RU217788U1 - WIND SOLAR POWER PLANT - Google Patents

WIND SOLAR POWER PLANT Download PDF

Info

Publication number
RU217788U1
RU217788U1 RU2022122033U RU2022122033U RU217788U1 RU 217788 U1 RU217788 U1 RU 217788U1 RU 2022122033 U RU2022122033 U RU 2022122033U RU 2022122033 U RU2022122033 U RU 2022122033U RU 217788 U1 RU217788 U1 RU 217788U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
rotor
blades
axis
fixed
Prior art date
Application number
RU2022122033U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Викторович Перевалов
Original Assignee
Валерий Викторович Перевалов
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Викторович Перевалов filed Critical Валерий Викторович Перевалов
Application granted granted Critical
Publication of RU217788U1 publication Critical patent/RU217788U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к комбинированным ветросолнечным энергетическим установкам и может использоваться для получения энергии на бытовом уровне и в походных условиях. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств ВСЭУ. Также техническим результатом является повышение эффективности использования солнечных батарей, портативность, разборность и возможность использования на бытовом уровне. Указанные технические результаты достигаются за счет того, что ветросолнечная энергетическая установка, содержащая каркас, на котором установлен вертикально-осевой ротор с лопастями, направляющие поток ветра жесткие солнечные панели, расположенные на гребнях Бернулли, где последние размещены вокруг лопастей ротора, который соединен с генератором, отличающаяся тем, что гребни Бернулли выполнены с присосками на краях, которыми закреплены к верхней и нижней опорам, и образующие все вместе каркас, причем лопасти ротора закреплены сверху и снизу между верхней и нижней опорами, где верхняя опора выполнена прозрачной.

Figure 00000001
The utility model relates to combined wind and solar power plants and can be used to generate energy at the household level and in field conditions. The technical result is the expansion of the arsenal of technical means of the VSEU. Also, the technical result is to increase the efficiency of the use of solar panels, portability, collapsibility and the possibility of use at the household level. These technical results are achieved due to the fact that the wind solar power plant, containing a frame on which a vertical-axial rotor with blades is installed, rigid solar panels directing the wind flow, located on the Bernoulli ridges, where the latter are placed around the rotor blades, which is connected to the generator, characterized in that the Bernoulli combs are made with suction cups on the edges, which are fixed to the upper and lower supports, and forming a frame together, and the rotor blades are fixed from above and below between the upper and lower supports, where the upper support is made transparent.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к комбинированным ветросолнечным энергетическим установкам и может использоваться для получения энергии на бытовом уровне и в походных условиях.The utility model relates to combined wind and solar power plants and can be used to generate energy at the household level and in field conditions.

Проблема современных ветро- и солнечных генераторов энергии заключается в том, что все современные ветряки и фотоэлектрические преобразователи (солнечные панели) основываются на разработках более чем столетней давности. Ветряки вообще стали известны в Европе (Южная Испания) в XII веке. С тех пор они никак принципиально не изменились. Повысился КПД (точнее, коэффициент использования энергии ветра (киэв)), вплотную приблизившись к теоретическому пределу 0,5926. Но, правда, в процессе эксплуатации высокоэффективных ветроустановок выяснилось, что они крайне шумны и производят опасный уровень вибрации. Поэтому наиболее эффективные (и наиболее шумные и вибронагруженные) одно- и двухлопастные установки запрещены к эксплуатации. У наиболее употребимых тре хлопастных ветряков среднегодовой киэв, как правило, находится на уровне 0,24-0,28, что ненамного превышает аналогичный показатель ветряков XIX и даже XVIII веков. Чтобы довести среднегодовой показатель эффективности преобразования энергии ветра до приемлемых показателей, ветряки все чаще выносят на шельфовые участки морей. Таким образом, среднегодовой киэв удается довести до 0,31.The problem of modern wind and solar power generators is that all modern windmills and photovoltaic converters (solar panels) are based on developments more than a century ago. Windmills generally became known in Europe (Southern Spain) in the 12th century. Since then, they have not fundamentally changed. Efficiency has increased (more precisely, the coefficient of use of wind energy (kiev)), coming close to the theoretical limit of 0.5926. However, during the operation of highly efficient wind turbines, it turned out that they are extremely noisy and produce a dangerous level of vibration. Therefore, the most efficient (and the most noisy and vibration-loaded) one- and two-blade installations are prohibited for operation. For the most commonly used three-bladed windmills, the average annual kiev, as a rule, is at the level of 0.24-0.28, which is not much higher than that of windmills of the 19th and even 18th centuries. In order to bring the average annual efficiency of wind energy conversion to acceptable levels, windmills are increasingly being brought to the shelf areas of the seas. Thus, the average annual Kiev can be brought up to 0.31.

С другой стороны, в настоящее время все большее применение находят фотоэлектрические преобразователи. Их ассортимент очень велик, как по цене, где можно найти очень дешевые «китайские» солнечные панели, так и крайне дорогие «американские» и «японские» (в кавычках названия написаны потому, что все они, за редким исключением, производятся именно в Китае). Причем, по основной своей характеристике - КПД преобразования энергии Солнца в электрическую, все они находятся примерно на одном уровне, имея различия в пределах статистической погрешности 15-22%.On the other hand, photovoltaic converters are now increasingly being used. Their range is very large, both in price, where you can find very cheap "Chinese" solar panels, and extremely expensive "American" and "Japanese" (the names are written in quotation marks because all of them, with rare exceptions, are made in China ). Moreover, according to their main characteristic - the efficiency of the conversion of solar energy into electrical energy, all of them are approximately at the same level, having differences within the statistical error of 15-22%.

