CN109525028B - 小功率光伏发电与风力发电一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种小功率光伏发电与风力发电一体化装置。该装置包括光伏发电模块、控制模块、风力发电模块、支撑结构、蓄电池模块、底座模块和无线通讯模块;其中,所述光伏发电模块固定在控制模块的上部,控制模块的下部固定在支撑结构的顶端,支撑结构的下部安装在蓄电池模块的顶端,风力发电模块镶嵌在支撑结构的上部;所述蓄电池模块安装在底座模块内。本发明提高风光互补发电的发电效率,集发电、小区域照明、检测周围环境等多种功能于一体。
Description
技术领域
本发明属于分布式发电技术领域,尤其是一种小功率光伏发电与风力发电一体化装置。
背景技术
能源消耗和环境污染问题一直是困扰人类发展的关键问题,为应对此类问题,太阳能、风能等能源受到了人们的青睐。太阳能、风能是自然界中取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源。我国在分布式发电领域取得了一定的发展,尤其是在太阳能发电和风能发电方面,但在将两者结合起来实现风光互补发电方面进展却不尽如人意。而现有的一些风光互补发电装置,虽然也能单纯的实现一定的互补发电,但是在风发电部分,扇叶很难保证实时的与风向正对,装置本身也不能根据风速的不同进行调整,浪费了一定的风能;在光发电部分,太阳能电池板不能保证让太阳光时时刻刻的都垂直的照射到其上,发电效率仍然不是很高。尽管专利号CN106374817A完成了高校风光互补的设计,风力发电装置(包括两个发电单元)与光伏发电装置均是三个独立的发电装置,且分散的放置在发电区域,风力发电装置的第二发电单元利用永磁转子和定子组成永磁发电机,风速不稳定会导致不能持续发电且发电效率低下。并且还存在设计复杂、多个发电单元分散且功能单一的缺点。这些都降低了电能的转化率而不能很好的满足社会的需要。
发明内容
本发明的目的为针对现有技术的不足,提供一种小功率光伏发电与风力发电一体化装置。该装置通过光伏发电模块与风力发电模块一体化、太阳能电池板六边形折叠开合个风扇扇叶的内凹型弧形扇面等设计,避免了多个发电装置单元分散放置而导致的发电效率低下,实现了全方位接收风力的功能。本发明提高风光互补发电的发电效率,集发电、小区域照明、检测周围环境等多种功能于一体。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种小功率光伏发电与风力发电一体化装置,包括光伏发电模块、控制模块、风力发电模块、支撑结构、蓄电池模块、底座模块和无线通讯模块;
其中,所述光伏发电模块固定在控制模块的上部,控制模块的下部固定在支撑结构的顶端,支撑结构的下部安装在蓄电池模块的顶端,风力发电模块镶嵌在支撑结构的上部;所述蓄电池模块安装在底座模块内;
所述的光伏发电模块包括太阳能电池板结构、上平台板、伸缩杆、太阳能充电控制器、第一步进电机、下平台板、固定杆和竖直杆;所述太阳能充电控制器的外壳的上表面中心固定有竖直杆,竖直杆穿过下平台板,顶端固定有上平台板,竖直杆底部的周围,均匀分布有4根固定杆,固定杆的顶端固定在下平台板的底部;下平台板的上表面,以中心对称,呈六边形,固定有6根伸缩杆,伸缩杆的上部,穿过上平台板与太阳能电池板结构的底部相连;下平台板的上表面,每根伸缩杆旁,均设置有一个第一步进电机;所述太阳能充电控制器通过六个螺丝与装置下方的控制模块固定;
所述太阳能电池板结构包括太阳能电池板、LED灯、第二步进电机、合页结构和光敏元件;所述太阳能电池板平铺在六边形底板和展开的六个三角形底板的上表面,六边形底板与六个三角形底板分别通过合页相连;每个合页的转轴与一个第二步进电机相连;光敏元件安装在六个三角形底板的顶角区域;所述LED灯安装在六个三角形底板的下表面。
