CN210195927U - 光伏与风力耦合发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏与风力耦合发电装置,其涉及光伏发电技术领域，光伏与风力耦合发电装置包括：光伏与风力发电单元，其包括：光伏电池板；与所述光伏电池板相固定连接的转轴，所述转轴能带动所述光伏电池板进行转动；固定安装在所述转轴上的叶片，所述叶片沿所述转轴的径向方向延伸；用于对所述转轴的两端进行支撑的支架机构；与所述转轴相传动连接的发电机。本申请能够将光伏发电和风力发电进行耦合，降低土地使用量。

Description

光伏与风力耦合发电装置

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏与风力耦合发电装置。

背景技术

太阳光和风能是自然界两大免费的清洁能源。光伏发电系统和风力发电的互补性很强，但在实际操作上有很多因素要考虑，例如光伏发电越来越普遍，但是光伏发电占用越来越多的土地，特别是在我国东南部地区，土地供应比较紧张。如何有效的利用土地，增加单位面积的发电量一直是被广泛关注的问题。

另外，光伏发电只能是在有阳光照射时，对于天气不好或夜间就无法进行发电，而风力发电恰好是在这时可以有更多的发电机会，特别是在西北部的沙漠地区的夜间，风力资源较为丰富，在没有太阳光的的情况下，仍然可以进行发电，这样就可以形成风能和光能的互补，同时，增加单位地面积上的发电量，增加了土地的利用率。在东南部，特别是在水面，也是同样的原理，东南部的土地非常紧张，同时，大量存在着湖泊等水面，而水面上的风力往往大于陆地。所有的光伏太阳能电池、光伏发电发电站和风力发电站都可以共用一套逆变系统和输电系统，也就是说，这样可以进一步的降低发电成本，这也减少了投资成本。因此，风光互补的太阳能发电是一种较佳的选择。然而，传统方法之一是在光伏发电站上装风机，风机的阴影会影响光伏发电站，而消除这类影响就必须使得两者保持很大距离，这无疑又增加了占地面积和投资；另外一种方法是在风机叶片上固定太阳能电池板，这种方式下太阳能电池板会因叶片的转动而受时间和风向的双重影响。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种光伏与风力耦合发电装置，其能够将光伏发电和风力发电进行耦合，降低土地使用量。

本实用新型实施例的具体技术方案是：

一种光伏与风力耦合发电装置，所述光伏与风力耦合发电装置包括：

光伏与风力发电单元，其包括：光伏电池板；与所述光伏电池板相固定连接的转轴，所述转轴能带动所述光伏电池板进行转动；固定安装在所述转轴上的叶片，所述叶片沿所述转轴的径向方向延伸；用于对所述转轴的两端进行支撑的支架机构；

与所述转轴相传动连接的发电机。

优选地，所述光伏电池板呈长方形或正方形，所述叶片呈长方形或正方形，所述转轴固定连接在所述光伏电池板的中间位置。

优选地，所述光伏与风力发电单元为多个，多个所述光伏与风力发电单元沿所述转轴的延伸方向排列，相邻所述光伏与风力发电单元中的转轴相连接；一排所述光伏与风力发电单元共用一个所述发电机。

优选地，所述叶片垂直于所述光伏电池板。

优选地，所述叶片由透光材料制成或所述叶片由光伏电池板制成。

优选地，所述发电机在所述转轴的带动下能够进行发电且所述发电机在电驱动下能够进行转动以带动所述转轴转动。

优选地，所述光伏电池板为双波光伏电池板.

优选地，所述支架机构包括呈弧状的轨道，所述转轴的一端定位在所述支架机构上，所述转轴的另一端能在所述轨道上进行移动。

优选地，所述光伏与风力耦合发电装置还包括：逆变器，所述逆变器分别与所述发电机、所述光伏电池板相电性连接；储能系统，所述储能系统分别与所述发电机、所述光伏电池板相电性连接，当用电低峰时，将所述发电机、所述光伏电池板产生的电能输入至所述储能系统进行存储。

