CN111980861A - 一种独立式风光互补发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种独立式风光互补发电设备,包括安装柱以及上下分布在安装柱上端的多个风力发电组,置于最顶端的风力发电组的上端设有光伏发电组;风力发电组包括导风框以及置于导风框内的发电机,发电机的外侧设有等圆周分布的多个垂直风叶,导风框包括环状的进风框体以及置于进风框体上下端的出风板体,进风框体与出风板体连接形成容发电机以及垂直风叶嵌入的框架结构,风经过进风框体带动垂直风叶转动从而使发电机将机械能转换为电能储存并从上下端的出风板体流出。本发明具有如下优点:在占地面积不变的情况下可实现多个风力发电组与光伏发电组的集成式安装,实现最小体积下的最大发电效率,保证垂直风叶的使用寿命以及引风效果。

Description

一种独立式风光互补发电设备
技术领域:
本发明属于风光发电领域,具体涉及一种独立式风光互补发电设备。
背景技术:
风光互补发电设备是利用太阳能、风力发电机(将交流电转换为直流电)将发出的电能存储到蓄电池组中,当用户需要用电时,逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电,通过输电线路送到用户负载出,风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性,具有较高性价比的新型能源发电系统。
现有的风光互补发电设备具有两种结构形式:一种是将风力发电组与光伏板分开组合,光伏板倾斜设置在风力发电组附近的地面位置;另一种是将光伏板设置在安装柱的侧壁上,将风力发电组设置在安装柱的顶部;这两种结构形式都仅实现单个风力发电组与光伏板的连接,然而在一些用电需求量极大的特殊环境中,如铁塔、电信基塔等,这种单个风力发电组与光伏板的结构无法满足使用需求,需要配备多套风光互补设备,占用空间位置大;
其次,针对于风力发电组的风叶而言,垂直轴风叶运用特殊空气动力学原理,在低风速运转时发电量较大,垂直轴风叶的风能利用率高,启动风速低,噪音低等优点,已经逐渐被人们认识和重视,然而垂直轴风叶存在如下缺陷:1、垂直风叶的竖向长度较长,与风的接触阻力较大,当风吹动叶片时极易使叶片与发电机的连接处之间发生变形损坏或者松动,影响风力发电组的发电效率;2、垂直风叶采用竖直的平板结构,当遇到不同方向上的强风时,垂直风叶的引风性差,极易发生抖动现象,风对垂直风叶产生的接触阻力集中作用在垂直风叶与风力发电组的连接处(即叶片的中间位置处),因此极易发生叶片的断裂或者中间处发生变形损坏,从而引风效果差。
发明内容:
本发明的目的是为了克服以上的不足,提供一种独立式风光互补发电设备,在占地面积不变的情况下可实现多个风力发电组与光伏发电组的集成式安装,实现最小体积下的最大发电效率,保证垂直风叶的使用寿命以及引风效果。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种独立式风光互补发电设备,包括安装柱以及上下分布在安装柱上端的多个风力发电组,置于最顶端的风力发电组的上端设有光伏发电组;
风力发电组包括导风框以及置于导风框内的发电机,发电机的外侧设有等圆周分布的多个垂直风叶,导风框包括环状的进风框体以及置于进风框体上下端的出风板体,进风框体与出风板体连接形成容发电机以及垂直风叶嵌入的框架结构,风经过进风框体带动垂直风叶转动从而使发电机将机械能转换为电能储存并从上下端的出风板体流出。
本发明的进一步改进在于:进风框体包括上下分布的两环形支撑板,两环形支撑板之间设有多个等圆周分布的支撑柱,出风板体固定置于对应的环形支撑板的外端面,两环形支撑板之间还设有多个偏心设置的导流板,多个导流板之间具有容风流动的间隙。
本发明的进一步改进在于:导流板为圆弧状结构。
本发明的进一步改进在于:出风板体上具有多个等圆周分布的出风口,出风口为等边三角形状结构,出风口的三个内侧壁之间呈圆弧状平滑过渡。
本发明的进一步改进在于:支撑柱的上下端延伸至对应的出风板体内,环形支撑板上具有容支撑柱嵌入的U型槽。
本发明的进一步改进在于:发电机包括转子壳体以及定子壳体,定子壳体通过连接杆固定在导风框内的中心轴上,垂直风叶包括连接体与叶片体,连接体的一端通过多个螺栓固定在转子壳体的上端,且转子壳体位于连接体的外边缘的位置具有多个第一加强筋,对应的多个第一加强筋围拢形成容连接体的一端水平嵌入的矩形槽,多个螺栓呈等边三角形状分布。
本发明的进一步改进在于:叶片体包括圆弧部以及连接部,圆弧部的开口朝向发电机设置,连接部与圆弧部均垂直于连接体设置,连接部与圆弧部呈圆弧平滑过渡,连接部与圆弧部之间具有容风流入的腔体,腔体的上下端分别设有封口部,腔体内竖向均匀分布有多个加强部,加强部、封口部均与连接部、圆弧部固定连接,加强部上具有与连接部的内壁卡合的槽口。