所述风力发电模块包括扇叶机构、第一固定平台、第二固定平台、第一轴承、支撑杆外壳、旋转轴以及蜗轮蜗杆装置;所述扇叶机构与上下两个平行的第一固定平台和第二固定平台固定相连;所述扇叶机构中的四个扇叶互成90°垂直固定在旋转轴上;所述旋转轴的上部穿过第一轴承并与之固定相连,下部相连于所述蜗轮蜗杆装置;所述支撑杆外壳上部与第一轴承相连,下部与装置下方的底座模块固定相连;
所述扇叶机构包括风扇外壳、主体杆、固定片、稳定架和支撑片;所述风扇外壳为两块对称的方形伞状结构,且中间为一条延展的细长尾部;三个所述固定片贯穿于主体杆相连于风扇外壳的尾部;主体杆内端与风扇外壳尾部相连,外端与支撑片相连;六个稳定架以主体杆为对称轴左右平均分布与风扇外壳的凹面,且每一个基以倾斜5°的位置放置。
所述蜗轮蜗杆装置包括第一蜗杆、第二蜗杆、第一水平轴、涡轮、第一齿轮、螺栓、竖直杆、传送带、发电机、第一底座、第一立柱、第二立柱、第二齿轮、第二水平轴和托盘;所述第一底座为圆盘,位于该蜗轮蜗杆装置的最底部,所述第一立柱(一组)与第二立柱(一组)以及所述竖直杆分别嵌入到第一底座并与之固定;所述竖直杆水平放置,一端固定在第二蜗杆上;所述第一水平轴的一端通过螺栓水平固定在第一立柱上,另一端同轴固定有涡轮和第一齿轮;所述第二水平轴的一端通过螺栓水平固定在第二立柱上,另一端固定有第二齿轮,第二齿轮通过传送带与发电机相连;所述发电机放在第一底座上的托盘上;
所述第一蜗杆与风力发电模块中的旋转轴下部固定相连,第一蜗杆下端部的螺纹与第二蜗杆的内端的螺纹啮合,二者一起做旋转运动;所述蜗轮与所述第二蜗杆的外端啮合;所述第一齿轮与固定在第二水平轴上的第二齿轮相咬合;
所述发电机为永磁同步发电机。
所述底座模块包括第二轴承、风速传感器、底座外壳、旋转机构;所述第二轴承与旋转轴的下部固定相连,且与底座外壳相连;所述风速传感器安装在底座外壳的中部;所述旋转机构安装在整个装置的最下方,放置在地面上。
其中,底座外壳整体高0.8米,呈锥形,其侧面与第一底座成60°。
所述旋转机构包括第一外齿轮、立柱、第二外齿轮和内齿轮;所述第一外齿轮共有三个,彼此之间相差120°,以第二外齿轮为中心成矩阵放置,且三个所述的第一外齿轮分明与第二外齿轮和内齿轮均咬合;所述立柱下部与第一外齿轮的中心固定相连,上部与蜗轮蜗杆装置中的第一底座固定相连,且立柱的数量与第一外齿轮的数量保持一致。
所述控制模块包括光伏控制模块、灯光控制模块、风力控制模块和存储器;所述光伏控制模块包括依次相连的第一A/D转换器、第一单片机、第一驱动电路;所述灯光控制模块包括依次相连的第二A/D转换器、第二单片机、第二驱动电路;所述风力控制模块包括依次相连的第三A/D转换器、第三单片机和第三驱动电路;所述的第一单片机、第二单片机、第三单片机分别和存储器相连;第一A/D转换器、第二A/D转换器分别和光敏元件连接;第一驱动电路与第一步进电机连接;第二驱动电路与第二步进电机相连;第二驱动电路、第三驱动电路分别和LED灯连接相连;第三A/D转换器与风速传感器连接;所述的第一单片机、第二单片机、第三单片机还分别和无线通讯模块相连;
光伏发电模块中的充电控制器与风力发电模块中的发电机与蓄电池连接,同时蓄电池还与太阳能电池板、风力发电模块、控制模块相连。
本发明的实质性特点为:
本装置通过光伏发电模块与风力发电模块一体化的设计,解决了现有风光互补发电装置中扇叶不能保证风从何方向吹来均能风力最大,太阳能电池板不能保证让太阳光时时刻刻的都垂直的照射到其上的问题,且模块一体化,避免了多个发电装置单元分散放置而导致的发电效率低下的问题;太阳能电池板六边形折叠开合的设计,白天可以增大光照面积,晚上调整角度照明;风扇扇叶的内凹型弧形扇面,立向安装,不关风从何方向吹来风力更大;而之前的类似风光互补发电的装置,虽然也可以实现调整光照角度和风力最大,但由于是多个发电单元,没有一体化,发电效率低。
本发明的优点和积极效果:
1、本发明将光伏发电模块和风力发电模块有效地结合起来,大大提高了发电效率,白天光照充足时,光伏和风力同时发电,夜晚光照不足时,太阳能电池板结构折叠而只有风力发电。
