CN207021926U - 一种智能控制的风光互补发电伞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种智能控制的风光互补发电伞。随着国家城镇化的不断发展以及智慧城市建设的需求，人口将大量集中到城镇中来，这将加大了这些地区电力供应的紧张局面。为了避免进一步加重空气污染及雾霾天气的产生，如何根据城镇化以及智慧城市建设发展的需求，在空间狭小，人口密集、太阳能和风能资源较为贫乏的城镇区域中更多地采用可再生能源替代燃煤发电的利用，这是一个随着我国城镇化和智慧城市的发展而产生的亟待解决的问题。本实用新型是一种采用可再生能源发电，体积小，发电效率高的智能发电系统，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

一种智能控制的风光互补发电伞

技术领域

本实用新型涉及新能源领域，具体为一种智能控制的风光互补发电伞。

背景技术

在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，光伏发电越来越受到重视，光伏发电站在国内外市场上像雨后春笋似的不断涌现，但是光伏发电站的建设需要占用大量的土地，在空间狭小，人口密集的城镇区域很难有所作为，而随着城镇化的不断发展以及智慧城市建设的需求，人口将大量集中到城镇中来，将要耗费大量的电力。如何根据城镇化以及智慧城市建设发展的需求，在空间狭小，人口密集、太阳能和风能资源较为贫乏的城镇区域中尽可能多地采用可再生能源替代燃煤发电的利用，这是一个随着我国城镇化和智慧城市的发展而产生的亟待解决的问题。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型通过提供一种智能控制的风光互补发电伞，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，以满足我国城镇化以及智慧城市建设不断发展的需求。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种智能控制的风光互补发电伞，包含了一组风力发电机组、N组活动的太阳能光伏支架、一组逆变器控制器一体机、一组蓄电池、滑筒、驱动装置、一根支柱，支柱是圆柱或N面多边形的支柱，支柱顶端安装有一组风力发电机组，风力发电机组之下安装有一个固定在支柱上具有N面多边型的环，N是单数或偶数的倍数值，环的每一边都安装有一组活动的太阳能光伏支架，支架内镶嵌有一组太阳能电池板，支架上端的背面或左右两侧安装有挂钩，把支架挂扣在N面多边型环上处于活动状态，支架背面左右两端各焊接安装有一个铰接装置，在铰接装置上各铰接安装有一根支撑杆，所述每根支撑杆背面上也安装有一个铰接装置，在此铰接装置上也各铰接安装有一根加强杆，支撑杆和加强杆的下端分别插入滑筒的凹槽内，所述的滑筒由上下两个环及一个与环直径相同的圆型或N面多边形的筒所构成，筒把上、下两个环焊接固定为一体形成滑筒，材质为钢制或者铝合金制成，呈工字形，滑筒的直径＞支柱的直径，滑筒与驱动装置固定连接，滑筒的下环与驱动装置之一的伸缩支撑柱最顶端焊接或螺栓连接固定为一体，其特征在于：伞面由两种不同类型的或者单一类型的太阳能电池所构成，其中镶嵌有太阳能电池板的活动支架无立柱，其作为三角弧形光伏薄膜的骨架，三角弧形光伏薄膜安装在两组活动支架支间，其左右两侧由与其相邻的