CN206060617U - 一种新型发电效率高的风光互补发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种新型发电效率高的风光互补发电系统。包含有太阳能电池板方阵或者光伏矩阵、风力发电机组、控制器、蓄电池、逆变器、柱子，柱子有N根，各柱子顶端都安装有风力发电机组，每根柱子东面两侧安装有与柱子为一体的三角支撑架各一个，三角支撑架上安装有轴承并安装有一根钢制或者铝合金钢的轴，两个三角支撑架之间还安装有一个机械传动机构，机械传动机构与交流或者直流电机相连接，柱子的南北面都对称地安装有支撑杆，支撑杆分别支撑轴的南北两端，本实用新型使光伏组件能够接收到更多的太阳直接辐射量，与装机容量相同而倾角不变的风光互补发电相比，本实用新型的发电量将多增加40%左右。

Description

一种新型发电效率高的风光互补发电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种新型发电效率高的风光互补发电系统。

背景技术

在 2015 年底的巴黎气候高峰会上，中国表示要在 2020 年前，使单位 GDP 二氧化碳排放量自 2005 年减少 40% 至 45%。在全行业节能减排环保压力进一步加大的大背景下，为了要达到减碳排目标，我国正快速减少对燃煤发电的依赖，逐渐减少燃煤发电，加大可再生能源的使用将是国家未来能源政策的发展方向。所以作为节能减排的一个重要手段，风光互补分布式发电越来越受到重视，分布式发电能够节省投资、分布灵活、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性，现在已成为各国电力工业的发展方向。但目前市场上的风光互补分布式发电，受到风机微风启动性能较差、发电效率不高、光伏发电成本高、光电转化率低、倾角固定不变等一些不成熟技术因素的影响，风光互补发电存在着整体性价比不高，装机容量小等缺陷，不能够很好地满足分布式发电市场快速发展的需求，多数用途还仅限用于风光互补路灯照明，从而限制了其在市场上的大面积推广。在光电转化率短期内难于有效提高的状态下，如何去提高太阳能的发电效率；风机如何改善启动性能及提高其发电效率，改变风光互补发电装机容量过小等，这是目前风光互补发电所遇到的亟待解决的技术难题。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型通过提供一种新型发电效率高的风光互补发电系统，使目前市场发电效率低、性价比低、装机容量过小的风光互补发电，转变为发电效率高、性价比高、装机容量大的风光互补发电，以满足可再生能源分布式发电市场不断发展的需求。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种新型发电效率高的风光互补发电系统，包含有太阳能电池板方阵或者光伏矩阵、风力发电机组、控制器、蓄电池、逆变器、柱子，柱子有N根，各柱子顶端都安装有风力发电机组，每根柱子东面两侧安装有与柱子为一体的三角支撑架各一个，三角支撑架上安装有轴承并安装有一根钢制或者铝合金钢的轴，两个三角支撑架之间还安装有一个机械传动机构，机械传动机构与交流或者直流电机相连接，柱子的南北面都对称地安装有支撑杆，支撑杆分别支撑轴的南北两端，太阳能电池板方阵或者光伏矩阵的南北中轴线上安装有轴承，三角支撑架上的轴穿过太阳能电池板方阵或者光伏矩阵南北中轴线上的所有轴承和机械传动机构，把太阳能电池板方阵或者光伏矩阵、支撑杆、柱子连成一体，其特征在于：太阳能电池板方阵或者光伏矩阵的倾角可以根据时间的控制进行调节，电机旋转一个角度，通过机械传动机构带动轴相向旋转，从而使固定在轴上的太阳能电池板方阵或者光伏矩阵也随着轴一起相向转动，从而使其倾角发生改变，所述的N根支撑柱子为钢筋混凝土或者铝合金钢或者钢制结构，与柱子为一体的三角支撑架与柱子同材质，柱子东面两侧的轴承是焊接或者螺栓固定连接安装的滑动轴承或者万向轴承，N是单数的倍数值，当柱子根数N=1时，架在独立柱子东面三角支撑架上轴的南北两侧各有1组太阳能电池板方阵或者光伏矩阵，柱子的南北面都对称地各安装有支撑杆至少一根，柱子东侧两个三角支撑架之间安装有一个机械传动机构；当柱子根数N＞2时，柱子以3根为一组，一根轴穿过3根柱子三角支撑架上的轴承，2根柱子之间各有1组太阳能电池板方阵或者光伏矩阵，柱子的南北方向至少有4根支撑杆，边柱各一根，中间柱子有2根，一组柱子当中只有中间柱子东侧的两个三角支撑架之间安装有一个机械传动机构，所述风力发电机组包括了水平轴和垂直轴风力发电机组两大类，其中垂直轴风力发电机组又包括升力型和阻力型两类，风力发电机组的发电包含有离网型和并网型两种模式，所述的太阳能板方阵或者光伏矩阵可以有M组，M的数值为偶数的倍数值，每组太阳能电池板方阵或者光伏矩阵南北中轴线上至少要安装2个固定轴承，南北两端需各安装一个，固定轴承把太阳能电池板方阵或者光伏矩阵固定在轴上，太阳能板方阵或者光伏矩阵的发电包含有离网型和并网型两种模式，所述南、北两个方向的支撑杆为铝合金钢或者钢制的固定支撑杆，固定支撑杆一端带有杆端关节轴承，轴穿过杆端关节轴承与固定支撑杆连接，固定支撑杆的另一端与柱子焊接。

