CN112054588B - 一种风光互补发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风光互补发电系统，包括风力发电系统、太阳能发电系统和雨水收集系统。风力发电系统用于将机械能转化为电能，并将电能储存在蓄电池；太阳能发电系统用于将太阳辐射能通过光电效应转换为电能，并将电能储存在蓄电池中；当下雨时，雨水收集系统将落在系统的雨水进行收集。本发电系统包括风能发电、太阳能发电和雨水收集功能的组合，系统结构简单，发电绿色环保安全，发电经济效益高，建在高层建筑物顶部，几何形状取决于建筑结构轮廓，既可以为建筑物提供绿色能源，又不会造成负面视觉影响，还能消除对鸟击问题的担忧，提高安全性并减少振动。该系统亦可用于低风速和高风速的市区和偏远地区，实用性强。

Description

一种风光互补发电系统

技术领域

本发明涉及能源收集设备技术领域，特别是涉及一种风光互补发电系统。

背景技术

随着社会经济的发展，利用清洁能源发电已经成为热点。目前，世界各国所用的燃料几乎都是化石燃料。然而化石燃料蕴藏量有限、能源消耗大，正面临着枯竭的危险。而且化石燃料燃烧时产生的各种气体与固体废物会导致温室效应加剧和酸雨，改变全球的气候，生态平衡失衡。因此，研究设计以绿色可再生能源为主动力的发电系统具有重大的意义，可以促进能源的绿色和可持续利用，克服化石燃料的有限性。

水力发电要淹没大量土地，有可能导致生态环境遭到破坏，而且水资源也是有限的，还会受到季节的影响。核电在正常情况下是干净的，但是万一发生核泄漏事故，后果是不堪设想的。风能和太阳能是潜在的免费、清洁和取之不尽用之不竭的能源。利用太阳能和风能发电不需要使用水，与利用水力、生物质能和核能等其他能源发电相比，它们不会引起环境问题。

目前，太阳能发电技术种类繁多，现有太阳能发电装置主要是由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备组成，由于结构简单、易安装建设、清洁安全等优点而被广泛应用。太阳能发电装置根据光生伏特效应原理，利用太阳能光伏电池把太阳辐射能直接转变成电能，在白天阳光充足的条件下，发电效率较高，但在夜间或阴天无光的条件下，太阳能系统基本不发电，无法实现全天候发电。另一方面，风电技术日趋成熟，已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性也日益提高；其原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。但是，现有的风力发电装置仅适用于高风速地区，对于低风速地区无法推广使用，有待改善。

如果将风电技术和太阳能发电技术进行结合，夜间和阴天无阳光时利用风能发电，晴天利用太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，既可实现全天候的发电功能，同时比单用风力、太阳能发电更经济科学。因此，如何提供一种风光互补发电系统，同时改善现有风力发电装置无法在低风速地区适用的情况，是本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风光互补发电系统，以解决上述现有技术存在的问题，夜间和阴天无阳光时利用风能发电，晴天利用太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，不仅实现了全天候的发电功能，比单用风力、太阳能发电更经济科学。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种风光互补发电系统，主要包括：

蓄电池，所述蓄电池用于存储电能；

风力发电系统，所述风力发电系统包括风力机、动力涡轮导叶以及发电机，所述风力机位于装置的中间，被所述动力涡轮导叶包围，所述风力机的中心驱动轴连接所述发电机；所述发电机用于将机械能转化为电能，并通过所述蓄电池将电能储存起来；

太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装于所述风力发电系统的顶部；所述太阳能电池板用于将太阳辐射能通过光电效应转换为电能，并通过所述蓄电池将电能储存起来；

雨水收集系统，所述雨水收集系统用于将落在系统上的雨水进行收集。

可选的，所述动力涡轮导叶包括上壁导板、下壁导板和导向叶片；所述上壁导板和/或所述下壁导板为锥形板，所述上壁导板和所述下壁导板上下相对且均开口朝外设置，所述上壁导板和所述下壁导板通过若干所述导向叶片连接，若干所述导向叶片按圆周阵列排布。