Поскольку современные солнечные панели изготавливаются на огромных предприятиях партиями по много миллионов квадратных метров, то в настоящее время их цена на рынке установилась на уровне примерно $0,8 за Вт номинальной мощности.Since today's solar panels are manufactured in huge factories in batches of many millions of square meters, their market price is currently set at about $0.8 per watt of rated power.

Логично было бы дополнить ветряк солнечной панелью и за небольшую прибавку по цене получить существенную (почти на треть) прибавку в мощности и стабильности в работе. Но простой монтаж солнечной панели на ветряк приводит лишь к увеличению ометаемой площади и, соответственно, к уменьшению удельной эффективности комплексированной установки: ветряк 1м2 мощностью 300 Вт + солнечная панель 1м2 мощностью 150 Вт = 2 м2 мощностью 450 Вт, или 1 м2 мощностью 225 Вт.It would be logical to supplement the windmill with a solar panel and get a significant (almost a third) increase in power and stability in operation for a small increase in price. But a simple installation of a solar panel on a windmill only leads to an increase in the swept area and, accordingly, to a decrease in the specific efficiency of the integrated installation: windmill 1m 2 with a power of 300 W + solar panel 1m 2 with a power of 150 W = 2 m 2 with a power of 450 W, or 1 m 2 power of 225 watts.

При этом конструктивно происходит объединение недостатков: остается сильно шумящий и вибрирующий ветряк, для ветряка и солнечной панели нужны отдельные инверторы и АКБ, то есть, на выходе мы получаем практически вдвое более дорогостоящую установку при незначительном повышении мощности. Но, правда, резко возрастает надежность и стабильность работы.At the same time, the disadvantages are structurally combined: a very noisy and vibrating windmill remains, the windmill and the solar panel require separate inverters and batteries, that is, at the output we get an installation that is almost twice as expensive with a slight increase in power. But, however, the reliability and stability of work sharply increases.

Известны различные ветроэнергетические установки гражданского назначения.Various civil wind turbines are known.

Ветроэнергетические установки «Винд-Ротор» (ОАО «НИИМЕСТПРОМ» г. Нижний Новгород) малой и средней мощности для гражданского назначения - это ветроэнергетические установки роторного типа. Они предназначены для преобразования кинетической энергии ветра во вращательное движение ротора с последующей выработкой генератором электрической энергии, которая используется для электроснабжения индивидуальных жилых домов, коттеджей, небольших сельских муниципальных образований, дачных поселков, крестьянско-фермерских хозяйств и других потребителей, подключение которых к системам централизованного электроснабжения невозможно или очень дорого.Wind turbines "Wind-Rotor" (OJSC "NIIMESTPROM" Nizhny Novgorod) of small and medium power for civil purposes are rotary wind turbines. They are designed to convert the kinetic energy of the wind into rotational motion of the rotor, followed by the generation of electrical energy by the generator, which is used to supply power to individual residential buildings, cottages, small rural municipalities, holiday villages, peasant farms and other consumers connected to centralized power supply systems. impossible or very expensive.

Известен вертикальный ветрогенератор LT 1500 (Компания «Светлый город»), имеющий 2 ряда лопастей с эффектом турбирования. Предназначен для преобразования механической энергии ветра в электрическую. Диапазон высоты рекомендуемой мачты 3-10м. Ветрогенератор может быть укомплектован контроллером заряда батарей с номинальным выходным напряжением 12/24/48 В.Known vertical wind generator LT 1500 (Company "Light City"), having 2 rows of blades with turbo effect. Designed to convert mechanical wind energy into electrical energy. Recommended mast height range 3-10m. The wind generator can be equipped with a battery charge controller with a nominal output voltage of 12/24/48 V.

Также известна модель ветрогенератора «ВЭУ-Исток 800-1», которая была одной из первых роторных вертикально-осевых установок. В действительности, ее малая габаритность, по сравнению с другими моделями, и небольшая ометаемая площадь показали достойные результаты на этапе тестовых запусков.Also known is the model of the wind generator "VEU-Istok 800-1", which was one of the first rotary vertical-axis installations. In fact, its small size, compared to other models, and a small swept area showed decent results at the stage of test launches.

Известны ветросолнечые установки AeroGreen (http://aerogreen.info/). Ветросолнечая установка состоит из верхнего обтекателя, электрогенератора, кольцевого обтекателя, аэродинамической турбины. Аэродинамическая турбина состоит из двух многолопастных ветроколес, одно из которых неподвижно и предназначено для направления воздушного потока, выполненных по схеме осевой турбины современного авиадвигателя из легких композитных материалов для преобразования воздушного потока в крутящий момент.AeroGreen wind and solar installations are known (http://aerogreen.info/). The wind and solar installation consists of an upper fairing, an electric generator, an annular fairing, and an aerodynamic turbine. The aerodynamic turbine consists of two multi-blade wind wheels, one of which is fixed and designed to direct the air flow, made according to the scheme of an axial turbine of a modern aircraft engine from light composite materials to convert the air flow into torque.

Данная ветроустановка не требует ориентации на ветер, выполнена по современным турбинным технологиям из легких композитных материалов, работающая в широком скоростном диапазоне ветров 3-50 м/с.This wind turbine does not require orientation to the wind, it is made using modern turbine technologies from light composite materials, operating in a wide wind speed range of 3-50 m/s.