2、光伏发电模块利用伸缩杆结构可以完成太阳能电池板角度的调整使的太阳光基本可以垂直照射在太阳能电池板上。晚上光照不足时,控制模块控制太阳能电池板结构折叠,一则防止晚上风速过大对装置的损坏,二则启动LED灯,既可以小范围照明,也可为现场维护工作人员在夜间查看设备的运行状态。
3、风力发电模块中风扇呈内凹形,竖直安装,使得不管风从何方向吹来都能使扇叶机构受到的风力达到最大,选用尼龙纤维的材料,通过其耐磨性好、弹性佳的优点可以尽量避免飞沙走石对装置的损坏。且发电装置中,第二齿轮与第一齿轮的大小比例为N,N为大于1的数,作用就是,当扇叶机构旋转一周时,发电机能旋转N周,起到了变速的作用。
4、底座外壳上安装有风速传感器,可将风速信息传给控制模块,控制模块再进行一系列处理,一旦周围环境风速过大,飞沙走石,说明周围山路发生危险系数比较高,则驱动LED灯发出红光示警,底座的旋转机构通过五个内外齿轮相互咬合可以完成旋转功能,使得随时监控周围环境的效果更好。
5、蓄电池模块中通过变压器和插座可以随时向外输出电能,给维护检测装置工作人员及来往路人手机充电、电动车充电等。
附图说明
图1为本发明的整体模块连接图;
图2为本发明的光伏发电模块的结构连接图;
图3为本发明的光伏发电模块的太阳能电池板折叠状态下的结构连接图;
图4为本发明的光伏发电模块的太阳能电池板展开状态下的结构连接图;
图5为本发明的风力发电模块的结构连接图;
图6为本发明的风力发电模块的蜗轮蜗杆装置的结构连接图;
图7为本发明的风力发电模块的风扇机构的结构连接图;
图8为本发明的蓄电池模块的结构连接图;
图9为本发明的底座模块的结构连接图;
图10为本发明底座的旋转机构的结构连接图;
图11为本发明控制模块的基本结构连接图;
图中,1-光伏发电模块;2-控制模块;3-风力发电模块;4-支撑结构;5-蓄电池模块;6-底座模块;7-无线通讯模块;1.1-太阳能电池板结构;1.2-上平台板;1.3-伸缩杆;1.4-太阳能充电控制器;1.5-下平台板;1.6-固定杆;1.7-竖直杆;1.8-螺丝;1.1.1-太阳能电池板;1.1.2-LED灯;1.1.3-合页结构;1.1.4-光敏元件;2.1-光伏控制模块;2.2-灯光控制模块;2.3-风力控制模块;2.4-存储器;2.1.1-第一A/D转换器;2.1.2-第一单片机;2.1.3-第一驱动电路;2.1.4-第一步进电机;2.2.1-第二A/D转换器;2.2.2-第二单片机;2.2.3-第二驱动电路;2.2.4-第二步进电机;2.3.1-第三A/D转换器;2.3.2-第三单片机;2.3.3-第三驱动电路;3.1-扇叶机构;3.2-第一固定平台;3.3-第二固定平台;3.4-第一轴承;3.5-支撑杆外壳;3.6-旋转轴;3.7-蜗轮蜗杆装置;3.1.1-风扇外壳;3.1.2-主体杆;3.1.3-固定片;3.1.4-稳定架;3.1.5-支撑片;3.7.1-第一蜗杆;3.7.2-第二蜗杆;3.7.3-第一水平轴;3.7.4-涡轮;3.7.5-第一齿轮;3.7.6-螺栓;3.7.7-竖直杆;3.7.8-传送带;3.7.9-发电机;3.7.10-第一底座;3.7.11-第一立柱;3.7.12-第二立柱;3.7.13-第二齿轮;3.7.14-第二水平轴;3.7.15-托盘;5.1-蓄电池组;5.2-逆变器;5.3-插座;6.1-第二轴承;6.2-风速传感器;6.3-底座外壳;6.4-旋转机构;6.4.1-第一外齿轮;6.4.2-立柱;6.4.3-第二外齿轮;6.4.4-内齿轮。
具体实施方案
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
一种小功率光伏发电与风力发电一体化装置,如图1所示,包括光伏发电模块1、控制模块2、风力发电模块3、支撑结构4、蓄电池模块5、底座模块6和无线通讯模块7;
