CN109538413A - 一种发电叶片、发电叶轮及风光互补一体化发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电叶片、发电叶轮及风光互补一体化发电装置，解决了现有光伏发电与风力发电结合时，风力设备只能进行风力发电，光伏设备只能进行光伏发电，造成空间利用率低，尤其是在土地资源紧缺的城市，多种可再生能源综合利用方面存在受限问题。采用的技术方案包括：一种微风发电叶轮，包括：发电叶片和旋转支架。在本发明中，通过使用能够进行光电转换的微风发电叶片，既可在微风条件下通过叶片转动产生风力发电，又可在光照条件下，叶片进行光伏发电。本发明实现了多能源的综合利用，尤其是在高层建筑方面，风力资源比地面高，通过本发明应用，可以使高层建筑的风力资源和光能都得到充分利用。

Description

一种发电叶片、发电叶轮及风光互补一体化发电装置
技术领域
本发明涉及可再生能源尤其是太阳能和风能的应用技术领域，具体涉及一种发电叶片、发电叶轮及风光互补一体化发电装置。
背景技术
现有的风力发电和光伏发电技术要么是分立的,为单独的风力发电厂或单独的光伏发电厂,要么是风光互补型的发电厂。其中，风光互补型发电厂的地面电站普遍分为两大类，一类是同一块厂区内既有风力发电区域又有光伏发电区域，风力发电区域和光伏发电区域设备相对独立，二者仍是独立发电；第二种是风力发电设备上附加一套光伏设备，形成风力和光伏装置混合发电系统。
第一种风光互补地面电站，风力和光伏发电相对独立成区，土地占用面积大，对于无风情况的白天，只有光伏发电，而夜晚有风且满足一定风力情况下，只有风力发电。
对于第二种风光互补装置来说，现有技术中，大部分情况是将太阳能光伏板安装在风力发电系统的柱子上，以减少光伏板的占地面积。但是由于承重、抗风能力和遮挡等因素的考虑，风力发电系统上不能外缚过多的光伏板，同时也使得混合发电产品外观不能形成多样化，且美观性不足。
同时，由于分布式、户用、BIPV(光伏建筑一体化)光伏电站的规模化发展，原有的风光互补型装置因存在空间利用率低的问题，而几乎不能被广泛应用在分布式、户用、BIPV发电项目上，不能同时有效利用风力和太阳能资源，降低了单位或家庭的综合能源发电收益。由于分布式光伏、户用光伏、BIPV及光伏扶贫的规模发展，优质的土地资源、屋顶资源越来越稀缺，同时随着能源互联网的发展，能源的分散式生产与消费也将成为未来电力利用的重要模式，因此对家庭与单位的综合能源的利用与发电收益提出了更高的要求。
那么如何解决在有限的土地、屋顶或建筑上充分利用风能和太阳能，同时丰富发电产品的多样性和美观性，是本领域技术人员致力研究却一直未能得到解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明要解决现有光伏发电及风力发电结合占地面积大的技术问题，从而提供一种发电叶片、发电叶轮及风光互补一体化发电装置。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种发电叶片，包括：叶片本体，所述叶片本体的单面或双面上包含太阳能组件层，吸收光能并产生电能，所述太阳能组件层的外型追随所述叶片本体的外型设置。
所述叶片本体外型为曲面状或平面状。
所述叶片本体的单面或双面由所述太阳能组件层直接制作形成，在光照下可进行光伏发电。
所述太阳能组件层与所述叶片本体呈分体式连接，所述叶片本体单面或双面上全部或部分黏贴所述太阳能组件层。
所述太阳能组件层为柔性太阳能薄膜组件或半柔性轻质晶体硅组件。
本发明还提供一种发电叶轮，包括：旋转支架，所述旋转支架安装在风力发电装置的传动系统的第一端上；叶片，所述叶片为上述任一项所述的发电叶片，所述发电叶片沿所述旋转支架的周向设有若干组；所述发电叶片在风的吹动下，驱动所述风力发电装置的传动系统的第一端进行转动。
本发明还提供一种风光互补一体化发电装置，包括上述的发电叶轮。
所述风力发电装置还包括：风力发电机，与所述传动系统的第二端连接，所述发电叶片在风力作用下转动，并带动所述传动系统转动，所述风力发电机在所述传动系统的带动下旋转并产生电能。
所述风力发电机的电能输出端设有整流器，经整流后输出直流电。
还包括：储能装置，输入端分别与所述太阳能组件层的电能输出端，以及所述整流器的电能输出端连接；逆变器，其电能输入端与所述储能装置的电能输出端连接，将所述储能装置中的直流电逆变成交流电，并入电网或直接向负载供电。
