CN109660184B - 一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统，包括蓄水池、带过滤网阀门、蓄电池、旋转叶片、发电机、输水管道、三叶立轴风力发电机、太阳能雨感联合发电装置、翻转与支撑装置、天气识别装置、楼顶集水槽、水位感应器，所述蓄水池设置于建筑楼顶一侧的建筑侧面上，建筑楼顶设置有楼顶集水槽，楼顶集水槽与蓄水池连通；该联合发电系统在晴天利用太阳能电池板进行发电，有风时利用风能进行发电。雨天时利用雨水的势能，使用压电板进行第一次雨水发电，之后雨水进入蓄水槽中，通过下方管道冲击楼底的旋转叶片带动发电机进行二次发电。实现了在多种天气下都可以发电，提高了能源的利用率，从而达到节能减排的效果。

Description

一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统
技术领域
本发明涉及建筑节能领域，具体涉及一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统。
背景技术
随着人口的增长及工业化、城镇化进程加速，我国耕地减少、水资源匮乏等资源环境约束趋紧，在全球能源日益短缺的情况下，风能和太阳能逐渐受到的人们的关注。目前，尽管在利用风能太阳能发电方面的研究日趋成熟，但经过调查发现，自然界中太阳能、风能与雨水重力势能的联合利用尚没有被进行深入研究。考虑到我国南方部分地区降雨量大且集中，持续时间较长，降雨时期太阳能发电困难，急需被有益替换或者补充。雨水从高空落下所具有的动能没有被加以利用在未来利用雨水发电是研究的重要方向。
发明内容
针对上述雨水无法被利用的问题，本发明拟解决的问题是提供一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统。该系统弥补了普通节能建筑中没有利用雨水来发电的不足。将雨水利用压电材料，涡轮进行发电利用，从而达到节能减排的目的。本套装置还具有成本低，安装方便，噪音小的特点。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统，其特征在于，包括蓄水池、带过滤网阀门、蓄电池、旋转叶片、发电机、输水管道、三叶立轴风力发电机、太阳能雨感联合发电装置、翻转与支撑装置、天气识别装置、楼顶集水槽、水位感应器，所述蓄水池设置于建筑楼顶一侧的建筑侧面上，建筑楼顶设置有楼顶集水槽，楼顶集水槽与蓄水池连通；蓄水池内设置有水位感应器；
蓄水池的底部设置有带过滤网阀门，带过滤网阀门与水位感应器通过信号连接，可通过蓝牙、红外等实现信号传输，当水位感应器感应到水位到达设定位置时，即向带过滤网阀门发送开启信号，过滤网阀门接收到开启信号后，即刻开启阀门进行排水；
蓄水池的底部连接有垂直向下方向的输水管道，输水管道的底部安装有旋转叶片，旋转叶片的轴端与发电机连接，旋转叶片的转动带动着发电机进行发电，并将电能储存到蓄电池中；发电机的一侧设置有蓄电池，发电机的主体部分与蓄电池安装于建筑内部；
三叶立轴风力发电机、翻转与支撑装置、天气识别装置设置于建筑楼顶上，太阳能雨感联合发电装置固定在翻转及支撑装置的翻转轴上；水位感应器、天气识别装置、发电机、三叶立轴风力发电机、太阳能雨感联合发电装置均与蓄电池电连接；
天气识别装置包含乐享数字式温湿度传感器AM2305、压电式雨滴传感器 YL-83，用于采取数据信息；
所述太阳能雨感联合发电装置包含一个三面等面积的三棱柱结构，在相邻的两个面上分别安装压电板和太阳能板；太阳能雨感联合发电装置安装在翻转及支撑装置上，翻转及支撑装置水平置于建筑顶端；翻转及支撑装置的内部设置有控制器，天气识别装置与翻转及支撑装置的控制器电连接；