优选地，所述发电机采用直驱式永磁同步发电机。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的光伏与风力耦合发电装置在白天有太阳时，利用光伏与风力发电单元中的光伏电池板进行发电；同时，当有风吹向光伏电池板以及叶片时，风能对光伏电池板以及叶片进行冲击，从而使得光伏电池板以及叶片带动转轴进行转动，在转动的过程中一方面能够带动与转轴相传动连接的发电机进行发电，另外一方面在光伏电池板以及叶片转动的过程中，光伏电池板以及叶片上积攒的灰尘以及杂质自行掉落，从而达到清洗光伏电池板的目的，进而提高光伏电池板在太阳照射下的发电效率，还可以与天气预报联网，达到避免自然灾害如积雪、冰雹等的损害。与此同时，本申请将光伏发电以及风力发电集成在一个光伏与风力发电单元中，光伏电池板不仅用于光伏发电，还在风力发电中作为驱动发电机的受风件，如此，达到了降低土地使用量得目的。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型实施例中光伏与风力耦合发电装置在一种实施方式下的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中光伏与风力耦合发电装置在另一种实施方式下的结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、光伏与风力发电单元；11、光伏电池板；12、支架机构；121、轨道；122、第一支架体；123、第二支架体；13、转轴；131、滑轮；14、叶片；2、发电机。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够将光伏发电和风力发电进行耦合，降低土地使用量，在本申请中提出了一种光伏与风力耦合发电装置，图1为本实用新型实施例中光伏与风力耦合发电装置在一种实施方式下的结构示意图，图2为本实用新型实施例中光伏与风力耦合发电装置在另一种实施方式下的结构示意图，如图1和图2所示，光伏与风力耦合发电装置包括：光伏与风力发电单元1，其包括：光伏电池板11；与光伏电池板11相固定连接的转轴13，转轴13能带动光伏电池板11进行转动；固定安装在转轴13上的叶片14，叶片14沿转轴13的径向方向延伸；用于对转轴13的两端进行支撑的支架机构12；与转轴13相传动连接的发电机2。

本申请中的光伏与风力耦合发电装置在白天有太阳时，利用光伏与风力发电单元1中的光伏电池板11进行发电；同时，当有风吹向光伏电池板11以及叶片14时，风能对光伏电池板11以及叶片14进行冲击，从而使得光伏电池板11以及叶片14带动转轴13进行转动，在转动的过程中一方面能够带动与转轴13相传动连接的发电机2进行发电，另外一方面在光伏电池板11以及叶片14转动的过程中，光伏电池板11以及叶片14上积攒的灰尘以及杂质自行掉落，从而达到清洗光伏电池板11的目的，进而提高光伏电池板11在太阳照射下的发电效率，还可以与天气预报联网，达到避免自然灾害如积雪、冰雹等的损害。与此同时，本申请将光伏发电以及风力发电集成在一个光伏与风力发电单元1中，光伏电池板11不仅用于光伏发电，还在风力发电中作为驱动发电机2的受风件，如此，达到了降低土地使用量得目的。

如图1所示，光伏与风力发电单元1可以包括：光伏电池板11；与光伏电池板11相固定连接的转轴13，转轴13能带动光伏电池板11进行转动；固定安装在转轴13上的叶片14，叶片14沿转轴13的径向方向延伸；用于对转轴13的两端进行支撑的支架机构12。一般而言，光伏电池板11可以呈长方形或正方形，叶片14也可以呈长方形或正方形，两者的形状大小能够相配合即可。当然光伏电池板11和叶片14也可以呈其它形状，需要满足在风吹下能够带动转轴13转动即可。

如图1所示，为了便于光伏电池板11在风吹动下带动转轴13进行转动，一方面转轴13固定连接在光伏电池板11的中间位置。同时，在转轴13上还固定安装有叶片14，该叶片14垂直于光伏电池板11。通过上述方式，从而使得光伏与风力发电单元1形成一个类似三叶片14的风机。

在一种可行的实施方式中，上述叶片14可以由透光材料制成，这样能够使得阳光透过叶片14，避免该叶片14遮挡住阳光照射到光伏电池板11上，从而影响光伏电池板11的发电效率。在另一种可行的实施方式中，叶片14可以由光伏电池板11制成，如此即使叶片14遮挡住阳光照射到另一块光伏电池板11上，阳光也照射在叶片14上，叶片14也能够进行发电，从而提高光伏与风力发电单元1的发电量。