其中,所述光伏发电模块1固定在控制模块2的上部,控制模块2的下部固定在支撑结构4的顶端,支撑结构4的下部安装在蓄电池模块5的顶端,风力发电模块3镶嵌在支撑结构4的上部;所述蓄电池模块5安装在底座模块6内;
所述的控制模块2通过与光伏发电模块1和风力发电模块3相连,对这两个模块进行控制;所述光伏发电模块1、风力发电模块3分别与蓄电池模块5相连,对蓄电池进行充电;所述蓄电池模块5反向与控制模块2相连,对其进行实时的供电;
所述风力发电模块和光伏发电模块各自独立工作,在整个装置中呈上下分布;从整体来看,本发明共包括两套独立的发电装置,且两台装置呈上下分布与支撑结构、控制模块和底座模块相连。下面对小功率光伏发电与风力发电一体化装置的各个部分分明进行说明:
所述的光伏发电模块1如图2所示,包括太阳能电池板结构1.1、上平台板1.2、伸缩杆1.3、太阳能充电控制器1.4、第一步进电机2.1.4、下平台板1.5、固定杆1.6、竖直杆1.7和螺丝1.8;所述太阳能充电控制器1.4的外壳的上表面中心固定有竖直杆1.7,竖直杆1.7穿过下平台板1.5,顶端固定有上平台板1.2,(竖直杆1.7底部的周围,均匀分布有4根固定杆1.6,固定杆1.6的顶端固定在下平台板1.5的底部);下平台板1.5的上表面,以中心对称,呈六边形,固定有6根伸缩杆1.3,伸缩杆1.3的上部,穿过上平台板1.2与太阳能电池板结构1.1的底部相连;下平台板1.5的上表面,每根伸缩杆1.3旁,均设置有一个第一步进电机2.1.4;所述太阳能充电控制器1.4通过六个螺丝1.8与装置下方的控制模块固定;
其中,上平台板1.2起到固定伸缩杆,增加整个设备安全性的作用;上下平台板均为最长直径为1.2米的正六边形;所述伸缩杆1.3及控制伸缩杆1.3伸缩的第一步进电机2.1.4用于对太阳能电池板结构1.1从六个方向调整太阳能电池板的角度以保证在白天时太阳能电池板基本追随太阳;下平台板1.5通过竖直杆1.7和四根固定杆1.6,四根固定杆以竖直杆为中心,各自呈90°矩阵排列且固定杆顶端与下平台板内角呈60°,可以达到既美观又稳固的效果;太阳能充电控制器1.4负责对太阳能电池板1.1.1对蓄电池的充电过程。
所述太阳能电池板结构1.1如图3所示,包括太阳能电池板1.1.1、LED灯1.1.2、第二步进电机2.2.4、合页结构1.1.3和光敏元件1.1.4;所述太阳能电池板1.1.1平铺在六边形底板和展开的六个三角形底板的上表面,六边形底板与六个三角形底板通过合页1.1.3相连;安装在每两个三角形底板中间的第二步进电机2.2.4与一个合页的转轴相连,驱动和页的开合,从而控制六个三角形底板的开合角度;光敏元件1.1.4安装在六个三角形底板的顶角区域;所述LED灯1.1.2安装在六个三角形底板的下表面。
其中,光敏元件主要为一个球形光敏电阻,它对光照反应十分灵敏,微弱的光照强度变化就能引起电阻值的急速变化,从而起到随时监测太阳能光照。
光伏发电模块的工作原理是:本装置安装在架线通电很不方便的偏远地区,白天时,太阳能电池板结构1.1呈现出完全展开的状态,以便于可以更大面积的接受太阳能光照。此外,安装在太阳能电池板六个角顶端的光敏元件1.1.4可以随时检测太阳光垂直照射太阳能电池板使发电功率达到最大的方向,并将监测信号传送给控制模块2,控制模块2对接收到的信号进行分析之后,将对第一步进电机2.1.4发出指令,驱动六个伸缩杆伸缩,最终调整好太阳能电池板1.1.1的角度使得太阳光能垂直照射到其上,从而实现了太阳光的自动追踪;晚上时,光敏元件将检测到的光照不足的信号传送给控制模块2后,控制模块2对接收到的信号进行分析,对第二步进电机1.1.3发出指令,驱动合页结构1.1.3使的六个三角形折叠面达到一个合适的开合角度,使照明效果更好,同时安装在太阳能电池板结构1.1背面的LED灯1.1.2亮起(白光),起到小区域照明的作用,并且便于现场维护人员在夜间查看设备的运行状态。