Верхний обтекатель с гибкими солнечными батареями (элементами) предназначен для защиты аэродинамической турбины от неблагоприятных атмосферных воздействий и создания зоны разрежения для организации направленного движения воздушного потока. Гибкие фотоэлементы позволяют преобразовать солнечную энергию в электричество.The upper fairing with flexible solar panels (elements) is designed to protect the aerodynamic turbine from adverse atmospheric effects and create a rarefaction zone for organizing directed air flow. Flexible solar cells allow you to convert solar energy into electricity.

Основное преимущество ветроустановки AeroGreen состоит в том, что при сопоставимой с традиционными установками цене изготовления, эффективность использования ветра в 2 раза выше, чем у аналогичных традиционных конструкций, что подтверждено сравнительными лабораторными испытаниями.The main advantage of the AeroGreen wind turbine is that, at a manufacturing price comparable to traditional wind turbines, the efficiency of using wind is 2 times higher than that of similar traditional designs, which is confirmed by comparative laboratory tests.

Электрогенератор на постоянных магнитах предназначен для высокоэффективного преобразования крутящего момента, создаваемого аэродинамической турбиной в электрическую энергию.The permanent magnet electric generator is designed for highly efficient conversion of the torque generated by the aerodynamic turbine into electrical energy.

Для установки AeroGreen отсутствует необходимость ориентации на ветер. Традиционные установки либо направлены в одну сторону, откуда преимущественно дует ветер, либо оснащены системой слежения за ветром, которая или очень дорогая электронная или механическая, которая снижает коэффициент использования ветра, поскольку эффективно и своевременно следить за ветром не может.AeroGreen does not require wind orientation. Traditional installations are either directed in one direction, from where the wind predominantly blows, or equipped with a wind tracking system, which is either very expensive electronic or mechanical, which reduces the wind utilization rate, since it cannot monitor the wind effectively and in a timely manner.

Есть и аналогичные установки, которым также не важно, с какой стороны дует ветер - но их КПД более чем в 2 раза меньше традиционных.There are similar installations, which also do not care which side the wind blows - but their efficiency is more than 2 times less than traditional ones.

Кольцевой обтекатель и корпус с направляющими плоскостями предназначен для защиты аэродинамической турбины от неблагоприятных атмосферных воздействий и обеспечения ускорения и организации разнонаправленного порывистого ветра для устойчивой работы ветроколеса.The annular fairing and housing with guide planes are designed to protect the aerodynamic turbine from adverse atmospheric effects and to ensure acceleration and organization of multidirectional gusty wind for stable operation of the wind turbine.

Установка имеет низкую скорость страгивания (от 1 м/с). При отрицательных температурах, благодаря закрытой конструкции отсутствует обледенение при эксплуатации в условиях снегопада, мокрого снега.The unit has a low breaking speed (from 1 m/s). At negative temperatures, due to the closed design, there is no icing during operation in conditions of snowfall, sleet.

При ураганных ветрах у установки AeroGreen наблюдается повышение эффективности, в то время, когда традиционные конструкции либо «складываются» и перестают работать, во избежание разлома всей конструкции, либо используют специальные дорогостоящие системы торможения. Особенности конструкции позволяют практически полностью избавится от шумов, благодаря использованию высокооборотистой турбины (шум при работе характерен для лопастных ветроустановок).In gale-force winds, the AeroGreen installation is seeing an increase in efficiency, at a time when traditional structures either “fold” and stop working to avoid breaking the entire structure, or use special expensive braking systems. Design features allow you to almost completely get rid of noise, thanks to the use of a high-speed turbine (noise during operation is typical for bladed wind turbines).

Известны вертикальные ветровые турбины VAWT (США). Ветряные турбины Vertical Axis Wind Turbines производства США (https://wiki5.ru/wiki/Vertical_axis_wind_turbine) в настоящий день считаются самыми лучшими в мире вертикальными ветрогенераторами. Мощность турбин для коммерческой или частной эксплуатации в воздушной или водной среде варьируется от 2,5 кВ до 250 кВ.Known vertical wind turbines VAWT (USA). Wind turbines Vertical Axis Wind Turbines manufactured in the USA (https://wiki5.ru/wiki/Vertical_axis_wind_turbine) are currently considered the best vertical wind turbines in the world. Turbines for commercial or private operation in air or water range from 2.5 kV to 250 kV.

Они эффективны в работе в условиях низкой скорости ветра или течения воды, там, где традиционные системы неэффективны или не работают вообще.They are effective in low wind speeds or water currents, where traditional systems are inefficient or do not work at all.

Турбины спроектированы для условий тяжелого климата. Электропроводка рассчитана на работу в условиях арктического климата. Подшипники предназначены для работы в любых условиях, и способны работать при полном обледенении лопастей, а сами лопасти способны выдерживать удары градин размером с мяч для гольфа. Поверхность турбины полностью покрывается защитным слоем.Turbines are designed for severe climate conditions. The wiring is designed to work in the arctic climate. The bearings are designed to work in all conditions, and are able to work with full icing of the blades, and the blades themselves are able to withstand the blows of hailstones the size of a golf ball. The surface of the turbine is completely covered with a protective layer.