晴天时，天气识别装置其内的乐享数字式温湿度传感器AM2305的温度传感器元件温度上升电阻值降低，翻转及支撑装置内部的控制器读取到乐享数字式温湿度传感器AM2305的温度信息后，控制太阳能雨感联合发电装置进行翻转，将太阳能雨感联合发电装置的太阳能板一面翻转至上表面，吸收太阳能进行发电，并将电能储存到蓄电池中；阴雨天气时，雨水落下产生的冲击力作用在压电式雨滴传感器YL-83上，翻转及支撑装置内部的控制器读取到压电式雨滴传感器YL-83的压电信息后，控制太阳能雨感联合发电装置进行翻转，将太阳能雨感联合发电装置的压电板一面翻转至上表面，通过雨水击打压电板进行发电，并将电能储存到蓄电池中。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
1.在晴天的时候可以利用太阳能电池板进行发电，有风时可以使用风力带动风力机，进一步风力机带动发电机运动进行风力发电。雨天时利用雨水的势能，从高空滴落至屋顶使用压电板进行第一次雨水发电，之后雨水通过屋顶的集水槽进入蓄水槽中，蓄满水后通过下方管道冲击楼底的旋转叶片，旋转叶片带动发电机进行二次发电。实现了在多种天气下都可以发电，提高了能源的利用率，从而达到节能减排的效果。
2.我们使用了天气识别装置对晴天和雨天进行识别从而实现对太阳能电池板和压力发电板的智能切换。
3.我们将最终发电完毕后的雨水通过过滤装置流入周围的土壤中，可以实现集中浇灌的效果。
4.本联合发电系统的装置简单，易于安装和实施，成本较低。
附图说明：
图1为本发明一种实施例的整体结构示意图(输水管道为底部局部剖视)；
图2为本发明一种实施例的侧面结构示意图；
图3为本发明一种实施例的建筑楼顶的部件装配示意图；
图4为本发明一种实施例的蓄水池的结构示意图；
附图标记说明：1-建筑楼顶；2-蓄水池；3-带过滤网阀门；4-蓄电池；5- 旋转叶片；6-发电机；7-输水管道；8-三叶立轴风力发电机；9-太阳能雨感联合发电装置；10-翻转及支撑装置；11-天气识别装置；12-楼顶集水槽(倾斜度为15°)；14-水位感应器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不以此作为本申请权利要求保护范围的限定。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：将风力发电，太阳能发电，雨水势能发电相结合。
本发明提供一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统(简称联合发电系统，参见图1-4)，包括蓄水池2、带过滤网阀门3、蓄电池4、旋转叶片5、发电机6、输水管道7、三叶立轴风力发电机8、太阳能雨感联合发电装置9、翻转与支撑装置10、天气识别装置11、楼顶集水槽12、水位感应器14，所述蓄水池2设置于建筑楼顶1一侧的建筑侧面上，建筑楼顶1设置有楼顶集水槽 12，楼顶集水槽12与蓄水池2连通。蓄水池2内设置有水位感应器14。
蓄水池2的底部设置有带过滤网阀门3，带过滤网阀门3与水位感应器14 通过信号连接，可通过蓝牙、红外等实现信号传输，当水位感应器14感应到水位到达设定位置时，即向带过滤网阀门3发送开启信号，过滤网阀门3接收到开启信号后，即刻开启阀门进行排水。
蓄水池2的底部连接有垂直向下方向的输水管道7，输水管道7的底部安装有旋转叶片5，旋转叶片5的轴端与发电机6连接，旋转叶片5的转动带动着发电机6进行发电，并将电能储存到蓄电池4中。发电机6的一侧设置有蓄电池4，发电机6的主体部分与蓄电池4安装于建筑内部。
三叶立轴风力发电机8、翻转与支撑装置10、天气识别装置11设置于建筑楼顶1上，太阳能雨感联合发电装置9固定在翻转及支撑装置10的翻转轴上。水位感应器14、天气识别装置11、发电机6、三叶立轴风力发电机8、太阳能雨感联合发电装置9均与蓄电池4电连接。
所述楼顶集水槽12的斜度为10°～75°，可以保证雨水的收集，绕建筑楼顶1边缘设置一周，建筑楼顶1上的雨水流向楼顶集水槽12中，最终汇集到蓄水池2内。
天气识别装置11包含乐享数字式温湿度传感器AM2305、压电式雨滴传感器YL-83，用于采取数据信息。
所述太阳能雨感联合发电装置9包含一个三面等面积的三棱柱结构，在相邻的两个面上分别安装压电板和太阳能板。太阳能雨感联合发电装置9安装在翻转及支撑装置10上，翻转及支撑装置10水平置于建筑顶端1。翻转及支撑装置10的内部设置有控制器，天气识别装置11与翻转及支撑装置10的控制器电连接。