所述风力发电模块3如图5所示,包括扇叶机构3.1、第一固定平台3.2、第二固定平台3.3、第一轴承3.4、支撑杆外壳3.5、旋转轴3.6以及蜗轮蜗杆装置3.7;所述扇叶机构3.1与上下两个平行的第一固定平台3.2和第二固定平台3.3固定相连;所述扇叶机构中的四个扇叶互成90°垂直固定在旋转轴3.6上;所述旋转轴3.6的上部穿过第一轴承3.4并与之固定相连,下部相连于所述蜗轮蜗杆装置3.7;所述支撑杆外壳3.5上部与第一轴承3.4相连,下部与装置下方的底座模块6固定相连;(旋转轴3.6在支撑杆外壳3.5的内部)旋转轴在支撑杆外壳的内部,起到支撑杆的作用。
所述扇叶机构3.1如图7所示,包括风扇外壳3.1.1、主体杆3.1.2、固定片3.1.3、稳定架3.1.4和支撑片3.1.5;所述风扇外壳3.1.1为两块对称的方形伞状结构,且中间为一条延展的细长尾部;三个所述固定片3.1.3贯穿于主体杆3.1.2相连于风扇外壳3.1.1的尾部;主体杆3.1.2内端与风扇外壳尾部相连,外端与支撑片3.1.5相连;六个稳定架以主体杆为对称轴左右平均分布与风扇外壳的凹面,且每一个稳定架以外弧直径为标准逆时针倾斜5°的位置放置。
其中,所述风扇外壳3.1.1为内凹型,便于更大效率的获得风能;外边的弧形半径为0.8米,内边弧形半径为0.4米,四个风扇形成的风扇轮高度为1米;六个稳定架以主体杆为对称轴左右平均分布与风扇外壳的凹面,且每一个稳定架以外弧直径为标准逆时针倾斜5°的位置放置,达到了既美观又稳固的效果;整个风扇机构选用尼龙纤维的材料,通过其耐磨性好、弹性佳的优点可以尽量避免飞沙走石对装置的损坏。
所述蜗轮蜗杆装置3.7如图6所示,包括第一蜗杆3.7.1、第二蜗杆3.7.2、第一水平轴3.7.3、涡轮3.7.4、第一齿轮3.7.5、螺栓3.7.6、竖直杆3.7.7、传送带3.7.8、发电机3.7.9、第一底座3.7.10、第一立柱3.7.12、第二立柱3.7.11、第二齿轮3.7.13、第二水平轴3.7.14和托盘3.7.15;所述第一底座3.7.10为圆盘,位于该蜗轮蜗杆装置的最底部,所述第一立柱3.7.12与第二立柱3.7.11以及所述竖直杆3.7.7分别嵌入到第一底座3.7.10并与之固定;所述竖直杆3.7.7水平放置,一端固定在第二蜗杆3.7.2上;所述第一水平轴3.7.3的一端通过螺栓水平固定在第一立柱3.7.1上,另一端同轴固定有涡轮3.7.4和第一齿轮3.7.5;所述第二水平轴3.7.14的一端通过螺栓水平固定在第二立柱3.7.11上,另一端固定有第二齿轮3.7.14,第二齿轮3.7.14通过传送带3.7.8与发电机3.7.9相连;所述发电机3.7.9放在第一底座3.7.10上的托盘3.7.15上;
所述第一蜗杆3.7.1(作为主动轴)垂直(所述第一蜗杆3.7.1与风力发电模块中的旋转轴3.6下部固定相连),其下端部的螺纹与第二蜗杆3.7.2(作为从动轴)的内端的螺纹啮合,二者一起做旋转运动;所述蜗轮3.7.4与所述第二蜗杆3.7.2的外端啮合,第二蜗杆带动涡轮运动;涡轮与第一齿轮3.7.5做同心轴运动;所述第一齿轮3.7.5与固定在第二水平轴3.7.14上的第二齿轮3.7.13相咬合,第一齿轮带动第二齿轮运动,第二齿轮带动第二水平轴3.7.14作旋转运动,连接在第二水平轴上的传送带3.7.9另一端带动发电机3.7.9旋转发电。
所述发电机3.7.9为永磁同步发电机,由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50HZ交流电。
