CN118129097A - 一种风光互补城市照明路灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及照明路灯技术领域，特别是涉及一种风光互补城市照明路灯，包括蓄电池、太阳能发电模块、风力发电模块、照明模块、智能控制器和支撑结构；所述风力发电模块包括风力涡轮导叶，所述风力涡轮导叶包括上壁导板、下壁导板和叶片；所述叶片采用下底边呈内凹弧形的直角梯形曲面板，或采用下底边呈内凹弧形的直角梯形直面板；每个叶片的斜腰边连接上壁导板，且直腰边连接下壁导板；上壁导板与下壁导板之间等间距排列多个叶片；本发明提供的风光互补城市照明路灯，采用新型的叶片来收集城市中的风能并转换为电能存储在蓄电池中。
Description
技术领域
本发明涉及照明路灯技术领域，特别是涉及一种风光互补城市照明路灯。
背景技术
节能减排和充分利用可再生能源已成为全球性的发展趋势，特别是风能和太阳能作为清洁、取之不尽、用之不竭的可再生资源，受到了广泛关注。在城市环境中，可再生能源的就地提取成为降低对传统化石燃料依赖的重要途径。
目前基于可再生能源设计的城市照明路灯大多只采用太阳能发电，但是由于房屋遮挡、阴雨天气等的影响，单纯的太阳能发电并不能完全满足照明需求，为此可考虑多可再生能源结合设计城市照明路灯。当前大多考虑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。
风力发电的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。风力发电机组的叶片是将风能转化为机械能的关键部分，其设计与优化直接影响发电效率和经济性。叶片的形状和尺寸需要合理设计。一般来说，长而窄的叶片可以提供更高的扭矩和转速，但也会增加风力损耗；短而宽的叶片则可以提供更大的叶片面积，从而获得更多的风能，但也会增加轮毂和塔架的重量。此外用于城市照明路灯的风力发电装置不宜过大，否则会产生高成本、不易安装、安全性低、影响美观度等问题；因此如何提供一种风光互补城市照明路灯，将太阳能与风能有效结合，同时最小化大型风力发电机的长叶片引起的电磁干扰问题和噪声水平，是本发明亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种风光互补城市照明路灯，集成小型垂直轴风力机和太阳能电池板进行就地独立发电，可实现全天候的发电功能。将风光互补发电和节能照明功能结合在一起，更科学经济。
具体方案包括蓄电池、太阳能发电模块、风力发电模块、照明模块、智能控制器和支撑结构，其中：
所述风力发电模块包括风力涡轮导叶、风力发电机、发电机存储筒、短立柱、横撑、轮毂和轴承；所述发电机存储筒位于风力涡轮导叶下方，且发电机存储筒内部放置风力发电机；短立柱通过轴承连接在轮毂内部，轮毂与风力涡轮导叶通过横撑连接；
所述太阳能发电模块包括太阳能电池板和顶板；太阳能电池板位于顶板上方；顶板与短立柱连接，并位于风力涡轮导叶上方；
所述支撑结构包括支撑杆、底板和存放台；存放台固定在发电机存储筒下方，且存放台位于支撑杆上方；支撑杆与底板固定连接；
所述照明模块包括LED灯、灯杆和灯罩；灯杆的两端分别与支撑杆、灯罩连接，LED灯位于灯罩下方；
蓄电池位于存放台内部，用于存储风力发电机和太阳能电池板产生的电能；
智能控制器位于存放台内，用于控制太阳能电池板的向阳角度，以及LED灯的照明时间。
进一步的，所述风力涡轮导叶包括上壁导板、下壁导板和叶片；所述叶片采用下底边呈内凹弧形的直角梯形曲面板，或采用下底边呈内凹弧形的直角梯形直面板；每个叶片的斜腰边连接上壁导板，且直腰边连接下壁导板；上壁导板与下壁导板之间等间距排列多个叶片。
进一步的，所述直角梯形曲面板为等厚度直角梯形曲面板，或为由上底边向下底边逐渐变厚的变厚度直角梯形曲面板。
进一步的，所述直角梯形直面板为等厚度直角梯形直面板，或为由上底边向下底边逐渐变厚的变厚度直角梯形直面板。
进一步的，所述下壁导板为圆环直面板，或为扇形直面板。
进一步的，所述上壁导板为扇形曲面板，所述扇形曲面板与水平面间形成20°的夹角。
进一步的，叶片数量为3-6个。
进一步的，太阳能电池板通过万向节结构安装在顶板上方。
进一步的，可布置多个照明模块以获得最佳的照射角度。
本发明的有益效果：
本发明提供的风光互补城市照明路灯，其中设计了一种新型的叶片，其采用下底边呈内凹弧形的直角梯形面板；凹弧形叶片设计有助于提高风能的捕捉效率；叶片的凹弧形使得风能更有效地转化为机械能，从而提高了发电机的效率。直角梯形曲面板的设计可以减少叶片与风的阻力，使得风能转换的效率更高；这种设计有助于降低发电机运行时的风速要求，从而提高了系统的稳定性。该设计能够在不同风向和风速下保持较好的稳定性，使得风力发电机在多种气候条件下都能正常运行；适用于各种尺寸和类型的垂直轴风力发电机，因此具有广泛的应用前景。