晴天时，天气识别装置11其内的乐享数字式温湿度传感器AM2305的温度传感器元件温度上升电阻值降低，翻转及支撑装置10内部的控制器读取到乐享数字式温湿度传感器AM2305的温度信息后，控制太阳能雨感联合发电装置 9进行翻转，将太阳能雨感联合发电装置9的太阳能板一面翻转至上表面，吸收太阳能进行发电，并将电能储存到蓄电池4中；阴雨天气时，雨水落下产生的冲击力作用在压电式雨滴传感器YL-83上，翻转及支撑装置10内部的控制器读取到压电式雨滴传感器YL-83的压电信息后，控制太阳能雨感联合发电装置9进行翻转，将太阳能雨感联合发电装置9的压电板一面翻转至上表面，通过雨水击打压电板进行发电，并将电能储存到蓄电池4中。
所述翻转和支撑装置10由推动装置、控制器、支撑框架、中轴和固定螺钉组成。中轴的两端通过联轴器与支撑框架连接以保证其转动，支撑框架通过螺钉固定在地面上。太阳能雨感联合发电装置9上的三棱柱结构在其内部的三个夹角处分别用三根连接管使用焊接的方式连接在中轴上。推动装置一端固定在支撑框架上，另一端与太阳能雨感联合发电装置9的内部连接，对太阳能雨感联合发电装置9进行定位支撑并能驱动其进行翻转。推动装置与控制器连接，控制器与天气识别装置11连接，推动装置与控制器均与蓄电池4连接。
所述推动装置可为电动推杆或者具有多级定位功能的电磁开关组件等驱动装置，推动装置驱动太阳能雨感联合发电装置9绕自身中心轴朝左侧进行60°或朝右侧进行60°的翻转，使压电板或太阳能板水平朝上放置。
所述输水管道7使用的是PVC耐腐蚀塑料管。
本发明的工作原理是：将太阳能雨感联合发电装置9安装在翻转和支撑装置10上，设置在建筑楼顶1处，根据发电量的需求设置相应数量的太阳能雨感联合发电装置9和三叶立轴风力发电机8，三叶立轴风力发电机8的位置与太阳能雨感联合发电装置9的位置应该充分考虑太阳的照射位置，尽量保证太阳的照射面积。在阳光充足的时期利用太阳能发电，当下雨时翻转太阳能雨感联合发电装置9，露出压电板，利用雨水从高空落下带有的动能打击压电材料，进行发电；雨水打击发电板后流入下方蓄水池中；当蓄水池2中的水量达到要求时，水位感应器14发出信号给带过滤网阀门3，打开带过滤网阀门3，雨水从楼顶通过输水管道7直接流到楼下；安装在输水管道7底部90°转弯处的旋转叶片5、发电机6，利用水从楼顶到楼下的动能带动旋转叶片5转动，旋转叶片5带动发电机6进行发电并存储在蓄电池4，能量利用完毕。
实施例1
由于设计中有对雨水方面的利用，所以本实施例以在南方多雨地区进行应用，可以最大效果的发挥该联合发电系统的功能。
本实施例中，太阳能板为SWM50W，单晶硅片为615*515*25。
三叶风力机为方永H20立轴风力机，风速4m输出功率200w。
水位感应器为RS液位传感器，响应时间500ms。
在风能上的利用：了解到在秦岭淮河以南地区的平均风速。得出一台三叶风力机平均发电量30W。按每栋楼顶安装两台，16小时工作。全天发电量为 960WH，全年按工作140天计算，三叶立轴风力机发电总量134.4kwh。
在太阳能上的利用：经查询资料，我国南方的年平均光照时间在1200h，调查得知，230w多晶硅太阳能电池板上面积约为1.5平方米，加上1200h的光照时间，理想条件下，一块太阳能板在每天十个小时的光照时间下，主要是在光照峰值期发电，发电量为1.38度，在100平方米的楼顶，有效利用安放太阳能板60平方米，可完整安装40块太阳能电池板，一天的发电量为55kwh，每年可以发电6624kwh。
在雨水重力利用：南方地区年平均降水量在800mm以上，取雨滴质量50μg。雨滴落地速度8.5m/s.日均495万滴/m2。计算日均能量为1/2×0.00005×8.5 2×4950000＝8941J(1kwh＝3600000J)，按全年220天雨量，屋顶工作面积60m2、压电材料利用效率80％计算，全年屋顶压电材料发电26.2kwh。结合利用蓄水池对雨水势能发电系统年发电量为70kwh。