附图说明

当柱子根数N＞2时，图1为主视图；图2平面俯视图：符号1为太阳能板方阵或者光伏矩阵，符号2为支撑柱子，符号3为轴，符号4为南北方向固定支撑杆杆，符号5为固定轴承，符号6为滑动轴承或万向轴承，符号7为南北方向支撑杆的杆端关节轴承支撑，符号8为机械传动机构，符号9为水平轴或垂直轴风机机组；图3为前后侧视图：符号10为电机，符号11为机械传动机构的传输链条或皮带，符号12为滑动或者万向轴承的三角支撑，符号13为基础；图4为右侧视图；图5为左侧视图；图6为滑动轴承或万向轴承主视图；图7为杆端关节轴承主视图：图8为倾角调节示意图-上午；图9为倾角调节示意图-正午；图10为倾角调节示意图-下午；图11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12为风力发电机组俯视图；图13为调速装置球铰接头的结构图；当柱子根数N=1时，图14为主视图；图15为平面俯视图：符号1为太阳能板方阵或者光伏矩阵，符号2为支撑柱子，符号3为轴，符号4为南北方向固定支撑杆杆，符号5为固定轴承，符号6为滑动轴承或万向轴承，符号7为南北方向支撑杆的杆端关节轴承支撑，符号8为机械传动机构，符号9为水平轴或垂直轴风机机组；图16为前后侧视图：符号10为电机，符号11为机械传动机构的传输链条或皮带，符号12为滑动或者万向轴承的三角支撑，符号13为基础；图17为右侧视图；图18为左侧视图。

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。

参考图1~5和参考图14~18所示：符号9是本实用新型所涉及的风力发电机组，风力发电机组是风光互补发电系统中最重要的组成部分，因为其风电转化率是光伏发电的2~3倍左右，所以风力发电机组的发电效率的高低，直接影响到风光互补发电的发电量大小。本实用新型可以采用风力发电机组的专利产品，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11、12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12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13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。由于本结构去掉了发电机内电磁刹车装置，可以将垂直轴发电机的成本减少15%，由于避免了风叶的失速，保证风机在高风速段依然能保持功率的平稳输出，这样可以使发电能力整体提高40%左右。

参考图1~5和参考图14~18所示，是本实用新型涉及的太阳能板方阵符号1，太阳能发电是风光互补发电系统中的另一个重要组成部分，目前太阳能发电成本还较高，以我国现阶段太阳能发电成本为例，其花费在太阳电池组件的费用大约占了70％左右，因此，在目前低光电转化率短期内难于有效提高的状态下，如何充分有效地利用太阳能去提高太阳能发电效率，这是一个目前亟待解决的技术难题，而随着时间的变化去调节太阳能板方阵1的倾斜角就是一个有效的解决方式。倾斜角是指太阳能电池板方阵平面与水平面的夹角，倾斜角对太阳能电池板方阵能够接收到的太阳辐射量影响很大，直接影响到光伏发电量的大小，因此确保太阳能电池板方阵能够尽可能地获得太阳的直接辐射量，使太阳能电池板方阵具有一个最佳倾斜角就显得尤为重要。目前太阳能板的安装形式有固定式和跟踪式两种，对于固定式光伏组件，一旦安装完成，太阳能板的倾斜角就无法改变，而且为了尽可能多地接受太阳能的辐射，太阳能板的倾角很小，几乎要与地面平行，接受到的太阳能直接辐射量很有限，所以发电效率很低；而安装了跟踪装置的光伏组件虽然一定程度上可以跟踪太阳的方位，使太阳能板一直面朝太阳，以接收最大的太阳能辐射，但由于跟踪装置比较复杂，初始投资和维护成本太高，性价比不高，还很难为市场所接受，因此目前光伏发电的太阳能板大多是采用固定式安装。为了使太阳能板能始终有个最佳倾角面朝太阳，以接收最大的、有效的太阳能直接辐射，本实用新型的风光互补发电系统中提供了一种太阳能电池板方阵安装到位后方位角固定不变，但太阳能板方阵倾斜角可以调节的技术，这种技术初始投资和维修成本低，可以替代太阳跟踪装置。