1.在本发明中，通过使用可吸收光能并转化成电能向外输出的发电叶片，既可在微风条件下通过发电叶片产生风力发电，又可在光照条件下产生光伏发电。与现有风光互补的装置相比在于，原有的叶片只能进行风力发电，而光伏发电必须由另外的光伏板进行提供。本发明通过直接使用可吸收光能并转化成电能的发电叶片，增加了其功能，拓宽了其应用场景，尤其是在土地空间受限区域的应用，例如屋顶、楼宇上。本发明实现了多能源的综合利用，尤其是在高层建筑方面，风力资源比地面高，通过本发明应用，可以使高层建筑的风力资源和光能都得到充分利用。
2.传统的风力发电一般采用桨叶式叶片及水平轴风力发电机，启动的风速至少需要7m/s。转动的涡轮叶片会对飞行的鸟类造成威胁，其产生的噪音，尤其是产生的次声波，会对人体造成不适。近年来，随着微风发电系统的发展，长长的叶片和高耸的塔筒被垂直轴风力发电或蜗壳式叶片所代替，具有低初始扭矩的风力涡轮机，叶片响应速度为2m/s左右，发电效率是传统风力发电的2倍左右。因此，为了更有效利用风能，本发明中的叶片形状为适合于微风发电系统的相应形状。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例2中具有曲面板条状发电叶片的垂直轴式风力发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例3中的风光互补一体化发电装置的结构原理框图；
附图标记说明：
1-旋转支架；2-发电叶片；21-叶片本体；22-太阳能组件层；3-传动系统；4-风力发电机；5-整流器；6-储能装置；7-逆变器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明部分的实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种发电叶片，包括：叶片本体21和设置在叶片本体21上的太阳能组件层22。
具体的如图1所示，所述叶片本体21的单面或双面上使用太阳能组件层22，所述太阳能组件层22吸收光能并产生电能，外型追随所述叶片本体21的外型设置。太阳能组件层22的外型随叶片本体21的外型设置是指，太阳能组件层22的外型与叶片本体21的外型保持一致，以使二者结合更美观牢固，且不影响叶片本体21采集风能。
在本发明中，通过使用可吸收光能并转化成电能向外输出的发电叶片2，既可在微风条件下通过发电叶片2产生风力发电，又可在光照条件下产生光伏发电。与现有风光互补的装置相比在于，原有的微风叶片只能进行风力发电，而光伏电必须由另外的光伏板进行提供。本发明通过直接使用可吸收光能并转化成电能的发电叶片2，拓宽了其应用形式，尤其是在土地空间受限的区域方面的应用形式，例如屋顶、楼宇上。本发明实现了多能源的综合利用，尤其是在高层建筑方面，风力资源比地面高，通过本发明应用，可以使高层建筑的风力资源和光能都得到充分利用。
本发明中，叶片本体21的外型可以是平面状，也可以是具有若干曲面结构的曲面状。如图1所示，本发明中叶片本体21的外型为曲面板条状，则太阳能组件层22的外型也为与叶片本体21的曲面结构相匹配的曲面板条状。太阳能组件层22与叶片本体21外型相匹配，保证了发电叶片2风力发电的结构不被破坏。
作为发电叶片2的具体实施方式，发电叶片2单面或双面可以直接由太阳能组件层22制成，在光照下可进行光伏发电。
作为发电叶片2的另一种具体实施方式，所述太阳能组件层22与所述叶片本体21呈分体式连接。如图1所示，发电叶片2可由叶片本体21以及附着在叶片本体21表面的太阳能组件层22组成，具体的为在叶片本体21的单面或双面上全部或部分黏贴所述太阳能组件层22。
更具体的，所述太阳能组件层22可以为柔性太阳能薄膜组件。所述柔性太阳能薄膜组件的类型为CIGS、CdTe、非晶硅和GaAs等薄膜组件中的任意一种。本实施例优选CIGS柔性太阳能薄膜组件。由于微风发电的叶片多采用塑壳材料，因此可直接使用具有塑料衬底的柔性太阳能薄膜组件制成板条状叶片、蜗壳式叶片或其它样式的发电叶片。叶片的单面或双面可由柔性太阳能薄膜组件制成，也可通过对柔性太阳能薄膜组件的裁剪，在叶片本体21的单面或双面全部或部分黏贴柔性太阳能薄膜组件。
作为另一种实施方式，太阳能组件层22还可以为半柔性轻质晶体硅组件，半柔性轻质晶体硅组件可发生微变形，黏贴在叶片本体合适的部位上。