本发明联合发电系统全年总发电量为6854.6kwh。
本发明联合发电系统完全可以供应全居民楼的使用，包括电梯及楼道灯光的使用，实现电量的零消耗，减少使用煤发电等具有高污染性的方式，进而实现节能减排的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的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揭露的技术范围内，可轻易想到的变换和替换和改进，均属于本发明的保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统，其特征在于，包括蓄水池、带过滤网阀门、蓄电池、旋转叶片、发电机、输水管道、三叶立轴风力发电机、太阳能雨感联合发电装置、翻转与支撑装置、天气识别装置、楼顶集水槽、水位感应器，所述蓄水池设置于建筑楼顶一侧的建筑侧面上，建筑楼顶设置有楼顶集水槽，楼顶集水槽与蓄水池连通；蓄水池内设置有水位感应器；
蓄水池的底部设置有带过滤网阀门，带过滤网阀门与水位感应器通过信号连接，可通过蓝牙、红外实现信号传输，当水位感应器感应到水位到达设定位置时，即向带过滤网阀门发送开启信号，过滤网阀门接收到开启信号后，即刻开启阀门进行排水；
蓄水池的底部连接有垂直向下方向的输水管道，输水管道的底部安装有旋转叶片，旋转叶片的轴端与发电机连接，旋转叶片的转动带动着发电机进行发电，并将电能储存到蓄电池中；发电机的一侧设置有蓄电池，发电机的主体部分与蓄电池安装于建筑内部；
三叶立轴风力发电机、翻转与支撑装置、天气识别装置设置于建筑楼顶上，太阳能雨感联合发电装置固定在翻转及支撑装置的翻转轴上；水位感应器、天气识别装置、发电机、三叶立轴风力发电机、太阳能雨感联合发电装置均与蓄电池电连接；
天气识别装置包含乐享数字式温湿度传感器AM2305、压电式雨滴传感器YL-83，用于采取数据信息；
所述太阳能雨感联合发电装置包含一个三面等面积的三棱柱结构，在相邻的两个面上分别安装压电板和太阳能板；太阳能雨感联合发电装置安装在翻转及支撑装置上，翻转及支撑装置水平置于建筑顶端；翻转及支撑装置的内部设置有控制器，天气识别装置与翻转及支撑装置的控制器电连接；
晴天时，天气识别装置其内的乐享数字式温湿度传感器AM2305的温度传感器元件温度上升电阻值降低，翻转及支撑装置内部的控制器读取到乐享数字式温湿度传感器AM2305的温度信息后，控制太阳能雨感联合发电装置进行翻转，将太阳能雨感联合发电装置的太阳能板一面翻转至上表面，吸收太阳能进行发电，并将电能储存到蓄电池中；阴雨天气时，雨水落下产生的冲击力作用在压电式雨滴传感器YL-83上，翻转及支撑装置内部的控制器读取到压电式雨滴传感器YL-83的压电信息后，控制太阳能雨感联合发电装置进行翻转，将太阳能雨感联合发电装置的压电板一面翻转至上表面，通过雨水击打压电板进行发电，并将电能储存到蓄电池中。
2.根据权利要求1所述的一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统，其特征在于，所述翻转和支撑装置由推动装置、控制器、支撑框架、中轴和固定螺钉组成；中轴的两端通过联轴器与支撑框架连接以保证其转动，支撑框架通过螺钉固定在地面上；太阳能雨感联合发电装置上的三棱柱结构在其内部的三个夹角处分别用三根连接管使用焊接的方式连接在中轴上；推动装置一端固定在支撑框架上，另一端与太阳能雨感联合发电装置的内部连接，对太阳能雨感联合发电装置进行定位支撑并能驱动其进行翻转；推动装置与控制器连接，控制器与天气识别装置连接，推动装置与控制器均与蓄电池连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统，其特征在于，所述推动装置可为电动推杆或者具有多级定位功能的电磁开关组件。
4.根据权利要求1所述的一种基于雨水势能的太阳能风能联合发电系统，其特征在于，所述楼顶集水槽的斜度为10°～75°。
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