本发明所提结构采用新型的叶片来收集城市中的风能并转换为电能存储在蓄电池中；并采用太阳能电池板将太阳辐射能转换为电能储存在蓄电池中。本城市照明路灯集风能发电、太阳能发电和照明功能于一体，设计紧凑，结构简单，其发电过程绿色环保、安全可靠，且经济效益高，不仅为城市照明提供了绿色能源，而且设计考虑了城市美学不会对城市景观造成负面视觉影响，具有极高的实用价值。可消除传统路灯系统的问题，如沟槽布线和沟槽后的景观更换。虽然本发明集中在应用风能和太阳能为室外照明提供电源，但该系统也可用于其他应用，例如为远程数据收集设备、洪水监测系统或为遇险徒步者提供应急信标提供电源。
附图说明
图1为本发明风光互补城市照明路灯的立体结构图；
图2为本发明风光互补城市照明路灯的剖视图；
图3为本发明风力涡轮导叶结构图；
图4为本发明变厚度直角梯形直面板和等厚度直角梯形直面板示意图；
图5为本发明变厚度直角梯形曲面板和等厚度直角梯形曲面板示意图；
图6为本发明风力涡轮导叶的相关连接结构示意图；
图7为直角梯形示意图；
其中，1-太阳能电池板，2-顶板，3-风力涡轮导叶，4-风力发电机，5-发电机存储筒，6-短立柱，7-横撑，8-蓄电池，9-支撑杆，10-底板，11-存放台，12-LED灯，13-灯杆，14-灯罩，15-智能控制器，17-轮毂，301-上壁导板，302-下壁导板，303-叶片。
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。
本发明提供了一种风光互补城市照明路灯，包括：蓄电池、太阳能发电模块、风力发电模块、照明模块、智能控制器和支撑结构。
优选地，如图1、图2所示，所述风力发电模块包括风力涡轮导叶3、风力发电机4、发电机存储筒5、短立柱6、横撑7、轴承、轮毂17；所述发电机存储筒5位于风力涡轮导叶3下方，且发电机存储筒5内部放置风力发电机4；短立柱6位于风力发电模块中间，被轮毂17包围，通过两个轴承与轮毂17连接；轮毂17与风力涡轮导叶3通过横撑7连接，如图6所示；风力涡轮导叶3、横撑7和轮毂17一起旋转。其中，轮毂17通过齿轮将机械能传递给风力发电机4，风力发电机4和蓄电池8通过电线连接，风力发电机4能够将风力涡轮导叶3的机械能转换为电能并存储在蓄电池8中，该发电原理为本领域公知，在此不再赘述。
具体地，如图6所示，轮毂17上下横截面都有3个横撑7。
具体地，如图3所示，所述风力涡轮导叶3包括上壁导板301、下壁导板302和叶片303；所述叶片303采用下底边呈内凹弧形的直角梯形曲面板，或采用下底边呈内凹弧形的直角梯形直面板；将叶片303的斜腰边连接上壁导板301，且其直腰边连接下壁导板302。上壁导板301与下壁导板303共同构成风流在与叶片303相互作用前的通道，有聚风增速的作用，可提高发电效率，也进一步降低大型风力机的长叶片引起的电磁干扰和噪声问题。
具体地，所述直角梯形曲面板为等厚度直角梯形曲面板，或为由上底边向下底边逐渐变厚的变厚度直角梯形曲面板，如图4所示。
具体地，所述直角梯形直面板为等厚度直角梯形直面板，或为由上底边向下底边逐渐变厚的变厚度直角梯形直面板，如图5所示。
具体地，如图3所示，所述下壁导板302为圆环直面板，或为扇形直面板；当下壁导板302为圆环直面板时，一个叶片303的斜腰边连接在一个上壁导板301的侧边形成一个单元，采用3-6个单元均匀组装在圆环直面板上形成风力涡轮导叶；当下壁导板302为扇形直面板时，一个叶片303的斜腰边连接一个上壁导板301，且其直腰边连接一个下壁导板302形成一个结构单元；本发明优选3-6个结构单元组成风力涡轮导叶3。
所述上壁导板为扇形曲面板，所述扇形曲面板与水平面间形成20°的夹角。
为更好地描述本发明提供的呈直角梯形状的叶片，给出如图7所示的一种直角梯形示意图，其中AB边即为本发明所说的斜腰边，AD边即为上底边，BC边即为下底边，DC边即为直腰边。
具体地，叶片303可以由透明、半透明的材料制成，起到光板的作用。如图为由透明材料制作的3个叶片，与上壁导板、下壁导板构成的风力涡轮导叶结构，其中图3下方给出叶片分别为曲面板、直面板时与上壁导板连接后，上壁导板的俯视图。
具体地，风力发电机4为垂直轴风力机。
优选地，如图1、图2所示，所述太阳能发电模块包括太阳能电池板1和顶板2；太阳能电池板1通过万向节结构安装在顶板2上方；顶板2与短立柱6连接，并位于风力涡轮导叶3上方。
具体地，太阳能电池板1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8将电能储存起来，该发电原理为本领域公知，在此不再赘述。太阳能电池板1与蓄电池8之间采用现有电连接方式进行连接，用于电能的输送。