可选的，所述太阳能电池板安装于所述上壁导板的顶面；且所述太阳能电池板倾斜设置。

可选的，所述雨水收集系统包括雨水过滤器、雨水通道、储水箱和控制开关；所述雨水通道位于所述太阳能电池板的下方，并贯穿所述太阳能电池板设置；所述雨水通道的顶部连接所述雨水过滤器，底部连接所述储水箱；所述控制开关安装于所述储水箱，用于控制所述储水箱内雨水的排放。

可选的，所述风力机为垂直轴风力机；所述动力涡轮导叶为固定式导叶机构或可调式导叶机构。

可选的，所述太阳能电池板为太阳能光伏或太阳能热电池板。

可选的，所述太阳能电池板的底部通过万向节结构安装；所述太阳能发电系统还包括智能控制器，所述智能控制器能够通过检测光照方向和/或光照强度，自动控制所述太阳能电池板进行万向枢转。

可选的，系统还包括网罩，所述网罩套设于系统的最外侧，用于防止异物撞击风力机。

可选的，以所述风力机和所述动力涡轮导叶为一个结构单元，多个所述结构单元能够垂直堆叠设置。

可选的，系统用于建在建筑物或结构的顶部，且配置有安装锁定装置。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的风光互补发电系统，当风作用在动力涡轮导叶上时，风力机旋转产生持续的机械能，通过发电机将机械能转化为电能，将电能储存在蓄电池；当太阳光照射在太阳能电池板时，太阳能电池板将太阳辐射能通过光电效应转换为电能，将电能储存在蓄电池中；当下雨时，雨水收集系统用于将落在系统上的雨水进行收集，收集的雨水可用来冲洗厕所、浇洒路面、浇灌花草等。本发电系统包括风能发电、太阳能发电和雨水收集功能的组合，系统结构简单，发电绿色环保安全，发电经济效益高，建在高层建筑物顶部，几何形状取决于建筑结构轮廓，既可以为建筑物提供绿色能源，又不会造成负面视觉影响，网罩设置还能消除对鸟击问题的担忧，提高了系统安全性并减少振动。该系统可用于低风速和高风速的市区和偏远地区，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有雨水收集功能的风光互补发电系统的立体透视图；

图2为本发明具有雨水收集功能的风光互补发电系统的侧面剖视图；

其中，附图标记为：动力涡轮导叶1，风力机2，导向叶片3，雨水过滤器4，上壁导板5，下壁导板6，太阳能电池板7，智能控制器8，雨水通道9，发电机10，蓄电池11，储水箱12，网罩13，控制开关14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种风光互补发电系统，夜间和阴天无阳光时利用风能发电，晴天利用太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，不仅实现了全天候的发电功能，比单用风力、太阳能发电更经济科学。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-2所示，本实施例提供一种具有雨水收集功能的风光互补发电系统，专为城市高层应用而设计，包括风力发电系统、太阳能发电系统和雨水收集系统。其中：

风力发电系统包括风力机2、动力涡轮导叶1以及发电机10，风力机2位于系统的中间，被动力涡轮导叶1包围，风力机2的中心驱动轴可直接连接至发电机10，发电机10能够将导叶的机械能转换为电能并存储在蓄电池11中，该发电原理为本领域公知，在此不再赘述。具体的，动力涡轮导叶1包括上壁导板5、下壁导板6和若干导向叶片3，上壁导板5和下壁导板6均为锥形板结构，二者相对且开口均朝外设置，上壁导板5和下壁导板6之间通过若干导向叶片3进行连接形成转子结构，该转子结构中每相邻两导向叶片3之间均形成喇叭口状，有聚风增速的作用，可提高发电效率，能够适用于低风速地区。