在一种可行的实施方式中，光伏电池板11可以采用双波光伏电池板11，如此，当光伏电池板11或叶片14处于转动状态下，无论正面或反面朝向太阳时均能够进行发电，提高了光伏与风力发电单元1发电的效率。

如图1所示，支架机构12用于对转轴13的两端进行支撑，从而使得光伏电池板11远离地面一定高度能够进行转动，在一种可行的实施方式中，支架机构12可以包括呈弧状的轨道121，转轴13的一端定位在支架机构12上，如通过铰链或轴承形式设置在支架机构12上，转轴13的另一端能在轨道121上进行移动。例如，转轴13的另一端上安装有滑轮131，滑轮131位于轨道121上，从而使得转轴13的另一端沿着弧状轨道121移动，在整个移动过程中，光伏电池板11和叶片14在水平面上进行一定程度的转动，其朝向发生了一定改变，这样可以调节角度以实现对太阳的跟踪。

在另一种可行的实施方式中，如图2所示，支架机构12可以包括用于对转轴13的一端进行支撑的第一支架体122和对转轴13的另一端进行支撑的第二支架体123，转轴13在第一支架体122和第二支架体123上能够进行转动。同时，转轴13在第一支架体122和第二支架体123上能够进行上下升降。当白天时，可以将转轴13高度降低，使得光伏电池板11的下端和叶片14的下端贴地，如此，光伏电池板11以一定角度朝向太阳，从而进行光伏发电。此时光伏电池板11和叶片14无法进行转动。当夜晚时，可以将转轴13高度升高，使得光伏电池板11的下端和叶片14的下端远离地面，此时，在风的作用下，光伏电池板11和叶片14可以带动转轴13进行转动，从而使得发电机2进行发电。

在一种可行的实施方式中，光伏与风力发电单元1为多个，多个光伏与风力发电单元1沿转轴13的延伸方向排列，相邻光伏与风力发电单元1中的转轴13相连接；一排光伏与风力发电单元1共用一个发电机2。该方式不但有效的减少了发电机2的使用量，而且单个光伏与风力发电单元1产生的扭矩较小，可能无法驱动发电机2进行转动，上述方式能够有效提高光伏与风力发电单元1产生的扭矩，降低在弱风下因扭矩不足而无法驱动发电机2转动的可能性。当然，在其它实施方式中，多个光伏与风力发电单元1也可以沿垂直于转轴13轴线的方向排列。

发电机2在风力发电系统中承担着机械能到电能转化的过程，它直接影响着转换过程的性能、效率和供电质量。因此，选用可靠性高、效率高、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电工作的一个重要任务。小型风光互补发电系统中的发电机一般有三相永磁同步发电机、直流发电机、电磁式交流发电机、爪极式发电机、磁阻式发电机和感应子式发电机等。

随着永磁材料的技术发展，永磁材料磁性能的大大提高，在光伏与风力耦合发电装置中可以主要使用永磁同步发电机，例如三相永磁同步发电机。三相永磁同步发电机2体积较小、而且价格便宜。永磁同步发电机的定子结构与一般同步电机相同，转子采用永磁结构，由于没有励磁绕组，不消耗励磁功率，因而有较高的发电效率，省去了换向装置和电刷，可靠性高，定子铁耗和机械损耗相对较小，使用寿命长。另外，起动阻力矩是用于微型、小型风电装置的低速永磁发电机的重要指标之一，它直接影响风力发电机的起动性能和低速运行性能。为了降低切向式永磁发电机的起动阻力矩，必须选择合适的齿数、极数配合，采用每极分数槽设计，分数槽的分母值越大，气隙磁导随转子位置越趋均匀，起动阻力矩也就越小。采用永磁同步发电机的小型风力发电机组优先采用直驱式结构，为了调节其输出功率，可以额外添加输出控制电路，即通过输出控制电路来实现调节输出功率。直驱式三相永磁同步发电机2有如下优点：1、由于传动系统部件的减少，省去了沉重的齿轮箱，零部件的数量得到大量简化。2、永磁发电技术的采用，提高了风力发电机组的可靠性和效率。3、机械传动机构的减少降低了风力发电机组的噪音，减少了机械损耗，提高了传动效率。4、可靠性的提高，降低了风力发电机组的运行维护成本。根据上文所介绍的优点，本申请光伏与风力耦合发电装置可以采用的是小型风力发电机，优选采用水平轴、直接驱动和三相永磁同步发电机，当然也可以是其它类型的发电机，在本申请中并不做任何限制。

