CN205142077U - 一种垂直轴风光互补智能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种垂直轴风光互补智能发电系统。本实用新型由垂直轴风力发电机、光伏组件把风能和太阳能转变为电能，再通过逆变器及控制器一体机把电能储存于蓄电池当中，当负荷需要用电时，由逆变器及控制器一体机把蓄电池的电压转变为负荷所需电压为负荷供电。本实用新型自主形成一个独立发电系统，可以为偏远的边防哨所、南海岛礁、贫困山区提供清洁能源用电，解决其用电难的问题，可以为传统市电路灯的节能改造、汽车充电桩提供清洁电源。由于本实用新型是利用可再生能源发电，不需要使用煤炭、燃气等燃料，节省了自然资源的开采和市电的使用，具有很好的节能减排社会效应和经济效益。

Description

一种垂直轴风光互补智能发电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种垂直轴风光互补智能发电系统。

背景技术

风光互补发电系统，主要由风力发电机和光伏组件及一些相应的配件构筑而成，它由风力发电机、光伏组件把风能和太阳能转变为电能储存于蓄电池当中供负荷使用。目前市场上出现的风光互补发电系统，主要为水平轴风力发电机和小功率的光伏组件所构成，而水平轴风力发电机由于其旋转空间大、噪音高、启动风速要求高、发电效率低等缺陷，限制了其在人口密集、风力资源缺乏、空间狭小的城镇区域中的发展。所以水平轴风力发电机和小功率的光伏组件所构成的风光互补发电系统由于系统的装机容量很小，所产生的电能很少，只能为单盏路灯供电，用途单一，影响了风光互补发电系统产品的市场发展。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型通过提供一组改进型的垂直轴风力发电机组和大功率的光伏组件构成一种智能型的垂直轴风光互补发电系统，使目前市场上单用途、小功率的风光互补发电系统转变为多用途、大功率的智能型风光互补发电系统，以适应市场的发展需求。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种垂直轴风光互补智能发电系统，包括一根支柱，垂直轴风力发电机组、光伏组件、一个逆变器控制器一体机、一组蓄电池和负荷，其特征在于：光伏组件粘贴在支柱上或者是顶端挂扣在钢环上，下端由一根固定杠杆或者伸缩杠杆支撑，杠杆一端焊接在支柱上，另一端焊接或者铰接在光伏组件上。其中所述的垂直轴风力发电机是指风轮的旋转轴垂直于地面或者是垂直于气流方向的风力发电机，包括有升力型和阻力型两类，风力发电机把风能转换成的电能储存于蓄电池当中供负荷使用。其中所述的光伏组件是指将若干单体电池串、并联连接和严密封装成的组件，组件类型包括了单晶硅、多晶硅、非晶硅三大类型，光伏组件沿着支柱或者装饰柱360度排列；数量为单、双数的N倍，形状为正方形、长方形、梯形、三角形和梯形的组合、半圆形和梯形的组合，光伏组件把光能转换成的电能储存于蓄电池当中供负荷使用。其中所述杠杆当为伸缩杠杆时，这伸缩杠杆有一个外套筒和N个活动内套筒，套筒上下两端各有一个扣孔，套筒两内侧各有一条凹槽，两个套筒之间用插销进行连接。插销当套筒拉伸和收缩时，将沿着套筒内侧的凹槽上下移动，其两侧各有一个插销头，插销头之间用弹簧焊接，各内套筒插销的插销头长度为其外套筒直径或者长度的五分之二，弹簧的伸张长度为外套筒直径或者长度的五分之二。