风力发电模块的工作原理是:本装置安装在野外,当风吹来时,由于四个风扇立向放置的设计及其内凹形的形状,使得不管风从何方向吹来都能使扇叶机构3.1受到的风力达到最大,第一固定平台3.2和第二固定平台3.3上下平行更好地将四个风扇固定在旋转轴3.6上,经第一轴承3.4和第二轴承6.1的减小摩擦作用,扇叶机构3.1带动旋转轴3.6的旋转,进而带动第一蜗杆3.7.1的旋转,第一蜗杆和第二蜗杆互成90°相互咬合连接,所以第二蜗杆3.7.2开始旋转,涡轮3.7.4和第一齿轮3.7.5都固定在第一水平轴3.7.3上,由于涡轮3.7.4与第二蜗杆3.7.2相咬合,从而带动涡轮3.7.4以及第一齿轮3.7.5的旋转,而第一齿轮3.7.5与第二齿轮3.7.13相咬合,进一步带动第二齿轮3.7.13的旋转,且第二齿轮和传送带3.7.8都安装在第二水平轴3.7.14上,旋转的动能经传送带传送给第二发电机3.7.9,从而导致发电机3.7.9的旋转,最终实现风力发电。在本装置中,第二齿轮3.7.5与第一齿轮3.7.13的大小比例为N,N为大于1的数,作用就是,当扇叶机构3.1旋转一周时,发电机3.7.9能旋转N周,起到了变速的作用;第一蜗杆和第二蜗杆相互成90°设计的作用则是为了改变旋转方向。
所述蓄电池模块5如图8所示,包括蓄电池组5.1、逆变器5.2、插座5.3;所述蓄电池组5.1与逆变器5.2连接,固定放置在第一底座3.7.10上;所述插座5.3安装在逆变器5.2上,可以随时向外输出电能。光伏发电模块中的充电控制器1.4与风力发电模块中的发电机3.7.9与蓄电池连接,给蓄电池充电;同时蓄电池还与太阳能电池板1.1.1、风力发电模块3以及控制模块2相连。
其中,蓄电池组为市售蓄电电池,用来存储太阳能发电模块1和风力发电模块3产生的电能,同时为装置提供一小部分电能;所述的逆变器为市售逆变器,蓄电池存储的电能经全功率整流逆变后向电网输送50HZ交流电,通过插座随时向外输出电能,可以给维护检测装置工作人员及来往路人手机充电、电动车充电等。
所述底座模块6如图9所示,包括第二轴承6.1、风速传感器6.2、底座外壳6.3、旋转机构6.4;所述第二轴承6.1与旋转轴3.6的下部固定相连,且与底座外壳6.3相连;所述风速传感器6.2安装在底座外壳6.3的中部;所述旋转机构6.4安装在整个装置的最下方,放置在地面上。
其中,底座外壳整体高0.8米,呈锥形,其侧面与第一底座3.7.10成60°,达到既美观有稳固的效果,且使得底座模块内部的空间较大;风速传感器用于检测周围环境风速的大小,从而预估周围山区环境是否通行存在危险;装置利用旋转机构的旋转功能可以更好地起到随时检测周围环境的作用。
所述旋转机构6.4如图10所示,包括第一外齿轮6.4.1、立柱6.4.2、第二外齿轮6.4.3和内齿轮6.4.4;所述第一外齿轮6.4.1共有三个,彼此之间相差120°,以第二外齿轮6.4.3为中心成矩阵放置,且三个所述的第一外齿轮6.4.1分明与第二外齿轮6.4.3和内齿轮6.4.4均咬合;所述立柱6.4.2下部与第一外齿轮6.4.3的中心固定相连,上部与蜗轮蜗杆装置中的第一底座3.7.10固定相连,且立柱的数量与第一外齿轮的数量保持一致。
其中,所述立柱6.4.2为高0.08米,直径为0.1米的小圆柱,起到支撑连接蜗轮蜗杆装置的作用。
旋转机构的工作原理:三个第一外齿轮6.4.1分别于第二外齿轮6.4.3和内齿轮6.4.4相互咬合在一起,当旋转机构开始工作时,内齿轮和第二外齿轮保持不动,三个第一外齿轮以第二外齿轮为中心做圆周运动,而它们的既相对距离保持不变,即呈现出相对静止的状态,从而可以实现旋转功能。
所述控制模块2如图11所示,包括光伏控制模块2.1、灯光控制模块2.2、风力控制模块2.3和存储器2.4;所述光伏控制模块2.1包括依次相连的第一A/D转换器2.1.1、第一单片机2.1.2、第一驱动电路2.1.3;所述灯光控制模块2.2包括依次相连的第二A/D转换器2.2.1、第二单片机2.2.2、第二驱动电路2.2.3;所述风力控制模块2.3包括依次相连的第三A/D转换器2.3.1、第三单片机2.3.2和第三驱动电路2.3.3;所述的第一单片机2.1.2、第二单片机2.2.2、第三单片机2.3.2分别和存储器2.4相连;第一A/D转换器2.1.1、第二A/D转换器2.2.1分别和光敏元件1.1.4连接;第一驱动电路2.1.3与第一步进电机2.1.4连接;第二驱动电路2.2.3与第二步进电机2.2.4相连;第二驱动电路2.2.3、第三驱动电路2.3.3分别和LED灯1.1.2连接相连;第三A/D转换器2.3.1与风速传感器6.2连接;所述的第一单片机2.1.2、第二单片机2.2.2、第三单片机2.3.2还分别和无线通讯模块7相连;
