳帽（21）依次通过牵引绳（23）连接，太阳帽（21）的展开与闭合通过牵引绳（23）的收紧与放松控制。
7.根据权利要求6所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：所述太阳帽（21）呈伞状结构。
8.根据权利要求1所述的风力发电和柔性太阳能发电布相结合的发电装置，其特征在于：所述柔性太阳能发电板（5）、柔性套筒（22）和太阳帽（21）的材质均为柔性太阳能发电布。
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