附图说明

图1为俯视图：符号10为光伏组件，符号20为风轮，符号30为盘式发电机，符号40为支柱，符号50为钢环；图2为主视图：符号60为支撑杠杆；图3为伸缩支撑杆的拉伸侧视图；符号61为外套筒，符号62、符号63为内套筒，符号64为凹槽，符号65为扣孔；图4为伸缩支撑杆的拉伸俯视图：符号69，符号70，符号71为插销；图5：为伸缩支撑杆的收缩俯视图；图6为插销俯视图：符号66为插销头，符号67为弹簧；图7为风力发电机组装结构图：符号1为主轴，符号2为升力叶片，符号3为连杆，符号4为轮毂，符号5为发电装置，符号6为调速装置，符号7连接轴；图8为风力发电机组俯视图；图9为调速装置球铰接头的结构图；图10为永磁发电机的结构图：符号1为顶盘，符号2为电枢盘，符号3为圆钢盘，符号4为磁极，符号5为机壳，符号6为底盘，符号7为主轴；图11为线圈及其固定骨架图：符号1为线圈固定骨架，符号2为线圈。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合附图对本实用新型做进一步描述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如参考图1所示：符号20是本实用新型涉及的垂直轴风力发电机，它可以采用专利产品，一种风轮叶片可调速的垂直轴风力发电机，专利号：ZL201220211943.5。这是一种改进型垂直轴风力发电机，它通过改变叶片攻角来改善风轮的运行性能，适应风速的变化、调节风速与风力发电机负荷间的关系。这样解决了目前垂直轴风力发电机叶片失速的问题，使风力发电机能在较宽的风速范围内工作，在高风速段依然能保持功率的平稳输出。极大地提高了风力发电机的整体发电效率。如参考图7所示：本实用新型涉及的一种垂直轴风力发电机，包括与地面垂直的主轴1，安装在主轴1下面的发电装置5，连接在主轴1上的上、下轮毂4，三块机翼状结构的升力叶片2，所述三块升力叶片2通过连杆3绕主轴1等距分布；每块升力叶片2对应着上、下两组连杆3，每组连杆3为两根，其分别连接升力叶片2和轮毂4，所述每组的两根连接3撑开形成角度β，而角度β选择在30度-60度之间，以此可以提高连杆的整体承受力；所述下轮毂通过连盘与发电装置5连接，当升力叶片2旋转带动轮毂旋转，从而通过连盘使发电装置启动运行。如参考图8所示：在升力叶片2旋转当中，当风速超过其额定风速时，调速装置将开始调节攻角a，使升力叶片2开始左右摆动。风速越大，其攻角a将变得越大，升力叶片2的摆动幅度也随之扩大，攻角a的最大角度为±15度。如参考图9所示：这是风速调节装置球铰接头结构图。在球面部使用高精度的轴承用钢球，通过模压铸造将钢球包起来，在保持柄被成形后，通过特殊焊接将连杆与球链接在一起。另外，在外圈外径部加工了辊轧螺丝，可简单地安装在连接杆3上，只要将螺丝拧紧就可达到没有间隙的结实的固定。其工作原理为：风轮在旋转当中，当风速超过其额定风速时，安装在风叶上的调速装置将开始调节攻角a，使叶片开始左右摆动。风速越大，其攻角a将变得越大，叶片的摆动幅度也随之扩大，攻角a的最大角度为±15度。风叶的调速，就避免了大迎角下风叶的失速状态。

参考图1所示符号30是本实用新型涉及的垂直轴风力发电机的盘式永磁发电机，它可以采用专利产品，一种微风启动高效的无铁芯盘式永磁发电机，专利号：ZL201420146400.9。如参考图10所示：专利产品其为外转子机构，包含有两个转子，一个定子。转子由符号3的圆钢板和符号4的磁极共同组成，定子为符号2。发电机机壳为铝壳，转子磁极选用了具有高矫顽力和高剩磁密度的钕铁硼永磁材料。磁极固定在实心钢材料构成的圆盘上，有效的减少了永磁体和外壳间相互运动产生的涡流损耗。如参考图11所示：定子采用无槽、无铁芯结构。把单个三角形状的导体线圈符号2沿圆周排列，线圈镶嵌于骨架内构成电枢盘形成定子。为了固定电枢绕组和提供更好的散热条件，电枢绕组以前大多用环氧树脂胶灌注，存在固化时间长，成本高的缺陷。本实用新型采用绝缘材料的骨架符号1来固定线圈。固定线圈的骨架符号1采用酚醛树脂或者环氧树脂绝缘材料为原料，通过3D打印机打印而成，成型的单个线圈直接镶嵌于骨架上，之后进行真空浸漆，使线圈和骨架成为整体的电枢盘。3D打印机打印的线圈骨架，不仅精度高，而且效率高，极大地缩短了环氧树脂灌注所需的固化时间，节约了成本。其工作原理为：发电机工作时电枢盘和主轴固定不动，风力机的下轮毂通过连盘与发电机顶盘连接，当风力机叶片旋转时就带动轮毂旋转，从而通过风力机旋转作用于上轴承盖的外力，带动上下盘和机壳旋转，使永磁体产生的磁场切割电枢盘中的三相线圈，产生了三相交流电。这是一种无铁芯盘式永磁发电机，由于这种发电机定子无铁芯，发电机的转子在任何位置下的磁力线数量都没有变化，在任何位置下的磁力大小相等，彻底消除了“齿槽效应”，所以发电机在起动时没有磁阻转矩，只需克服摩擦阻力矩，这就大大的降低了风力发电机的起动阻转矩，也就大大的降低了风力机的起动风速，所以风力发电的能源效率在微风中也将有很大提高，就容易在微风中启动，所以微风发电效果突出。由于采用永磁体励磁，不消耗励磁功率，定子无铁芯，磁路不存在饱和问题，使发电机重量减少、无铁芯损耗、效率增加，发电机可以获得较高的效率，成本低。根据理论计算可知，与同类型有铁芯的常规永磁发电机相比，其成本减少了40%，发电效率提高了30%左右，经济效益显著。