本发明的进一步改进在于:连接部与连接体的连接处呈圆弧状平滑过渡,连接部的厚度由连接体的位置向两端的方向呈逐步递减。
本发明的进一步改进在于:光伏发电组包括固定圆盘以及环绕固定圆盘外边缘设置的多个支撑杆,多个支撑杆等圆周分布,支撑杆的上方设有光伏固定圆盘,光伏固定圆盘的两端面均嵌有光伏板,固定圆盘的上端面为反光面。
本发明的进一步改进在于:固定圆盘上端面的中心处向支撑杆的方向设有第二加强筋。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明将多个风力发电组与光伏发电组竖向集成为风光互补发电设备,在占地面积不变的情况下可实现多个风力发电组与光伏发电组的集成式安装,实现最小体积下的最大发电效率。
2、风力发电组采用垂直风叶以及在垂直风叶外部设置导流板的设计,经导流板初步导流后的风流入导风框内,吹动垂直风叶转动,从而带动转子壳体内的转子绕着定子壳体内的定子作切割磁力线运动,将机械能转换为动能;在遇到不同方向的强风时,导流板对风起到初步导流的作用,提高对垂直风叶的引风效果,其次避免不同方向的强风直接作用在垂直风叶上而影响垂直风叶的使用寿命。
3、垂直风叶特殊的结构形式,能够实现快速引风,将风引至圆弧部与连接部之间的腔体内,进而推动腔体内侧,加速垂直风叶的转动,同时封口部、加强部的设置不仅提高了垂直风叶的结构强度,同时对风向进一步实现横向导流,保证风推动垂直风叶的稳定性,从而提高垂直风叶的转动平稳性。
4、垂直风叶的连接体的一端水平卡在由多个第一加强筋围拢形成的矩形槽内,矩形槽对连接体的一端起到周向限位作用,再通过多个呈等边三角形状分布的螺栓将连接体与转子壳体进行固定,进一步提高连接体与转子壳体的连接稳固性。
5、光伏发电组设置在风力发电组的上端,有效保证接收太阳能面积,同时光伏板设置在光伏固定圆盘的两端面,上端面的光伏板可有效保证接收太阳能面积,下端面的的光伏板通过太阳光照射至固定圆盘上再折射从而吸收太阳能,这种结构设计进一步保证太阳能的吸收率,进一步提高发电效率。
附图说明:
图1为本发明一种独立式风光互补发电设备的结构示意图。
图2为本发明一种独立式风光互补发电设备的风力发电组与光伏发电组的连接示意图。
图3为本发明一种独立式风光互补发电设备的发电机与垂直风叶的连接示意图。
图4为本发明一种独立式风光互补发电设备的垂直风叶的结构示意图。
图中标号:
1-安装柱、2-风力发电组、3-光伏发电组;
21-导风框、22-发电机、23-垂直风叶、211-进风框体、212-出风板体、213-环形支撑板、214-支撑柱、215-导流板、216-间隙、217-出风口、218-U型槽;
221-转子壳体、222-定子壳体、223-螺栓、224-第一加强筋、225-矩形框、226-连接杆;
231-连接体、232-叶片体、2321-圆弧部、2322-连接部、2323-腔体、2324-封口部、2325-加强部、2326-槽口;
31-固定圆盘、32-支撑杆、33-光伏固定圆盘、34-光伏板、35-第二加强筋。
具体实施方式:
为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语指示方位或位置关系,如为基于附图所示的方位或位置关系,仅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结构或单元必须具有特定的方位,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除另有明确规定和限定,如有 “连接”“设有”“具有”等术语应作广义去理解,例如可以是固定连接,可以是拆卸式连接,或一体式连接,可以说机械连接,也可以是直接相连,可以通过中间媒介相连,对于本领域技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的基本含义。
如图1、图2示出了本发明一种独立式风光互补发电设备的一种实施方式,图1、图2仅示出单个风力发电组2,实际生产中根据用电量需求可在风力发电组2与光伏发电组3之间竖向增设风力发电组2,风光互补发电设备包括安装柱1以及上下分布在安装柱1上端的多个风力发电组2,置于最顶端的风力发电组2的上端设有光伏发电组3;
风力发电组2包括导风框21以及置于导风框21内的发电机22,发电机22的外侧设有等圆周分布的多个垂直风叶23,导风框21包括环状的进风框体211以及置于进风框体211上下端的出风板体212,进风框体211与出风板体212连接形成容发电机22以及垂直风叶23嵌入的框架结构,风经过进风框体211带动垂直风叶23转动从而使发电机22将机械能转换为电能储存并从上下端的出风板体212流出。