参考图1~5和参考图14~18所示，太阳能电池板方阵1，由柱子2支撑，柱子2可以有N根，N是单数的倍数值，各柱子2顶端都安装有风力发电机组9，每根柱子2东面两侧安装有与柱子2为一体的三角支撑架12各一个，三角支撑架12上焊接有轴承6并安装有一根钢制或者铝合金钢的轴3，两个三角支撑架12之间还安装有一个机械转动机构8，机械传动机构8与交流或者直流电机10相连接，柱子2的南北面都对称地安装有固定支撑杆4，固定支撑杆4顶端为杆端关节轴承7，固定支撑杆4顶端通过杆端关节轴承7分别支撑轴3的南北两端，太阳能电池板方阵1的南北中轴线上安装有固定轴承5，把太阳能电池板方阵1固定在轴3上，三角支撑架12上的轴3穿过太阳能电池板方阵1南北中轴线上的所有轴承5~7和机械传动机构8，把太阳能电池板方阵1、固定支撑杆4、柱子2连成一体，太阳能电池板方阵1的倾角可以根据时间的控制进行调节，电机10旋转一个角度，通过机械传动机构8带动轴3相向旋转，从而使固定在轴上的太阳能电池板方阵1也随着轴3一起相向转动，从而使其倾角发生改变，不论柱子的根数是多数还是只有一根，调节太阳能电池板方阵1的倾角方式都相同，具体如下所述。

太阳能电池板方阵1的倾角调节根据对时间的控制来进行，调节方式采用电机10旋转一个角度带动太阳能电池板方阵1绕轴3转动来进行。电机10旋转的角度，是由带有远程遥控装置和智能控制系统的电机10根据时间的控制往东或往西旋转而形成的角度，根据实际需要，电机10可以搭配一台减速机共同使用，机械传动机构8中的链传动机构或带轮传动机构的从动链轮或从动轮固定在轴3上，电机10旋转驱动主动链轮或主动轮通过链条或传动带带动从动链轮或从动轮相向旋转，由此带动轴3和轴上的太阳能电池板方阵1的转动，往东面旋转为正，西面为负，随着太阳从东向西的移动，根据上午、正午、下午三个时间段进行倾角的调节，调节之前通常太阳能电池板方阵1成水平状态。

第一阶段为上午时间段，从AM6：00至AM11:00，智能控制系统启动电机10往东面旋转，通过机械传动机构8带动轴3往东面相向旋转一个角度α后停止旋转，太阳能板方阵1在此过程也跟随轴3相向转动角度α，面朝东面成最佳倾角，参照图8；第二阶段为正午时间段，从AM11：00至PM13:00，智能控制系统启动电机10往西面旋转，通过机械传动机构8带动轴相向回转一个角度-α后停止旋转，太阳能板方阵1在此过程也跟随轴相向转动角度-α成水平状态，倾角为零，参照图9；第三阶段为下午时间段，从PM13：00至PM18:00，智能控制系统启动电机10往西面旋转，通过机械传动机构8带动轴3相向往西面旋转一个角度β后停止旋转，太阳能板方阵1在此过程也跟随轴3相向转动一个角度β，面朝西面成最佳倾角，参照图10，超过PM18:00后太阳能电池板方阵1又自动恢复到水平状态。