活动支架所支撑，活动支架通过两端铰接的支撑杆与滑筒相连接，滑筒由驱动装置驱动，将沿着支柱上下移动，同时伞面也将随着滑筒的上下移动而形成收束和张开的状态，伞面的太阳能电池板的倾角也随之发生改变，所述的风力发电机组包括了水平轴和垂直轴风力发电机两大类型，其中垂直轴风力发电机组又包括升力型和阻力型两大类型，所述的太阳能电池板是指具有将太阳能转变为电能这一特性的组件，包括有光伏陶瓷瓦，光伏彩钢瓦，类型包括有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及多元化合物太阳能电池板，所述滑筒的上、下两个环，都是开有2×N个凹槽的圆型或N面多边型的环，但环的宽度不同，下环的宽度要大于上环的宽度，上端与铰接装置铰接的支撑杆或加强杆的下端分别插入上环或下环的凹槽内，所述的支撑杆或加强杆上下两端均开有孔洞或者是焊接安装带有孔洞的构件，支撑杆或加强杆的材质为钢制或铝合金钢的C型钢或管，上环或下环内有轴穿过2×N根的支撑杆或加强杆的孔洞与环铰接连为一体，所述的活动太阳能光伏支架是一个长方形的框架，采用钢制或者铝合金钢制成，长方形框架的左右两端边框均为C型框或铝导轨，背面或左右两端有钩挂扣在N面多边型环上成活动状态，下端焊接有托板，上端为开口状，正面至少焊接或螺栓固定连接有两条加强横杆，背面焊接或螺栓固定连接的加强横杆共有X条，X是单数或偶数的倍数值，加强横杆的材质为钢制或者铝合金，每组的太阳能电池板从上端嵌入活动支架内并用紧固构件固定，所述的铰接装置是指被连接的构件在连接处不能发生相对移动，但可以发生相对转动，其包括了半刚性连接以及由轴承加上销轴改造而成的铰接装置，装置的材质为铝合金钢或不锈钢，其中的销轴采用的是高强螺栓，铰接装置分别安装在离活动支架的下端或者支撑杆下端的L/2或L/3之处，L是活动支架或者支撑杆的长度值，所述的驱动装置是指由电机提供动力进行做功的驱动装置，其中包括有直流和交流、异步和同步、直线运动和旋转运动的电机的驱动装置，所述驱动装置之一的伸缩支撑柱，其体内由直径不等的螺纹丝柱通过螺母及座套与柱体精确套装在一起并转动自如，形成螺纹运动副，工作时，由机座中的交流或者直流电机驱动减速齿轮副，带动所有螺纹丝柱同步螺旋旋转，通过螺母及座套将螺纹丝柱的螺旋旋转运动转变为柱体的直线运动，所述伸缩支撑柱沿支柱环形分布安装有M组，M是单数或偶数的倍数值，每根伸缩支撑柱下有个机座，机座内的智能控制系统控制其中的电机，使得伸缩支撑柱可以进行自由的伸缩运动，驱动电机的电力来自自发电，所述伸缩支撑柱的机座与基础的基座焊接或螺栓固定连接，基础环绕支柱安装，基础为与支柱形状相同的钢筋混凝土或者为与支柱同材质的三角型支撑架，支撑架的数量与伸缩支撑柱的一致，所述伸缩支撑柱的总高分为三段，第一段是基础段高度为H1，不能伸缩；第二段是中间段高度为H2，可伸缩，第三段是顶端段高度为H3，可伸缩，伞面将随着时间的变化进行微调，各段的高度值不是以某个时间段的最佳倾角为基准计算，而是以支撑杆与地面形成的角度为准，当支撑杆成水平状态时候，伞面张开程度达到最大，也是伸缩支撑柱伸长达到的最高度，此时支撑杆与地面的高度为H，则伸缩支撑柱的高度=H-滑筒高度-基础高度，再综合考虑伸缩支撑柱的稳定性和安全性来确定各段的高度值，所以H1、H2、H3的高度值最终分别确定为伸缩支撑柱总高度的1/2、1/3、1/6，当伸缩支撑柱的第三段伸长值为H3时，支撑杆形成水平状态。