本发明将多个风力发电组2与光伏发电组3竖向集成为风光互补发电设备,在占地面积不变的情况下可实现多个风力发电组2与光伏发电组3的集成式安装,实现最小体积下的最大发电效率。
进一步的,进风框体211包括上下分布的两环形支撑板213,两环形支撑板213之间设有多个等圆周分布的支撑柱214,出风板体212固定置于对应的环形支撑板213的外端面,两环形支撑板213之间还设有多个偏心设置的导流板215,多个导流板215之间具有容风流动的间隙216。
进一步的,导流板215为圆弧状结构。
风力发电组2采用垂直风叶23以及在垂直风叶23外部设置导流板215的设计,经导流板215初步导流后的风流入导风框21内,吹动垂直风叶23转动,从而带动转子壳体221内的转子绕着定子壳体222内的定子作切割磁力线运动,将机械能转换为动能;在遇到不同方向的强风时,导流板215对风起到初步导流的作用,提高对垂直风叶的引风效果,其次避免不同方向的强风直接作用在垂直风叶上而影响垂直风叶的使用寿命。
关于发电机22内的转子、定子以及转子上的磁铁、定子线圈绕组为本领域技术人员公知的现有常识,通过磁铁绕着定子线圈绕组做切割磁力线运动,从而实现发电的功能,故不作赘述及附图说明。
进一步的,出风板体212上具有多个等圆周分布的出风口217,出风口217为等边三角形状结构,出风口217的三个内侧壁之间呈圆弧状平滑过渡。
如果不设置出风口217,则当风集中至导风框21内并随着垂直风叶23带动使导风框21内产生一定压力,垂直风叶23产生的旋流对导风框21外边缘的支撑柱214以及导流板215一定反推力,使导风框21发生变形或者损坏,同时也不利于导风框21外部的风继续流向导风框21内,因此设置出风口217可起到释放导风框21内压力的作用,保证垂直风叶23高效转动的同时,保证导风框21的使用寿命。
进一步的,支撑柱214的上下端延伸至对应的出风板体212内,环形支撑板213上具有容支撑柱214嵌入的U型槽218。
进一步的,发电机22包括转子壳体221以及定子壳体222,定子壳体222通过连接杆226固定在导风框21内的中心轴上,垂直风叶23包括连接体231与叶片体232,连接体231的一端通过多个螺栓223固定在转子壳体221的上端,且转子壳体221位于连接体231的外边缘的位置具有多个第一加强筋224,对应的多个第一加强筋224围拢形成容连接体231的一端水平嵌入的矩形槽225,多个螺栓223呈等边三角形状分布。
垂直风叶23的连接体231的一端水平卡在由多个第一加强筋224围拢形成的矩形槽225内,矩形槽225对连接体231的一端起到周向限位作用,再通过多个呈等边三角形状分布的螺栓223将连接体231与转子壳体221进行固定,进一步提高连接体231与转子壳体221的连接稳固性。
进一步的,叶片体232包括圆弧部2321以及连接部2322,圆弧部2321的开口朝向发电机22设置,连接部2322与圆弧部2321均垂直于连接体231设置,连接部2322与圆弧部2321呈圆弧平滑过渡,连接部2322与圆弧部2321之间具有容风流入的腔体2323,腔体2323的上下端分别设有封口部2324,腔体2323内竖向均匀分布有多个加强部2325,加强部2325、封口部2324均与连接部2322、圆弧部2321固定连接,加强部2325上具有与连接部2322的内壁卡合的槽口2326。
垂直风叶23特殊的结构形式,能够实现快速引风,将风引至圆弧部2321与连接部2322之间的腔体2323内,进而推动腔体2323内侧,加速垂直风叶23的转动,同时封口部2324、加强部2325的设置不仅提高了垂直风叶23的结构强度,同时对风向进一步实现横向导流。
本申请中,风先经过导流板215的纵向导流,再经过垂直风叶23的横向导流,保证风推动垂直风叶的稳定性,从而提高垂直风叶的转动平稳性。
进一步的,连接部2322与连接体231的连接处呈圆弧状平滑过渡,连接部2322的厚度由连接体231的位置向两端的方向呈逐步递减。保证连接部2322的与连接套231之间的连接强度。
进一步的,光伏发电组3包括固定圆盘31以及环绕固定圆盘31外边缘设置的多个支撑杆32,多个支撑杆32等圆周分布,支撑杆32的上方设有光伏固定圆盘33,光伏固定圆盘33的两端面均嵌有光伏板34,固定圆盘31的上端面为反光面。
光伏发电组3设置在风力发电组2的上端,有效保证接收太阳能面积,同时光伏板34设置在光伏固定圆盘33的两端面,上端面的光伏板34可有效保证接收太阳能面积,下端面的的光伏板34通过太阳光照射至固定圆盘31上再折射从而吸收太阳能,这种结构设计进一步保证太阳能的吸收率,进一步提高发电效率。
进一步的,固定圆盘31上端面的中心处向支撑杆32的方向设有第二加强筋35,第二加强筋35对固定圆盘31起到提高结构强度的作用。