太阳能发电系统包括太阳能电池板7和智能控制器8，太阳能电池板用于将太阳辐射能通过光电效应转换为电能，并通过蓄电池11将电能储存起来，该发电原理为本领域公知，在此不再赘述。具体的，太阳能电池板7通过万向节结构安装在上壁导板5的外表面，智能控制器8能够通过检测光照方向和光照强度，自动控制太阳能电池板7进行万向枢转，实现“趋光”特性，以确保落在太阳能电池板7上的光照面积和光照强度始终是最大的，有利于提高光能利用率，进而提高发电效率。其中，太阳能电池板7与蓄电池之间采用现有电连接方式进行连接，用于电能的输送。并且，智能控制器8的“趋光”原理采用现有技术，比如：将特性完全相同的两个光敏电阻分别安装在太阳能电池板7的东、西方向上，并置于电池板侧面。当太阳光垂直照射在电池板的东西方向时，两个光敏电阻的阻值完全相同，此时智能控制器8不动作；当太阳光和电池板有一定夹角时，智能控制器8将控制电机带动太阳能电池板7枢转，直到太阳能电池板7重新对准太阳光为止。且该系统可实现如下功能：

1.常态(好天气情况)下对日跟踪；

2.间歇式跟踪：如一天当中有一段时间为多云或阴天或恶劣天气时，智能控制器会使系统处于暂停状态。待光线和跟踪条件适宜时，智能控制器会有一个快速跟踪指令，使太阳能电池板大致对准太阳。之后，程序会进行另一组信号采集处理，完成精细跟踪；

3.自动回位：日落后，系统会自动进入休眠状态，并自动回归到太阳升起的方位；第二天再自动进入新一轮的运转调节；

4.恶劣天气状态的保护：当环境风速或降水等因素不适宜系统工作时，智能控制器会使太阳能电池板与地平面成平行状态或垂直状态，以避免系统遭到破坏。

雨水收集系统包括雨水过滤器4、雨水通道9、储水箱12和控制开关14，雨水通道9竖直设置，位于太阳能电池板7的下方，且贯穿太阳能电池板7设置，雨水过滤器4安装在雨水通道9的顶部，用于防止异物，比如石子、树叶等，流入雨水通道9而导致通道阻塞；储水箱12连接在雨水通道9的底部，雨水通过雨水过滤器4后流经系统中间的雨水通道9可以储存在储水箱12中，再通过控制开关14可将雨水经过管道输送，可用来冲洗厕所、浇洒路面、浇灌花草等。其中，控制开关14优选为现有的电控阀门结构；雨水过滤器4可优选为现有的过滤网结构。

本实施例中，整个发电系统的几何形状取决于建筑结构轮廓，可以为如图1所示的圆柱形状或任何设计形状。

本实施例中，风力机2可以采用任何现有的垂直轴风力机设计或其组合的形状，优选H型垂直轴风力机。

本实施例中，动力涡轮导叶1可设计为固定的或可调的，由具有恒定或厚度尺寸变化或形状变化的导向叶片3组成。于本实施例中，若干导向叶片3按圆周阵列分布，个数优选8-10个，与上壁导板5和下壁导板6形成喇叭口状，有聚风增速的作用，可提高发电效率。

本实施例中，太阳能电池板7可优选为太阳能光伏或太阳能热电池板。同时，如图1所示，太阳能电池板7可倾斜设置，便于将雨水引向至雨水通道9。

本实施例中，系统还设置了网罩13，网罩13安装在动力涡轮导叶1的最外侧，以防止异物撞击风力机2，如果出现叶片故障则叶片无法飞起而不会造成周围人员受伤，还能降低系统的噪声水平。

本实施例中，以风力机2和动力涡轮导叶1为一个结构单元，那么该结构单元是可以多层堆叠的，可大大提高风力发电效率，方法是将各上述结构单元垂直堆叠在建筑物或结构的顶层或上层之间。