Вертикальные ветровые турбины на постоянных магнитах с эффектом левитации практически не нуждаются в техобслуживании, так как имеет только 2 движущиеся части с 15 летним сроком эксплуатации (закрытые подшипники). Установка способна работать в любых тяжелых климатических условиях от арктического побережья до экваториального пояса и регионов с высоким содержанием соли в воздухе, без снижения эффективности. Все части турбины выполнены из авиационного алюминия 2024 и нержавеющей стали 316 и покрыты специальным порошковым защитным слоем.Vertical wind turbines with permanent magnets with levitation effect are practically maintenance-free, as they have only 2 moving parts with a 15-year life (sealed bearings). The unit is capable of operating in any severe climatic conditions from the Arctic coast to the equatorial belt and regions with a high salt content in the air, without reducing efficiency. All parts of the turbine are made of 2024 aircraft aluminum and 316 stainless steel and coated with a special powder protective layer.

Чтобы достичь заявленной мощности, установка должна компоноваться экранами-уловителями ветра. Ветровая энергия определяется массой улавливаемого слоя воздуха. Чтобы добиться большего КПД или большей скорости ветра, установку необходимо компоновать экранами-уловителями ветра. Например, 0,5кВА установка при силе ветра 10,72 м/с, выдаст только около 100 Вт энергии, тогда как с экранами-уловителями мощность достигает заявленной.In order to achieve the declared power, the installation must be assembled with wind trapping screens. Wind energy is determined by the mass of the trapped air layer. In order to achieve greater efficiency or greater wind speed, the installation must be assembled with wind trapping screens. For example, a 0.5 kVA installation with a wind force of 10.72 m / s will only give out about 100 W of energy, while with screen traps, the power reaches the declared one.

Известна установка башенного типа компании ODIN Energy (Корея), также работающая по принципу ветросолнечной генерации электроэнергии. Система направляющих установки позволяет существенно увеличить коэффициент использования ветра по сравнению с существующими ветротурбинами с вертикальной осью вращения за счет преобразования турбулентного потока в ламинарный, также за счет увеличения скорости ветрового потока и применения эффекта Venturi.Known installation tower type company ODIN Energy (Korea), also operating on the principle of wind solar power generation. The guiding system of the installation allows to significantly increase the wind utilization factor in comparison with existing wind turbines with a vertical axis of rotation by converting turbulent flow into laminar flow, also by increasing the wind flow velocity and applying the Venturi effect.

Все известные системы генерации имеют низкую эффективность использования энергии ветра, выполнены в различных вариациях турбины Савониуса (теоретический киэв ξ - 0,18), кроме системы Aerogreen.All known generation systems have low efficiency of wind energy use, are made in various variations of the Savonius turbine (theoretical kiev ξ - 0.18), except for the Aerogreen system.

Никто из производителей не дает значений ξ свой установки, указывая лишь на то, что их установка «вдвое-втрое эффективнее, чем другие».None of the manufacturers give the values of ξ of their installation, indicating only that their installation is "twice or three times more efficient than others."

Также все известные системы генерации имеют высокую материалоемкость - порядка 500 кг на 1 кВт номинальной мощности, при этом WR-1 - 2000 кг на 1 кВт, имеют низкую удельную мощность 100-150 Вт на м2 ометаемой площади при скоростях ветра выше 10 м/сек. Наименьшее значение показывает WR-1 - 20 Вт, наибольшее LT-1500 (230 Вт).Also, all known generation systems have a high material consumption - about 500 kg per 1 kW of rated power, while WR-1 - 2000 kg per 1 kW, have a low specific power of 100-150 W per m 2 of swept area at wind speeds above 10 m / sec. The smallest value shows WR-1 - 20 W, the largest LT-1500 (230 W).

Эти обстоятельства приводят к высокой себестоимости производимой ими электроэнергии.These circumstances lead to a high cost of electricity produced by them.

В настоящее время в мировом эксплуатируемом парке ветроэнергетических установок традиционные горизонтально-осевые установки (ГО ВЭУ) составляют подавляющее большинство, а их серийным выпуском занимаются сотни предприятий. Отставание в освоении вертикально-осевых ВЭУ (ВО ВЭУ) вызвано несколькими причинами. Во-первых, вертикально-осевые ВЭУ были изобретены только в XX веке (ротор Савониуса - в 1929 г., ротор Дарье - в 1931 г., ротор Масгроува - в 1975 г.). Во-вторых, до недавнего времени считалось, что предельный коэффициент использования энергии ветра у вертикально-осевых ВЭУ ниже, чем у горизонтально-осевых пропеллерных. Правда, как показывают результаты современных исследований и опыта эксплуатации, КИЭВ как горизонтально-осевых, так и вертикально-осевых находится примерно в одном диапазоне: для горизонтально-осевых ВЭУ 0,25-0,47, для вертикально-осевых 0,09-0,48.At present, in the world's operating park of wind power plants, traditional horizontal-axis wind turbines (HA wind turbines) make up the vast majority, and hundreds of enterprises are engaged in their serial production. The lag in the development of vertical-axis wind turbines (VO wind turbines) is due to several reasons. Firstly, vertical-axis wind turbines were invented only in the 20th century (Savonius rotor - in 1929, Darrieus rotor - in 1931, Musgrove rotor - in 1975). Secondly, until recently it was believed that the marginal wind energy utilization factor for vertical-axis wind turbines is lower than for horizontal-axis propeller ones. True, as the results of modern research and operating experience show, KIEV, both horizontal-axial and vertical-axial, is approximately in the same range: for horizontal-axial wind turbines 0.25-0.47, for vertical-axial wind turbines 0.09-0 .48.