在没有日照的阴雨天，可以停止对时间的控制，使太阳能板方阵1始终水平状态，直到有日照为止；在冬季积雪较厚的区域，可以把倾角调到最大，防止太阳能电池板方阵1上积雪加厚，以免损坏太阳能电池板方阵1；在发生突发极端天气时，还可以通过远程的遥控系统，人工调节太阳能电池板方阵1成水平状态，避免太阳能电池板方阵被极端天气所损坏。

本实用新型的一种新型发电效率高的风光互补发电系统，由于采用了调节太阳能电池板方阵1倾斜角的创新技术，与装机容量相同、太阳能电池板方阵1倾角固定不变的的风光互补发电系统相比，发电量增加了40%左右，性价比高。目前市场上的风光互补发电当中的光伏发电几乎都是采用倾角固定不变的固定安装模式来安装光伏矩阵，如果把现有固定模式的风光互补发电，采用本实用新型光伏矩阵倾角可以调节的技术改造成倾角可变的风光互补发电的话，将使得目前的风光互补发电的发电量得到极大地提高，为风光互补发电向市场的大面积推广提供了强有力的技术支撑和保障。

Claims (5)

1.一种新型发电效率高的风光互补发电系统，包含有太阳能电池板方阵或者光伏矩阵、风力发电机组、控制器、蓄电池、逆变器、柱子，柱子有N根，各柱子顶端都安装有风力发电机组，每根柱子东面两侧安装有与柱子为一体的三角支撑架各一个，三角支撑架上安装有轴承并安装有一根钢制或者铝合金钢的轴，两个三角支撑架之间还安装有一个机械传动机构，机械传动机构与交流或者直流电机相连接，柱子的南北面都对称地安装有支撑杆，支撑杆分别支撑轴的南北两端，太阳能电池板方阵或者光伏矩阵的南北中轴线上安装有轴承，三角支撑架上的轴穿过太阳能电池板方阵或者光伏矩阵南北中轴线上的所有轴承和机械传动机构，把太阳能电池板方阵或者光伏矩阵、支撑杆、柱子连成一体，其特征在于：太阳能电池板方阵或者光伏矩阵的倾角可以根据时间的控制进行调节，电机旋转一个角度，通过机械传动机构带动轴相向旋转，从而使固定在轴上的太阳能电池板方阵或者光伏矩阵也随着轴一起相向转动，从而使其倾角发生改变。

2.根据权利要求1所述的一种新型发电效率高的风光互补发电系统，其特征在于：所述的N根支撑柱子为钢筋混凝土或者铝合金钢或者钢制结构，与柱子为一体的三角支撑架与柱子同材质，柱子东面两侧的轴承是焊接或者螺栓固定连接安装的滑动轴承或者万向轴承，N是单数的倍数值，当柱子根数N=1时，架在独立柱子东面三角支撑架上轴的南北两侧各有1组太阳能电池板方阵或者光伏矩阵，柱子的南北面都对称地各安装有支撑杆至少一根，柱子东侧两个三角支撑架之间安装有一个机械传动机构；当柱子根数N＞2时，柱子以3根为一组，一根轴穿过3根柱子三角支撑架上的轴承，2根柱子之间各有1组太阳能电池板方阵或者光伏矩阵，柱子的南北方向至少有4根支撑杆，边柱各一根，中间柱子有2根，一组柱子当中只有中间柱子东侧的两个三角支撑架之间安装有一个机械传动机构。

3.根据权利要求1所述的一种新型发电效率高的风光互补发电系统，其特征在于：所述风力发电机组包括了水平轴和垂直轴风力发电机组两大类，其中垂直轴风力发电机组又包括升力型和阻力型两类，风力发电机组的发电包含有离网型和并网型两种模式。

4.根据权利要求1所述的一种新型发电效率高的风光互补发电系统，其特征在于：所述的太阳能板方阵或者光伏矩阵可以有M组，M的数值为偶数的倍数值，每组太阳能电池板方阵或者光伏矩阵南北中轴线上至少要安装2个固定轴承，南北两端需各安装一个，固定轴承把太阳能电池板方阵或者光伏矩阵固定在轴上，太阳能板方阵或者光伏矩阵的发电包含有离网型和并网型两种模式。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种新型发电效率高的风光互补发电系统，其特征在于：所述南、北两个方向的支撑杆为铝合金钢或者钢制的固定支撑杆，固定支撑杆一端带有杆端关节轴承，轴穿过杆端关节轴承与固定支撑杆连接，固定支撑杆的另一端与柱子焊接。