本实用新型通过采用专利产品，一种风轮叶片可调速的垂直轴风力发电机，专利号ZL201220211943.5和专利产品，一种微风启动高效的无铁芯盘式永磁发电机，专利号ZL201420146400.9所构成的垂直轴风力发电机，与目前市场上的升力型和阻力型的风力发电机相比，发电效率将提高30%左右，经济效益显著。

参考图1和参考图2所示符号10是本实用新型涉及的光伏组件，沿支柱360度均匀排列，可以最大限度地吸收光能，提高光伏的发电量。光伏组件的顶端挂扣在钢环上符号50，下端用一根杠杆支撑符号为60。参考图2所示符号60是本实用新型涉及的支撑杆，根据安装实地的情况，支撑杆可以为带有伸缩功能的伸缩杆，也可以为没有伸缩功能的固定杆，这里着重解析带有伸缩功能的伸缩杆的工作原理。这种伸缩支撑杆如参考图3所示，其包含了一个外套筒符号为61，其下端固定在支柱上，根据实际需要支撑杆可以有N个伸缩内套筒，这里用2个伸缩内套筒符号为62、63来进行工作原理说明，外套筒和伸缩内套筒上下端个有一个扣孔；如参考图4/、5所示，固定的外套筒符号为61没有插销，每个内套筒有1个插销，符号为69为内套筒符号62的插销，符号为70为内套筒符号63的插销，以此类推；如参考图6所示，每个内套筒插销的插销头符号为66的长度为其外套筒直径或者长度的五分之二，两个插销头之间用弹簧符号为67焊接连成一体，弹簧符号为67的伸张长度为其外套筒直径或者长度的五分之二，这样当插销头符号为66扣在扣孔时候可以避免其完全弹出套筒之外，插销的长度可以不同，但为了加工方便节省成本，插销头的直径大小都一致，所以扣孔和凹槽也都一致，插销插入在内套筒下端的扣孔内，外套筒和每个内套筒的内侧两边都有一条凹槽符号为64以便插销的上下移动。其工作原理为：当伸缩支撑杆要拉伸时，把外套筒符号为61下端扣孔符号为65中的插销符号为69两端往内压，插销头符号为66便脱离扣孔，陷入凹槽符号为64内，内套筒符号为62往外拉伸时，插销头符号为66顺着凹槽符号为64往上移动直到插入外套筒符号为61上端的扣孔符号为65扣住为止，同理把内套筒符号为62下端扣孔符号为65中的插销符号为70两端往内压，插销头66脱离扣孔，陷入凹槽64内，内套筒63往外拉伸时，插销头66顺着凹槽64往上移动直到插入内套筒62上端的扣孔65扣住为止，以此类推，直到需要的内套筒都拉伸出来为止，此时的伸缩支撑杆处于拉伸状态，光伏组件被撑开就像半撑开的伞一样，与支柱形成一定的角度。当伸缩支撑杠杆要收缩时，把外套筒符号为61上端扣孔符号为65中的插销符号为69的两端往内压，插销头符号为66脱离扣孔，陷入凹槽符号为64内，内套筒符号为62往内压缩时，插销头符号为66顺着凹槽符号为64往下移动直到插销头符号为66插入外套筒符号为61下端的扣孔符号为65中扣死为止，同理把内套筒符号为62上端扣孔中的插销符号为70两端往内压时，插销头符号为66脱离扣孔符号为65，陷入凹槽符号为64内，内套筒符号为63往内压缩时，插销头符号为66顺着凹槽符号为64往下移动直到插销头符号为66插入符号为62内套筒下端的扣孔符号为65扣死为止，以此类推，直到内套筒都被压缩完为止，此时的伸缩支撑杆处于收缩状态，光伏组件被收缩就像是收回的伞一样与支柱紧贴在一起。当发生台风等极端天气时候，由于使用了收缩支撑杆，光伏组件紧贴支柱，再由伸缩支撑杠杆牢固地扣紧在支柱上，这样就能最大限度地减少了光伏组件被狂风摧毁的风险，同时也方便定时地对光伏组件进行清洗。