При этом у ВО ВЭУ имеются очевидные недостатки, о которых все знают, но мирятся как с неустранимой необходимостью. В них практически невозможно эффективно ориентировать ветроколесо при изменении направления ветра из-за запаздывания действия механизмов ориентации. Для ветроустановок средней и большой мощности с диаметром ветроколеса более 30-40 м эффективность его ориентации на ветер снижается вследствие некомпланарности и различия в скоростях ветрового потока по длине размаха лопастей, что приводит к невозможности установки ветроколеса в оптимальное направление ориентации. По этой причине снижаются выработка электроэнергии (вследствие уменьшения используемой энергии ветрового потока) и экономическая эффективность ветроустановки. К конструктивным недостаткам можно отнести то, что система ориентации разрывает жесткую связь между гондолой (корпусом ветроагрегата) и опорной башней горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ, чем обусловливаются появление автоколебаний и различие в частотных характеристиках подвижной и неподвижной частей конструкции, что, в конечном счете, снижает надежность и увеличивает амортизационные издержки.At the same time, the WPP has obvious shortcomings, which everyone knows about, but puts up with as an unavoidable necessity. In them, it is almost impossible to effectively orient the wind wheel when the wind direction changes due to the delay in the action of the orientation mechanisms. For wind turbines of medium and high power with a wind wheel diameter of more than 30-40 m, the efficiency of its orientation to the wind is reduced due to non-coplanarity and differences in wind flow speeds along the length of the blade span, which makes it impossible to install the wind wheel in the optimal direction of orientation. For this reason, electricity generation is reduced (due to a decrease in the energy used by the wind flow) and the economic efficiency of the wind turbine. The design disadvantages include the fact that the orientation system breaks the rigid connection between the nacelle (wind turbine housing) and the support tower of the horizontal-axis propeller wind turbine, which causes the appearance of self-oscillations and the difference in the frequency characteristics of the movable and fixed parts of the structure, which ultimately reduces reliability and increase depreciation costs.

Эффективность же работы вертикально осевых ВЭУ принципиально не зависит от направления ветра, в связи с чем отпадает необходимость в механизмах и системах ориентации на ветер. Неравенство характеристик ветрового потока по высоте приводит лишь к некоторому выравниванию моментов поворота, снимаемых с лопастей.The efficiency of vertical axis wind turbines does not fundamentally depend on the direction of the wind, and therefore there is no need for mechanisms and systems of orientation to the wind. The inequality of the characteristics of the wind flow in height leads only to some alignment of the turning moments taken from the blades.

Все сечения лопасти горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ находятся в разных энергетических состояниях по причине различия окружных скоростей и углов атаки. Это различие значительно снижается благодаря скрутке сечений лопасти относительно друг друга. Особенности инерционного нагружения лопасти приводят к необходимости сужения профиля к концу лопасти. Таким образом, пропеллерная лопасть конструктивно представляется значительно более сложной, чем прямая, а особенно симметричная относительно хордовой плоскости лопасть ВО ВЭУ.All blade sections of a horizontal-axial propeller wind turbine are in different energy states due to differences in circumferential speeds and angles of attack. This difference is significantly reduced due to the twisting of the blade sections relative to each other. Features of the inertial loading of the blade lead to the need to narrow the profile to the end of the blade. Thus, the propeller blade is structurally much more complex than the straight, and especially symmetric with respect to the chordal plane, blade of the WPP.

Поворот лопастей горизонтально-осевой пропеллерной ВЭУ отработан и используется не только как средство торможения ветроколеса (наряду с обычным фрикционным), но главным образом как средство поиска оптимального угла установки лопасти для удержания ветроколеса на предельно возможном числе оборотов во избежание выхода его вразнос. Применение системы поворота лопастей значительно усложняет конструкцию ВЭУ, так как при этом нужны и система непрерывного слежения за числом оборотов, и поворотные устройства с приводами для каждой лопасти, и система автоматического управления углами поворота лопастей.The rotation of the blades of a horizontal-axis propeller wind turbine has been worked out and is used not only as a means of braking the wind wheel (along with the usual frictional one), but mainly as a means of finding the optimal blade angle to keep the wind wheel at the maximum possible number of revolutions in order to avoid its runaway. The use of a blade turning system significantly complicates the design of a wind turbine, since it requires a continuous monitoring system for the number of revolutions, and turning devices with drives for each blade, and a system for automatically controlling the angles of rotation of the blades.

Следующая проблема ВО ВЭУ всем известна и заключается в сильном шуме, который они издают при работе. Он появляется в связи с давлением и трением набегающего ветрового потока об элементы ВЭУ, в основном лопасти, траверсы, стяжки. При этом каждая лопасть и траверса испытывает знакопеременную нагрузку, за счет чего может генерироваться и механический шум различных частот.The next problem of wind turbines is known to everyone and is the strong noise that they emit during operation. It appears in connection with the pressure and friction of the oncoming wind flow on the elements of the wind turbine, mainly blades, traverses, couplers. In this case, each blade and traverse experiences an alternating load, due to which mechanical noise of various frequencies can also be generated.

Среди наиболее опасных - ультразвук и инфразвук.Among the most dangerous are ultrasound and infrasound.

Аэродинамический ультразвук может генерироваться малыми и/или тонкими элементами ВЭУ, например, тросовыми растяжками, кронштейнами, стяжками, фиксаторами болтовых соединений, фрагментами высохших тел насекомых, бьющихся о лопасти крыльчатки и т.д.Aerodynamic ultrasound can be generated by small and/or thin elements of wind turbines, for example, guy ropes, brackets, ties, bolt fasteners, fragments of dried insect bodies hitting the impeller blades, etc.