所述的第一单片机2.1.2、第二单片机2.2.2、第三单片机2.3.2均为STM32型号;
光伏发电模块中的充电控制器1.4与风力发电模块中的发电机3.7.9与蓄电池连接,同时蓄电池还与太阳能电池板1.1、风力发电模块3,接受电源;还和控制模块2相连,为其提供电能。
本发明的整体工作原理为:在太阳能电池板1.1.1上安装有光敏元件1.1.4,本发明采用惠更斯电桥来实现,当阳光从某一方向照射时,惠更斯电桥接收到光照信号,并将此信号传递给控制机构2,控制机构2分析光照信号,将对第一步进电机2.1.4发出指令,驱动六个伸缩杆伸缩,最终调整好太阳能电池板1.1.1的角度使得太阳光能垂直照射到其上,从而实现了太阳光的自动追踪;当风吹来时,由于四个风扇立向放置的设计及其内凹形的形状,使得不管风从何方向吹来都能使扇叶机构3.1受到的风力达到最大,经第一轴承3.4和第二轴承6.1的减小摩擦作用,扇叶机构3.1带动旋转轴3.6的旋转,进而带动第一蜗杆3.7.1的旋转,第一蜗杆和第二蜗杆相互咬合连接,所以第二蜗杆3.7.2开始旋转,涡轮3.7.4和第一齿轮3.7.5都固定在第一水平轴3.7.3上,由于涡轮3.7.4与第二蜗杆3.7.2相咬合,从而带动涡轮3.7.4以及第一齿轮3.7.5的旋转,而第一齿轮3.7.5与第二齿轮3.7.13相咬合,进一步带动第二齿轮3.7.13的旋转,且第二齿轮和传送带3.7.8都安装在第二水平轴3.7.14上,旋转的动能经传送带传送给第二发电机3.7.9,从而导致发电机3.7.9的旋转,最终实现风力发电。白天光照充足时,第二步进电机2.2.4驱动合页机构1.1.3使的太阳能电池板机构1.1完全展开,此时光伏和风力同时发电;晚上时,光敏元件将检测到的光照不足的信号传送给控制模块2后,控制模块2对接收到的信号进行分析,对第二步进电机1.1.3发出指令,驱动合页结构1.1.3使的六个三角形折叠面达到一个合适的开合角度,使照明效果更好,同时安装在太阳能电池板结构1.1背面的LED灯1.1.2亮起(白光),起到小区域照明的作用,并且便于现场维护人员在夜间查看设备的运行状态。安装在底座外壳6.3上的风速传感器6.2将风速信息传给控制模块2,控制模块进行一系列处理,一旦周围环境风速过大,飞沙走石,说明周围山路发生危险系数比较高,则驱动LED灯发出红光示警,底座的旋转机构使得随时监控周围环境的效果更好。
本发明所用的元器件和零部件均是本技术领域的技术人员所熟知的,可以通过购买得到,所有元器件之间的连接方式和零部件的安装方式等也是本技术领域的技术人员所熟知的。操控中涉及的软件或协议也均为公知技术。
本发明未述及之处适用于现有技术。
需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种小功率光伏发电与风力发电一体化装置,其特征为该装置包括光伏发电模块、控制模块、风力发电模块、支撑结构、蓄电池模块、底座模块和无线通讯模块;
其中,所述光伏发电模块固定在控制模块的上部,控制模块的下部固定在支撑结构的顶端,支撑结构的下部安装在蓄电池模块的顶端,风力发电模块镶嵌在支撑结构的上部;所述蓄电池模块安装在底座模块内;
所述的光伏发电模块包括太阳能电池板结构、上平台板、伸缩杆、太阳能充电控制器、第一步进电机、下平台板、固定杆和竖直杆;所述太阳能充电控制器的外壳的上表面中心固定有竖直杆,竖直杆穿过下平台板,顶端固定有上平台板,竖直杆底部的周围,均匀分布有4根固定杆,固定杆的顶端固定在下平台板的底部;下平台板的上表面,以中心对称,呈六边形,固定有6根伸缩杆,伸缩杆的上部,穿过上平台板与太阳能电池板结构的底部相连;下平台板的上表面,每根伸缩杆旁,均设置有一个第一步进电机;所述太阳能充电控制器通过六个螺丝与装置下方的控制模块固定;