本实施例中，发电系统优选建在建筑物顶部，便于安装和维护，可以安装相关锁定装置以降低系统被破坏的风险。

本实施例中，蓄电池11呈阵列分布有多块，可根据系统所需储电容量来调节蓄电池的具体设置数量。

使用时，当太阳光照射在系统上部的太阳能电池板7时，太阳能电池板7将太阳辐射能通过光电效应转换为电能，将电能储存在蓄电池11中。采用太阳能发电绿色环保安全，可降低成本，提高发电效率。

使用时，当不断变化的风作用在动力涡轮导叶1上时，风力机2旋转产生持续的机械能，通过与风力机连接的发电机10将机械能转化为电能，然后通过蓄电池11将电能储存起来。采用风力发电发电机结构简单，发电经济效益高。在既有太阳又有风时太阳能发电系统和风力发电系统同时作用，比单用风力、太阳能发电更经济科学，实现了较高的能源利用率。

使用时，当雨水落在系统上时，雨水通过雨水过滤器4排除异物后流经系统中间的雨水通道9可以储存在底部的储水箱12中，再通过控制开关14可将雨水经过管道输送，可用来冲洗厕所、浇洒路面、浇灌花草。

由此可见，本发电系统包括风能发电、太阳能发电和雨水收集功能的组合，系统结构简单，发电绿色环保安全，发电经济效益高，建在高层建筑物顶部，几何形状取决于建筑结构轮廓，既可以为建筑物提供绿色能源，又不会造成负面视觉影响，网罩设置还能消除对鸟击问题的担忧，提高了系统安全性并减少振动。该系统可用于低风速和高风速的市区和偏远地区，实用性强。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种风光互补发电系统，其特征在于，包括：

蓄电池，所述蓄电池用于存储电能；

风力发电系统，所述风力发电系统包括风力机、动力涡轮导叶以及发电机，所述风力机位于装置的中间，被所述动力涡轮导叶包围，所述风力机的中心驱动轴连接所述发电机；所述发电机用于将机械能转化为电能，并通过所述蓄电池将电能储存起来；所述动力涡轮导叶包括上壁导板、下壁导板和导向叶片，所述上壁导板和/或所述下壁导板为锥形板，所述上壁导板和所述下壁导板上下相对且均开口朝外设置，所述上壁导板和所述下壁导板通过若干所述导向叶片连接，若干所述导向叶片按圆周阵列排布；

太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装于所述上壁导板的顶面，且所述太阳能电池板倾斜设置；所述太阳能电池板用于将太阳辐射能通过光电效应转换为电能，并通过所述蓄电池将电能储存起来；

雨水收集系统，所述雨水收集系统用于将落在系统上的雨水进行收集；

以所述风力机和所述动力涡轮导叶为一个结构单元，多个所述结构单元能够垂直堆叠设置。

2.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于，所述雨水收集系统包括雨水过滤器、雨水通道、储水箱和控制开关；所述雨水通道位于所述太阳能电池板的下方；所述雨水通道的顶部连接所述雨水过滤器，底部连接所述储水箱；所述控制开关安装于所述储水箱，用于控制所述储水箱内雨水的排放。

3.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于，所述风力机为垂直轴风力机；所述动力涡轮导叶为固定式导叶机构或可调式导叶机构。

4.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于，所述太阳能电池板为太阳能光伏或太阳能热电池板。

5.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于，所述太阳能电池板的底部通过万向节结构安装；所述太阳能发电系统还包括智能控制器，所述智能控制器能够通过检测光照方向和/或光照强度，自动控制所述太阳能电池板进行万向枢转。

6.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于，系统还包括网罩，所述网罩套设于系统的最外侧，用于防止异物撞击风力机。

7.根据权利要求1所述的风光互补发电系统，其特征在于，系统用于建在建筑物或结构的顶部，且配置有安装锁定装置。

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