Аэродинамический инфразвук появляется за счет срыва потока с лопастей, турбулентности ветрового потока за ВЭУ. Этот вид шума, кстати, принципиально не может возникнуть у вертикально-осевых установок. Механический инфразвук образуется в процессе появления соответствующих гармоник при работе вращающихся частей ступицы ветроустановки за счет неидеальности трущихся поверхностей, явных и скрытых дефектов и дисбалансов.Aerodynamic infrasound appears due to the separation of the flow from the blades, the turbulence of the wind flow behind the wind turbine. This type of noise, by the way, cannot arise in principle with vertical-axis installations. Mechanical infrasound is formed in the process of the appearance of the corresponding harmonics during the operation of the rotating parts of the wind turbine hub due to the imperfection of the rubbing surfaces, obvious and hidden defects and imbalances.

В целом шумовое загрязнение у современных ВО ВЭУ таково, что для борьбы с ним приходится идти на сознательное снижение эффективности использования энергии ветра до 0,24. Запрещена промышленная эксплуатация одно- и двухлопастных ВЭУ, хотя они наиболее эффективны и обеспечивают максимальные значения быстроходности.In general, noise pollution in modern wind turbines is such that in order to combat it, one has to deliberately reduce the efficiency of wind energy use to 0.24. The industrial operation of one- and two-bladed wind turbines is prohibited, although they are the most efficient and provide maximum speed values.

Поэтому очевиден непрерывный рост интереса к вертикально-осевым ветроэнергетическим установкам, что отразилось, например, в реализации, как минимум, четырех основных методов их разработки, позволяющих создавать конструкции, наиболее полно соответствующих условиям их преимущественной эксплуатации.Therefore, the continuous growth of interest in vertical-axis wind turbines is obvious, which was reflected, for example, in the implementation of at least four main methods for their development, which make it possible to create structures that most fully correspond to the conditions of their primary operation.

Ветровой агрегат (ВА) ветросолнечой энергетической установки (ВСЭУ) состоит из следующих устройств:The wind unit (VA) of the wind and solar power plant (VSEU) consists of the following devices:

Направляющий аппаратguide apparatus

РоторRotor

Направляющий аппарат состоит из верхней и нижней опор, и неподвижных лопаток.The guide apparatus consists of upper and lower supports, and fixed blades.

Верхнее и нижнее основание могут быть как монолитными, сплошными и закрытыми, так и открытыми, составными. По центру оснований установлены наплывы, в которых располагаются подшипники: верхний - качения, нижний - качения, упорный.The upper and lower base can be either monolithic, solid and closed, or open, composite. In the center of the bases there are influxes in which the bearings are located: the upper one - rolling, the lower one - rolling, thrust.

По радиусу ротора на нижнем основании могут быть установлены подпятники, выполненные либо как подшипники скольжения, либо качения.Along the radius of the rotor on the lower base, thrust bearings can be installed, made either as plain bearings or rolling bearings.

К нижнему основанию крепятся установочные устройства.Mounting devices are attached to the bottom base.

К нижнему основанию ВСЭУ крепится юбка, в которой находится блок регулировочно-преобразовательного оборудования и АКБ. К юбке крепятся установочные устройства.A skirt is attached to the lower base of the VSEU, in which there is a block of control and conversion equipment and a battery. Mounting devices are attached to the skirt.

Ротор состоит из верхней и нижней опор (сплошных, монолитных для маломощных ВСЭУ, либо составных для более мощных), а также лопастей ротора.The rotor consists of upper and lower supports (solid, monolithic for low-power VSPP, or composite for more powerful ones), as well as rotor blades.

Основания по центру содержат ось, которая устанавливаются в подшипники. Ось также содержит ответные места для установки шкива, зубчатых колес, либо фрикционной передачи.The bases in the center contain an axle that is mounted in bearings. The axle also contains reciprocal places for installing a pulley, gears, or friction gear.

В патентной литературе также известны электростанции, в которых ветрогенераторы и солнечные панели объединены в одном устройстве, в том числе, использующих солнечные панели в качестве направляющих ветер створок (например, KR20130062662, KR20120080155, JP2014169671), вообще известны. Такое комбинирование позволяет повысить эффективность электростанции в условиях слабых, порывистых ветров и слабого солнечного освещения.Also known in the patent literature are power plants in which wind turbines and solar panels are combined in one device, including those using solar panels as wind guide flaps (for example, KR20130062662, KR20120080155, JP2014169671), are generally known. This combination improves the efficiency of the power plant in conditions of weak, gusty winds and low sunlight.

Известен ветродвигатель с вертикальной осью вращения (RU2550993), содержащий ветровую турбину с лопастями S-образной формы, снабженный каркасом в виде многоугольной призмы с поворотными ветронаправляющими экранами. Ветронаправляющие экраны установлены на каждой стороне многоугольной призмы с возможностью обеспечения плавного перетекания воздуха с них на лопасти S-образной формы ветровой турбины. Ветродвигатель выполнен в виде башни. Ветронаправляющие экраны выполнены поворотными с углом поворота от 0° до 90° с возможностью выполнения функции жалюзи и прикрытия каждой стороны каркаса. S-образные лопасти характеризуются низкой скоростью и производительностью.Known wind turbine with a vertical axis of rotation (RU2550993), containing a wind turbine with S-shaped blades, equipped with a frame in the form of a polygonal prism with rotary windscreens. Wind guide screens are installed on each side of the polygonal prism with the ability to ensure smooth air flow from them to the S-shaped blades of the wind turbine. The wind turbine is made in the form of a tower. The wind guide screens are rotatable with a rotation angle from 0° to 90° with the possibility of performing the function of blinds and covering each side of the frame. S-shaped blades are characterized by low speed and productivity.