所述太阳能电池板结构包括太阳能电池板、LED灯、第二步进电机、合页结构和光敏元件;所述太阳能电池板平铺在六边形底板和展开的六个三角形底板的上表面,六边形底板与六个三角形底板分别通过合页相连;每个合页的转轴与一个第二步进电机相连;光敏元件安装在六个三角形底板的顶角区域;所述LED灯安装在六个三角形底板的下表面;
所述风力发电模块包括扇叶机构、第一固定平台、第二固定平台、第一轴承、支撑杆外壳、旋转轴以及蜗轮蜗杆装置;所述扇叶机构与上下两个平行的第一固定平台和第二固定平台固定相连;所述扇叶机构中的四个扇叶互成90°垂直固定在旋转轴上;所述旋转轴的上部穿过第一轴承并与之固定相连,下部相连于所述蜗轮蜗杆装置;所述支撑杆外壳上部与第一轴承相连,下部与装置下方的底座模块固定相连;
所述蜗轮蜗杆装置包括第一蜗杆、第二蜗杆、第一水平轴、涡轮、第一齿轮、螺栓、竖直杆、传送带、发电机、第一底座、第一立柱、第二立柱、第二齿轮、第二水平轴和托盘;所述第一底座为圆盘,位于该蜗轮蜗杆装置的最底部,所述第一立柱与第二立柱以及所述竖直杆分别嵌入到第一底座并与之固定;所述竖直杆水平放置,一端固定在第二蜗杆上;所述第一水平轴的一端通过螺栓水平固定在第一立柱上,另一端同轴固定有涡轮和第一齿轮;所述第二水平轴的一端通过螺栓水平固定在第二立柱上,另一端固定有第二齿轮,第二齿轮通过传送带与发电机相连;所述发电机放在第一底座上的托盘上;
所述第一蜗杆与风力发电模块中的旋转轴下部固定相连,第一蜗杆下端部的螺纹与第二蜗杆的内端的螺纹啮合,二者一起做旋转运动;所述蜗轮与所述第二蜗杆的外端啮合;所述第一齿轮与固定在第二水平轴上的第二齿轮相咬合;
所述底座模块包括第二轴承、风速传感器、底座外壳、旋转机构;所述第二轴承与旋转轴的下部固定相连,且与底座外壳相连;所述风速传感器安装在底座外壳的中部;所述旋转机构安装在整个装置的最下方,放置在地面上;
所述旋转机构包括第一外齿轮、立柱、第二外齿轮和内齿轮;所述第一外齿轮共有三个,彼此之间相差120°,以第二外齿轮为中心成矩阵放置,且三个所述的第一外齿轮分明与第二外齿轮和内齿轮均咬合;所述立柱下部与第一外齿轮的中心固定相连,上部与蜗轮蜗杆装置中的第一底座固定相连,且立柱的数量与第一外齿轮的数量保持一致;
所述控制模块包括光伏控制模块、灯光控制模块、风力控制模块和存储器;所述光伏控制模块包括依次相连的第一A/D转换器、第一单片机、第一驱动电路;所述灯光控制模块包括依次相连的第二A/D转换器、第二单片机、第二驱动电路;所述风力控制模块包括依次相连的第三A/D转换器、第三单片机和第三驱动电路;所述的第一单片机、第二单片机、第三单片机分别和存储器相连;第一A/D转换器、第二A/D转换器分别和光敏元件连接;第一驱动电路与第一步进电机连接;第二驱动电路与第二步进电机相连;第二驱动电路、第三驱动电路分别和LED灯连接相连;第三A/D转换器与风速传感器连接;所述的第一单片机、第二单片机、第三单片机还分别和无线通讯模块相连;
光伏发电模块中的充电控制器与风力发电模块中的发电机与蓄电池连接,同时蓄电池还与太阳能电池板、风力发电模块、控制模块相连;
所述发电机为永磁同步发电机;
底座外壳整体高0.8米,呈锥形,其侧面与第一底座成60°。
2.如权利要求1所述的小功率光伏发电与风力发电一体化装置,其特征为所述扇叶机构包括风扇外壳、主体杆、固定片、稳定架和支撑片;所述风扇外壳为两块对称的方形伞状结构,且中间为一条延展的细长尾部;三个所述固定片贯穿于主体杆相连于风扇外壳的尾部;主体杆内端与风扇外壳尾部相连,外端与支撑片相连;六个稳定架以主体杆为对称轴左右平均分布于风扇外壳的凹面,且每一个稳定架以外弧直径为标准逆时针倾斜5°的位置放置。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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