在一种可行的实施方式中，发电机2在转轴13的带动下能够进行发电且发电机2在电驱动下能够进行转动以带动转轴13转动。在该实施方式中，发电机2同时可以起到电机的作用，进而通过发电机2的主动转动从而控制转轴13进行转动，如此，可以控制与转轴13相连接的光伏电池板11的朝向。一般对于北半球，取决与光伏与风力耦合发电装置所在地的纬度，光伏电池板11一般是与地面成30-45度角，以使得收光面积最大，时间最长，发电最多，通过上述方式能主动调整光伏电池板11的角度，使得光伏电池板11调整至不同季节下的最佳角度。另外，通过主动翻转光伏电池板11可以减少或吹扫光伏电池板11表面覆盖的砂尘。通过上述方式解决光伏电池板11的表面清洗问题，节约大量的清洗维护成本，对于在冰雪天气下还可让光伏电池板11与地面垂直以减少损失。

在一种可行的实施方式中，光伏与风力耦合发电装置可以包括：逆变器，逆变器分别与发电机2、光伏电池板11相电性连接。光伏电池板11和发电机2可以共用一套逆变系统和输电系统，从而实现电能的汇流与并网。

在一种可行的实施方式中，光伏与风力耦合发电装置可以包括：储能系统，储能系统分别与发电机2、光伏电池板11相电性连接，当用电低峰时，将发电机2、光伏电池板11产生的电能输入至储能系统进行存储。当用电高峰时，将发电机2、光伏电池板11产生的电能输入至逆变器、输电系统，进而实现电能的汇流与并网。

本申请充分利用风能之间光能的互补性，集光伏发电、风力发电于一个集成整体，从而降低系统投资成本，有效地提高单位面积的发电量。本光伏与风力耦合发电装置的运营成本低，推广性更强，应用面广，容易普及，还能减少污染排放、缓解环境压力。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述光伏与风力耦合发电装置包括：

光伏与风力发电单元，其包括：光伏电池板；与所述光伏电池板相固定连接的转轴，所述转轴能带动所述光伏电池板进行转动；固定安装在所述转轴上的叶片，所述叶片沿所述转轴的径向方向延伸；用于对所述转轴的两端进行支撑的支架机构；

与所述转轴相传动连接的发电机。

2.根据权利要求1所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述光伏电池板呈长方形或正方形，所述叶片呈长方形或正方形，所述转轴固定连接在所述光伏电池板的中间位置。

3.根据权利要求2所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述光伏与风力发电单元为多个，多个所述光伏与风力发电单元沿所述转轴的延伸方向排列，相邻所述光伏与风力发电单元中的转轴相连接；一排所述光伏与风力发电单元共用一个所述发电机。

4.根据权利要求2所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述叶片垂直于所述光伏电池板。

5.根据权利要求1所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述叶片由透光材料制成或所述叶片由光伏电池板制成。

6.根据权利要求1所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述发电机在所述转轴的带动下能够进行发电且所述发电机在电驱动下能够进行转动以带动所述转轴转动。

7.根据权利要求6所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述光伏电池板为双波光伏电池板。

8.根据权利要求1所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述支架机构包括呈弧状的轨道，所述转轴的一端定位在所述支架机构上，所述转轴的另一端能在所述轨道上进行移动。

9.根据权利要求1所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述光伏与风力耦合发电装置还包括：逆变器，所述逆变器分别与所述发电机、所述光伏电池板相电性连接；储能系统，所述储能系统分别与所述发电机、所述光伏电池板相电性连接，当用电低峰时，将所述发电机、所述光伏电池板产生的电能输入至所述储能系统进行存储。

10.根据权利要求1所述的光伏与风力耦合发电装置，其特征在于，所述发电机采用直驱式永磁同步发电机。

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