Известна фотоветровая автономная электростанция (RU188712) с вертикально-осевым ротором на магнитных подвесах и концентратором ветрового потока. Вертикально-осевой ротор ветрового электрогенератора вращается внутри концентратора ветрового потока, представляющего собой жесткие вертикальные пластины. Фотоветровая автономная электростанция оснащается мультипликатором, обеспечивающим оптимальную передачу крутящего момента с вала ротора на вал электрогенератора. Фотоэлектрические преобразователи размещены на одной стороне каждой из плоских направляющих поверхностей вертикальных пластин концентратора ветрового потока, а оборотные стороны направляющих поверхностей вертикальных пластин концентратора ветрового потока изготавливаются из светоотражающих материалов. Вертикально-осевой ротор электростанции опирается на магнитные подвесы, представляющие собой взаимно отталкивающиеся постоянные магниты, выполненные в форме дисков с отверстием посередине каждого диска для прикрепления дисков к валу вертикально-осевого ротора. Инвертор обеспечивает стабильные характеристики электроэнергии, направляемой потребителю от блока аккумуляторов. Использование одного асинхронного генератора на магнитных подвесах с демультипликатором имеет недостаток: создается дополнительный шум, увеличивается момент трогания ротора. Жесткие вертикальные пластины имеют с одной из сторон светоотражающие поверхности, с другой фотоэлектрические преобразователи. Недостатком конструкции является недостаточная эффективность работы светоотражающих поверхностей в условиях возможного загрязнения, налипания снега, что в свою очередь снижает эффективность работы всего блока солнечных модулей.Known photovoltaic autonomous power plant (RU188712) with a vertical-axial rotor on magnetic suspensions and a wind flow concentrator. The vertical-axial rotor of the wind power generator rotates inside the wind flow concentrator, which is a rigid vertical plate. The photowind autonomous power plant is equipped with a multiplier that ensures optimal transmission of torque from the rotor shaft to the generator shaft. Photoelectric converters are placed on one side of each of the flat guide surfaces of the vertical plates of the wind flow concentrator, and the reverse sides of the guide surfaces of the vertical plates of the wind flow concentrator are made of reflective materials. The vertical-axial rotor of the power plant is supported by magnetic suspensions, which are mutually repulsive permanent magnets, made in the form of disks with a hole in the middle of each disk for attaching the disks to the shaft of the vertical-axial rotor. The inverter provides stable characteristics of electricity sent to the consumer from the battery pack. The use of one asynchronous generator on magnetic suspensions with a demultiplier has a disadvantage: additional noise is created, the moment of starting the rotor increases. Rigid vertical plates have reflective surfaces on one side, and photoelectric converters on the other. The disadvantage of the design is the insufficient efficiency of the reflective surfaces in conditions of possible pollution, snow sticking, which in turn reduces the efficiency of the entire block of solar modules.

Известна фотоветровая электростанция (патент RU193683, опубл.: 11.11.2019) содержащая каркас, на котором установлены по-меньшей мере два вертикально-осевых ротора с лопастями один над другим, направляющие поток ветра жесткие солнечные панели, каждый ротор соединен с генератором.A photowind power plant is known (patent RU193683, publ.: 11/11/2019) containing a frame on which at least two vertical-axial rotors with blades are installed one above the other, rigid solar panels directing the wind flow, each rotor is connected to a generator.

Известные аналоги, имеют те же технические проблемы, что присущи вышеописанным промышленным установкам, поскольку они также выполнены по принципу системы Савониуса.Known analogues have the same technical problems as the industrial plants described above, since they are also made according to the principle of the Savonius system.

Наиболее близким аналогом является ветрогелиоэнергетическая установка (патент RU148242U, опубл.: 27.11.2014) содержащая платформу, на которой в подшипниковой опоре установлен вертикальный вал, сообщающийся с ротором электрогенератора и солнечные батареи, размещенные сверху, отличающаяся тем, что на вертикальном валу жестко закреплена неподвижная аэродинамическая конструкция, содержащая вертикально установленные панели, на которых размещены солнечные батареи, электрические выходы которых параллельно соединены с обмоткой ротора электрогенератора и блоком преобразования напряжения, к которому также подключена обмотка стартера электрогенератора.The closest analogue is a wind solar power plant (patent RU148242U, publ.: 11/27/2014) containing a platform on which a vertical shaft is installed in a bearing support, which communicates with the rotor of the electric generator and solar panels placed on top, characterized in that a stationary an aerodynamic structure containing vertically mounted panels on which solar batteries are placed, the electrical outputs of which are connected in parallel with the winding of the rotor of the electric generator and the voltage conversion unit, to which the winding of the starter of the electric generator is also connected.

Прототип частично усиливает эффективность установок системы Савониуса, но и имеет свои технические проблемы.The prototype partially enhances the efficiency of Savonius system installations, but also has its own technical problems.

Так, прототип решает задачу возможности работы установки вне зависимости от направления ветра.So, the prototype solves the problem of the ability of the installation to work regardless of the direction of the wind.

Но в прототипе не решена проблема отвода воздушных масс сверху и снизу ротора, в результате чего возникающие в роторе завихрения тормозят набегающие потоки воздуха ветра, что ограничивает возможность работы установки при малых потоках ветра. Кроме того, солнечные панели используются не эффективно.But the prototype has not solved the problem of removing air masses from above and below the rotor, as a result of which the turbulences that occur in the rotor slow down the oncoming wind flows, which limits the ability of the installation to operate at low wind flows. In addition, solar panels are not used efficiently.