具体地，太阳能电池板1可优选为太阳能光伏板或太阳能热电池板。同时，如图1所示，太阳能电池板1可倾斜设置，与顶板2间设置一定倾斜角度，便于充分利用光照。
优选地，所述支撑结构包括支撑杆9、底板10和存放台11；存放台11固定在发电机存储筒5下方，且存放台11位于支撑杆9上方；支撑杆9与底板10固定连接。
优选地，所述照明模块包括LED灯12、灯杆13和灯罩14；灯杆13的两端分别与支撑杆9、灯罩14连接，LED灯12位于灯罩14下方；本发明优选两套照明模块分别固定在支撑杆9两侧，如图1所示。
优选地，蓄电池8位于存放台11内部，用于存储风力发电机4和太阳能电池板1产生的电能。
优选地，智能控制器15位于存放台11内，用于控制太阳能电池板1的向阳角度，以及LED灯12的照明时间。
具体地，智能控制器15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1进行万向枢转，实现“趋光”特性，以确保落在太阳能电池板1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。
本发明风光互补城市照明路灯优选建在公园、街道或校园，便于安装和维护，可以安装相关锁定装置以降低路灯被破坏的风险。
使用时，当太阳光照射在顶板2上方的太阳能电池板1时，太阳能电池板1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8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风力涡轮导叶3上时，与其连接的风力发电机4将旋转产生的机械能转化为电能，然后通过蓄电池8将电能储存起来。采用风力发电机结构简单，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，通过设置智能控制器15，当夜间需要照明时，LED灯会自动亮起。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，包括：蓄电池、太阳能发电模块、风力发电模块、照明模块、智能控制器和支撑结构，其中：
所述风力发电模块包括风力涡轮导叶、风力发电机、发电机存储筒、短立柱、横撑、轮毂和轴承；所述发电机存储筒位于风力涡轮导叶下方，且发电机存储筒内部放置风力发电机；短立柱通过轴承连接在轮毂内部，轮毂与风力涡轮导叶通过横撑连接；
所述太阳能发电模块包括太阳能电池板和顶板；太阳能电池板位于顶板上方；顶板与短立柱连接，并位于风力涡轮导叶上方；
所述支撑结构包括支撑杆、底板和存放台；存放台固定在发电机存储筒下方，且存放台位于支撑杆上方；支撑杆与底板固定连接；
所述照明模块包括LED灯、灯杆和灯罩；灯杆的两端分别与支撑杆、灯罩连接，LED灯位于灯罩下方；
蓄电池位于存放台内部，用于存储风力发电机和太阳能电池板产生的电能；
智能控制器位于存放台内，用于控制太阳能电池板的向阳角度，以及LED灯的照明时间。
2.根据权利要求1所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，所述风力涡轮导叶包括上壁导板、下壁导板和叶片；所述叶片采用下底边呈内凹弧形的直角梯形曲面板，或采用下底边呈内凹弧形的直角梯形直面板；每个叶片的斜腰边连接上壁导板，且直腰边连接下壁导板。
3.根据权利要求2所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，所述直角梯形曲面板为等厚度直角梯形曲面板，或为由上底边向下底边逐渐变厚的变厚度直角梯形曲面板。
4.根据权利要求2所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，所述直角梯形直面板为等厚度直角梯形直面板，或为由上底边向下底边逐渐变厚的变厚度直角梯形直面板。
5.根据权利要求2所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，所述下壁导板为圆环直面板，或为扇形直面板。
6.根据权利要求2所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，所述上壁导板为扇形曲面板，所述扇形曲面板与水平面间形成20°的夹角。
7.根据权利要求2所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，叶片数量为3-6个。
8.根据权利要求1所述的一种风光互补城市照明路灯，其特征在于，太阳能电池板通过万向节结构安装在顶板上方。
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