实施例2
如图1所示，本发明还提供一种发电叶轮，包括旋转支架1和叶片，其中叶片为实施例1中所述的发电叶片2。
如图1所示，所述旋转支架1安装在风力发电装置的传动系统3的第一端上；发电叶片2沿所述旋转支架1的周向设有若干组。所述发电叶片2在风的吹动下，驱动所述风力发电装置的传动系统3的第一端转动。
本发明中，发电叶轮中的发电叶片2可以设置为两组、三组、四组甚至更多组，如图1所示，本实施例优先采取设置三组发电叶片2。
本发明中，发电叶片2的外型可以是如图1所述的板条状，也可以是蜗壳状，也可以是其它曲面结构，并不限于本实施例结构。
实施例3
如图1所示，本发明还提供一种风光互补一体化发电装置，包括实施例2中所述的发电叶轮2。
所述风力发电装置还包括：传动系统3，所述旋转支架1设置在所述传动系统3的第一端；风力发电机4，与所述传动系统3的第二端连接，所述发电叶片2在风力作用下转动，并带动所述传动系统3转动，所述风力发电机4在所述传动系统3的带动下旋转并产生电能。
如图2所示，本发明中所述风力发电机4的电能输出端设有整流器5，经整流后输出直流电。
如图2所示，本发明中风光互补一体化发电装置还包括：储能装置6，输入端分别与所述太阳能组件层22的电能输出端，以及所述整流器5的电能输出端连接；逆变器7，其电能输入端与所述储能装置6的电能输出端连接，将所述储能装置6中的直流电逆变成交流电并入电网或直接向负载供电。
本发明中，如图1和图2所示，在有风时，所述发电叶片2在风的吹动下旋转使风力发电机4发电产生交流电能，经所述整流器5后输出直流电并存储至储能装置6。在有光照时，发电叶片2通过其上的太阳能组件层22吸收光能并转化为直流电能并存储至储能装置6中。储能装置6通过逆变器7将直流电逆变成交流电并入电网或直接向负载供电。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种发电叶片，其特征在于，包括：
叶片本体(21)，所述叶片本体(21)的单面或双面上包含太阳能组件层(22)，吸收光能并产生电能，所述太阳能组件层(22)的外型追随所述叶片本体(21)的外型设置。
2.根据权利要求1所述的发电叶片，其特征在于，所述叶片本体(21)外型为曲面状或平面状。
3.根据权利要求1所述的发电叶片，其特征在于，所述叶片本体(21)单面或双面由所述太阳能组件层(22)直接制作形成，在光照下可进行光伏发电。
4.根据权利要求1所述的发电叶片，其特征在于，所述太阳能组件层(22)与所述叶片本体(21)呈分体式连接，所述叶片本体(21)单面或双面上全部或部分黏贴所述太阳能组件层(22)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的发电叶片，其特征在于，所述太阳能组件层(22)为柔性太阳能薄膜组件或半柔性轻质晶体硅组件。
6.一种发电叶轮，其特征在于，包括：
旋转支架(1)，所述旋转支架(1)安装在风力发电装置的传动系统(3)的第一端上；
叶片，所述叶片为权利要求1～5任一项所述的发电叶片(2)，所述发电叶片(2)沿所述旋转支架(1)的周向设有若干组；
所述发电叶片(2)在风的吹动下，驱动所述风力发电装置的传动系统(3)的第一端进行转动。
7.一种风光互补一体化发电装置，其特征在于，包括权利要求6所述的发电叶轮。
8.根据权利要求7所述的风光互补一体化发电装置，其特征在于，所述风力发电装置还包括：
风力发电机(4)，与所述传动系统(3)的第二端连接，所述发电叶片(2)在风力作用下转动，并带动所述传动系统(3)转动，所述风力发电机(4)在所述传动系统(3)的带动下旋转并产生电能。
9.根据权利要求8所述的风光互补一体化发电装置，其特征在于，所述风力发电机(4)的电能输出端设有整流器(5)，经整流后输出直流电。
10.根据权利要求9所述的风光互补一体化发电装置，其特征在于，还包括：
储能装置(6)，输入端分别与所述太阳能组件层(22)的电能输出端，以及所述整流器(5)的电能输出端连接；
逆变器(7)，其电能输入端与所述储能装置(6)的电能输出端连接，将所述储能装置(6)中的直流电逆变成交流电，并入电网或直接向负载供电。
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