本实用新型的风光互补智能发电系统，由垂直轴风力发电机、光伏组件把风能和太阳能转变为电能储存于蓄电池当中供负荷使用。负荷可分为外在负荷和内在负荷，外在负荷是指各类用电终端，例如，本实用新型的风光互补智能发电系统可以为偏远的边防哨所、南海岛礁驻地提供清洁能源用电，解决其用电难的问题；可以为传统市电路灯的节能改造，电动汽车的充电桩等提供清洁电源充电。内在负荷是指智能系统本身所携带的，本实用新型的风光互补智能发电系统可以为自身携带的LED灯、充电设备、探头、广告显示屏等提供清洁电源。由于本实用新型的风光互补智能系统是利用可再生能源进行发电，不需要使用煤炭、燃气等燃料，节省了自然资源的开采和市电的使用，具有很好的节能减排社会效应和经济效益，特别是当发生自然灾害，电网断电时，只要本风光互补智能系统支柱不倒，它就能继续供电，在漆黑的夜晚，它就像是在黑暗中的一盏指明灯，给灾区的人们送去光明带来希望。

Claims (4)

1.一种垂直轴风光互补智能发电系统，包括一根支柱，垂直轴风力发电机组、光伏组件、一个逆变器控制器一体机、一组蓄电池和负荷，其特征在于：光伏组件粘贴在装饰柱上或者是顶端挂扣在钢环上，下端由一根固定杠杆或者伸缩杠杆支撑，杠杆一端焊接在支柱上，另一端焊接或者铰接在光伏组件上。

2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风光互补智能发电系统，其特征在于：所述的垂直轴风力发电机是指风轮的旋转轴垂直于地面或者是垂直于气流方向的风力发电机，包括有升力型和阻力型两类，垂直轴风力发电机把风能转换成的电能通过逆变器控制器一体机储存于蓄电池当中供负荷使用。

3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风光互补智能发电系统，其特征在于：所述的光伏组件是指将若干单体电池串、并联连接和严密封装成的组件，组件类型包括了单晶硅、多晶硅、非晶硅三大类型，光伏组件沿着支柱或者装饰柱360度排列，数量为单、双数的N倍，形状为正方形、长方形、梯形、三角形和梯形的组合、半圆形和梯形的组合，光伏组件把光能转换成的电能通过逆变器控制器一体机储存于蓄电池当中供负荷使用。

4.根据权利要求1或3所述的一种垂直轴风光互补智能发电系统，其特征在于：所述杠杆当为伸缩杠杆时，这伸缩杠杆有一个外套筒和N个活动内套筒，套筒上下两端各有一个扣孔，套筒两内侧各有一条凹槽，两个套筒之间用插销进行连接，插销当套筒拉伸和收缩时，将沿着套筒内侧的凹槽上下移动，其两侧各有一个插销头，插销头之间用弹簧焊接，各内套筒插销的插销头长度为其外套筒直径或者长度的五分之二，弹簧的伸张长度为外套筒直径或者长度的五分之二。