附图说明

图1为伞面呈现为收束状态的主视图；符号1为风力发电机组，符号2为风力发电机组支撑柱子，符号3为N面多边型的环，符号4为镶嵌有太阳能电池板的活动的太阳能光伏支架，符号5为三角弧形光伏薄膜，符号6为支撑杆，符号7为加强杆，符号8为铰接装置，符号9为滑筒带有凹槽的上环，符号10为滑筒带有凹槽的下环，符号11为滑筒，符号12为伸缩支撑柱，符号13为伸缩支撑柱的机座，符号14为圆柱或N面多边形的支柱，符号15为伸缩柱的基础；图2为伞的平面俯视图；图3为伞面呈现为完全张开状态的主视图；图4为活动的太阳能光伏支架的正面俯视图；符号16为C型框，符号17为横杆，符号18为挂钩；图5为活动的太阳能光伏支架的背面俯视图；图6为活动的太阳能光伏支架的上端正面俯视图；图7为活动的太阳能光伏支架的下端正面俯视图，符号19为托板；图8为活动的太阳能光伏支架的左右侧视图；图9为铰接装置前后正视图，符号20是高强螺栓；图10为伸缩支撑杆的结构示意图，符号13为机座；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。

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1~3和参考图11~13所示：符号1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1~10所示，活动的太阳能光伏支架4，每组太阳能电池板镶嵌在活动支架内4，活动支架是一个长方形的框架，采用钢制或者铝合金钢制成，长方形框架的左右两端均为C型框16，左右两端有钩18挂扣在N面多边型环3上成活动状态，下端焊接有托板19，上端为开口状，正面的上下端各焊接有一条加强横杆17、背面焊接的加强横杆17除了上下端各有一条外，至少还有X条，每组的太阳能电池板从上端嵌入框架内，活动支架4的下方左右两端C型框16与支撑杆6铰接，支撑杆6的下端插入固定在滑筒11上环9的凹槽内，随着时间的变化，伞面的太阳能电池板随着滑筒11的上下移动而形成收束和撑开的状态，在伸缩支撑柱12伸长时的推动下，滑筒11向上移动，推动支撑杆6和加强杆7往上运动，则支撑杆6和加强杆7撑起活动的太阳能光伏支架4向上运动，带动三角弧形光伏薄膜5张开，使得伞面形成张开状态，当支撑柱12的第三段伸长高度达到H3时候，支撑杆6形成水平状态，参阅图3。反之，在伸缩支撑柱12收缩时的拉动下，当滑筒11向下移动，带动支撑杆6和加强杆7往下运动，则支撑杆6拉回活动的太阳能光伏支架回收，带动三角弧形光伏薄膜5收束，使得伞面成收束状态，参阅图1，由此带动了伞面太阳能电池板的倾角发生改变，调节太阳能电池板的倾角的具体方式如下所述。

随着时间的变化对倾角进行微调，伞面太阳能电池的倾角调节根据对时间的控制来进行，时间的控制分为三个阶段，第一阶段为上午时间段，从AM6：00至AM11:00；第二阶段为正午时间段，从AM11：00至PM14:00；第三阶段为下午时间段，从PM14：00至PM18:00，超过PM18:00后伞面又自动恢复到收束状态，参阅图1。具体方法是以上午某个时刻的最佳倾角为基准，对上午或下午时间段内的倾角进行微调，首先从上午某个时刻开始，从上午开始每隔某个时间间隔，微调一次伸缩支撑柱的伸长的高度，在上午时间段内每次调整的高度，是用（H2+H3）×间隔的时间÷上午时间段内的总时间，所得到的一个平均高度值△H1；在正午时间段不用微调；从下午开始每隔某个时间间隔，微调一次伸缩支撑柱的收缩的高度，在下午时间段内每次微调的长度，是用（H2+H3）×间隔的时间÷下午时间段内的总时间，所得到的一个平均高度值△H 2，以此来达到使太阳能电池随着时间的变化及时地调整倾角的目的，根据安装现场所在区域日照的辐射强弱的实际情况，可以不进行下午时间段内的微调，PM18:00之后直接收束伞面。

在没有日照的阴雨天，避免狂风有可能对伞的损坏，可以停止对时间的控制，使伞始终收束状态，直到有日照为止；在冬季积雪较厚的区域，可以把伞收束，防止太阳能电池板上积雪加厚，以免损坏太阳能电池；在发生突发极端天气时，还可以通过远程的遥控系统，人工调节伞收束，避免伞被极端天气所损坏。

Claims (8)

1.一种智能控制的风光互补发电伞，包含了一组风力发电机组、N组活动的太阳能光伏支架、一组逆变器控制器一体机、一组蓄电池、滑筒、驱动装置、一根支柱，支柱是圆柱或N面多边形的支柱，支柱顶端安装有一组风力发电机组，风力发电机组之下安装有一个固定在支柱上具有N面多边型的环，N是单数或偶数的倍数值，环的每一边都安装有一组活动的太阳能光伏支架，支架内镶嵌有一组太阳能电池板，支架上端的背面或左右两侧安装有挂钩，把支架挂扣在N面多边型环上处于活动状态，支架背面左右两端各焊接安装有一个铰接装置，在铰接装置上各铰接安装有一根支撑杆，所述每根支撑杆背面上也安装有一个铰接装置，在此铰接装置上也各铰接安装有一根加强杆，支撑杆和加强杆的下端分别插入滑筒的凹槽内，所述的滑筒由上下两个环及一个与环直径相同的圆型或N面多边形的筒所构成，筒把上、下两个环焊接固定为一体形成滑筒，材质为钢制或者铝合金制成，呈工字形，滑筒的直径＞支柱的直径，滑筒与驱动装置固定连接，滑筒的下环与驱动装置之一的伸缩支撑柱最顶端焊接或螺栓连接固定为一体，其特征在于：伞面由两种不同类型的或者单一类型的太阳能电池所构成，其中镶嵌有太阳能电池板的活动支架无立柱，其作为三角弧形光伏薄膜的骨架，三角弧形光伏薄膜安装在两组活动支架支间，其左右两侧由与其相邻的活动支架所支撑，活动支架通过两端铰接的支撑杆与滑筒相连接，滑筒由驱动装置驱动，将沿着支柱上下移动，同时伞面也将随着滑筒的上下移动而形成收束和张开的状态，伞面的太阳能电池板的倾角也随之发生改变。