本发明中未全部公开的内容为本领域技术人员公知的现有常识,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:包括安装柱(1)以及上下分布在安装柱(1)上端的多个风力发电组(2),置于最顶端的风力发电组(2)的上端设有光伏发电组(3);
所述风力发电组(2)包括导风框(21)以及置于导风框(21)内的发电机(22),所述发电机(22)的外侧设有等圆周分布的多个垂直风叶(23),所述导风框(21)包括环状的进风框体(211)以及置于进风框体(211)上下端的出风板体(212),所述进风框体(211)与出风板体(212)连接形成容发电机(22)以及垂直风叶(23)嵌入的框架结构,风经过进风框体(211)带动垂直风叶(23)转动从而使发电机(22)将机械能转换为电能储存并从上下端的出风板体(212)流出。
2.根据权利要求1所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述进风框体(211)包括上下分布的两环形支撑板(213),所述两环形支撑板(213)之间设有多个等圆周分布的支撑柱(214),所述出风板体(212)固定置于对应的环形支撑板(213)的外端面,所述两环形支撑板(213)之间还设有多个偏心设置的导流板(215),所述多个导流板(215)之间具有容风流动的间隙(216)。
3.根据权利要求2所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述导流板(215)为圆弧状结构。
4.根据权利要求3所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述出风板体(212)上具有多个等圆周分布的出风口(217),所述出风口(217)为等边三角形状结构,所述出风口(217)的三个内侧壁之间呈圆弧状平滑过渡。
5.根据权利要求4所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述支撑柱(214)的上下端延伸至对应的出风板体(212)内,所述环形支撑板(213)上具有容支撑柱(214)嵌入的U型槽(218)。
6.根据权利要求5所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述发电机(22)包括转子壳体(221)以及定子壳体(222),所述定子壳体(222)通过连接杆(226)固定在导风框(21)内的中心轴上,所述垂直风叶(23)包括连接体(231)与叶片体(232),所述连接体(231)的一端通过多个螺栓(223)固定在转子壳体(221)的上端,且转子壳体(221)位于连接体(231)的外边缘的位置具有多个第一加强筋(224),对应的所述多个第一加强筋(224)围拢形成容连接体(231)的一端水平嵌入的矩形槽(225),所述多个螺栓(223)呈等边三角形状分布。
7.根据权利要求6所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述叶片体(232)包括圆弧部(2321)以及连接部(2322),所述圆弧部(2321)的开口朝向发电机(22)设置,所述连接部(2322)与圆弧部(2321)均垂直于连接体(231)设置,所述连接部(2322)与圆弧部(2321)呈圆弧平滑过渡,所述连接部(2322)与圆弧部(2321)之间具有容风流入的腔体(2323),所述腔体(2323)的上下端分别设有封口部(2324),所述腔体(2323)内竖向均匀分布有多个加强部(2325),所述加强部(2325)、封口部(2324)均与连接部(2322)、圆弧部(2321)固定连接,所述加强部(2325)上具有与连接部(2322)的内壁卡合的槽口(2326)。
8.根据权利要求7所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述连接部(2322)与连接体(231)的连接处呈圆弧状平滑过渡,所述连接部(2322)的厚度由连接体(231)的位置向两端的方向呈逐步递减。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述光伏发电组(3)包括固定圆盘(31)以及环绕固定圆盘(31)外边缘设置的多个支撑杆(32),所述多个支撑杆(32)等圆周分布,所述支撑杆(32)的上方设有光伏固定圆盘(33),所述光伏固定圆盘(33)的两端面均嵌有光伏板(34),所述固定圆盘(31)的上端面为反光面。
10.根据权利要求9所述一种独立式风光互补发电设备,其特征在于:所述固定圆盘(31)上端面的中心处向支撑杆(32)的方向设有第二加强筋(35)。
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