2.根据权利要求1所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述的风力发电机组包括了水平轴和垂直轴风力发电机两大类型，其中垂直轴风力发电机组又包括升力型和阻力型两大类型。

3.根据权利要求1所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述的太阳能电池板是指具有将太阳能转变为电能这一特性的组件，包括有光伏陶瓷瓦，光伏彩钢瓦，类型包括有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及多元化合物太阳能电池板。

4.根据权利要求1所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述滑筒的上、下两个环，都是开有2×N个凹槽的圆型或N面多边型的环，但环的宽度不同，下环的宽度要大于上环的宽度，上端与铰接装置铰接的支撑杆或加强杆的下端分别插入上环或下环的凹槽内，所述的支撑杆或加强杆上下两端均开有孔洞或者是焊接安装带有孔洞的构件，支撑杆或加强杆的材质为钢制或铝合金钢的C型钢或管，上环或下环内有轴穿过2×N根的支撑杆或加强杆的孔洞与环铰接连为一体。

5.根据权利要求1所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述的活动太阳能光伏支架是一个长方形的框架，采用钢制或者铝合金钢制成，长方形框架的左右两端边框均为C型框或铝导轨，背面或左右两端有钩挂扣在N面多边型环上成活动状态，下端焊接有托板，上端为开口状，正面至少焊接或螺栓固定连接有两条加强横杆，背面焊接或螺栓固定连接的加强横杆共有X条，X是单数或偶数的倍数值，加强横杆的材质为钢制或者铝合金，每组的太阳能电池板从上端嵌入活动支架内并用紧固构件固定。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述的铰接装置是指被连接的构件在连接处不能发生相对移动，但可以发生相对转动，其包括了半刚性连接以及由轴承加上销轴改造而成的铰接装置，装置的材质为铝合金钢或不锈钢，其中的销轴采用的是高强螺栓，铰接装置分别安装在离活动支架的下端或者支撑杆下端的L/2或L/3之处，L是活动支架或者支撑杆的长度值。

7.根据权利要求1所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述的驱动装置是指由电机提供动力进行做功的驱动装置，其中包括有直流和交流、异步和同步、直线运动和旋转运动的电机的驱动装置，所述驱动装置之一的伸缩支撑柱，其体内由直径不等的螺纹丝柱通过螺母及座套与柱体精确套装在一起并转动自如，形成螺纹运动副，工作时，由机座中的交流或者直流电机驱动减速齿轮副，带动所有螺纹丝柱同步螺旋旋转，通过螺母及座套将螺纹丝柱的螺旋旋转运动转变为柱体的直线运动，所述伸缩支撑柱沿支柱环形分布安装有M组，M是单数或偶数的倍数值，每根伸缩支撑柱下有个机座，机座内的智能控制系统控制其中的电机，使得伸缩支撑柱可以进行自由的伸缩运动，驱动电机的电力来自自发电，所述伸缩支撑柱的机座与基础的基座焊接或螺栓固定连接，基础环绕支柱安装，基础为与支柱形状相同的钢筋混凝土或者为与支柱同材质的三角型支撑架，支撑架的数量与伸缩支撑柱的一致。

8.根据权利要求1或7所述的一种智能控制的风光互补发电伞，其特征在于：所述伸缩支撑柱的总高分为三段，第一段是基础段高度为H1，不能伸缩；第二段是中间段高度为H2，可伸缩，第三段是顶端段高度为H3，可伸缩，伞面将随着时间的变化进行微调，各段的高度值不是以某个时间段的最佳倾角为基准计算，而是以支撑杆与地面形成的角度为准，当支撑杆成水平状态时候，伞面张开程度达到最大，也是伸缩支撑柱伸长达到的最高度，此时支撑杆与地面的高度为H，则伸缩支撑柱的高度=H-滑筒高度-基础高度，再综合考虑伸缩支撑柱的稳定性和安全性来确定各段的高度值，所以H1、H2、H3的高度值最终分别确定为伸缩支撑柱总高度的1/2、1/3、1/6，当伸缩支撑柱的第三段伸长值为H3时，支撑杆形成水平状态。