Задачей настоящего решения является создание усовершенствованной ВСЭУ, в которой минимизированы недостатки известных ВСЭУ, работающих на основе системы Савониуса и улучшена конструкция прототипа.The objective of this solution is to create an improved VSEU, in which the shortcomings of the known VSEUs operating on the basis of the Savonius system are minimized and the design of the prototype is improved.

Техническим результатом настоящего решения является расширение арсенала технических средств ВСЭУ. Также, техническим результатом является повышение эффективности использования солнечных батарей, портативность, разборность и возможность использования на бытовом уровне.The technical result of this solution is the expansion of the arsenal of VSEU technical means. Also, the technical result is to increase the efficiency of the use of solar panels, portability, collapsibility and the possibility of use at the household level.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что заявлена ветросолнечная энергетическая установка, содержащая каркас, на котором установлен вертикально-осевой ротор с лопастями, направляющие поток ветра жесткие солнечные панели, расположенные на направляющих поток ветра, где последние размещены вокруг лопастей ротора, который соединен с генератором, при этом направляющие поток ветра установлены вдоль квадратных элементов верхней и нижней опор, образующие вместе каркас, при этом лопасти ротора закреплены сверху и снизу на кольцевых опорах, каждая из которых соединена с осью вращения ротора горизонтально расположенными лопастями, где в нижней кольцевой опоре лопасти ориентированы направлением воздушного потока вниз, а в верхней кольцевой опоре лопасти ориентированы направлением воздушного потока вверх, при этом верхняя кольцевая опора и верхняя квадратная опора каркаса выполнены прозрачными.These technical results are achieved due to the fact that a wind solar power plant is claimed, containing a frame on which a vertical-axial rotor with blades is installed, rigid solar panels directing the wind flow, located on the wind flow guides, where the latter are placed around the rotor blades, which is connected to generator, while directing the wind flow is installed along the square elements of the upper and lower supports, forming together a frame, while the rotor blades are fixed above and below on the annular supports, each of which is connected to the axis of rotation of the rotor by horizontally located blades, where in the lower annular support the blades are oriented with the direction of the air flow downwards, and in the upper annular support the blades are oriented with the direction of the air flow upwards, while the upper annular support and the upper square support of the frame are made transparent.

Предпочтительно, направляющие поток ветра выполнены с присосками на краях, которыми закреплены к верхней и нижней опорам, и образующие все вместе каркас.Preferably, the wind guides are provided with suction cups on the edges, which are fixed to the upper and lower supports, and together forming a frame.

Предпочтительно, направляющие поток ветра расположены вдоль квадратных элементов верхней и нижней опор.Preferably, the wind guides are located along the square elements of the upper and lower supports.

Между верхней и нижней кольцевой опорами закреплены по меньшей мере две вертикально ориентированные лопасти, закрепленные вверху и/или внизу к опорным элементам, соединенным с ось вращения ротора.Between the upper and lower annular supports, at least two vertically oriented blades are fixed, fixed at the top and/or bottom to the support elements connected to the axis of rotation of the rotor.

Предпочтительно, каждая кольцевая опора соединена с осью вращения ротора горизонтально расположенными лопастями, где в нижней кольцевой опоре лопасти ориентированы направлением воздушного потока вниз, а в верхней кольцевой опоре лопасти ориентированы направлением воздушного потока вверх.Preferably, each annular support is connected to the axis of rotation of the rotor by horizontally located blades, where in the lower annular support the blades are oriented with the direction of the air flow downwards, and in the upper annular support the blades are oriented with the direction of the air flow upwards.

Предпочтительно, направляющие поток ветра также установлены в верхней части ротора над верхней кольцевой опорой и ориентированы под уклоном к ней.Preferably, the wind guides are also installed in the upper part of the rotor above the upper annular support and oriented at a slope towards it.

Предпочтительно, между верхней и нижней кольцевой опорами на оси закреплены по меньшей мере две вертикально расположенные лопасти, закрепленные вверху и внизу с опорными пластинами, а каждая опорная пластина в центре соединена с осью вращения ротора.Preferably, between the upper and lower annular supports, at least two vertically arranged blades are fixed on the axis, fixed at the top and bottom with support plates, and each support plate in the center is connected to the axis of rotation of the rotor.

Допустимо, что нижняя опорная пластина в центре соединена с ось вращения ротора через муфту свободного хода.It is possible that the lower support plate in the center is connected to the rotor's axis of rotation through a freewheel.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Ветросолнечая энергетическая установка состоит из каркаса, на котором установлен вертикально-осевой ротор с лопастями, направляющие поток ветра жесткие солнечные панели, где ротор соединен с генератором.The wind-solar power plant consists of a frame on which a vertical-axial rotor with blades is installed, rigid solar panels directing the wind flow, where the rotor is connected to a generator.

Вокруг лопастей ротора установлены направляющие поток ветра вдоль квадратных элементов верхней и нижней опор, образующие вместе каркас.Wind flow guides are installed around the rotor blades along the square elements of the upper and lower supports, which together form a frame.

Направляющие поток ветра 5 (см. фиг. 7), размещенные вдоль квадратных элементов 4.1 и 4.2 верхней и нижней опор, соответственно, обеспечивают забор и формирование потоков воздушных масс вокруг лопастей ротора 9 таким образом, что формируется перекресток воздушных масс, в котором перетоки воздуха возникают всегда вне зависимости от направления ветра.Wind flow guides 5 (see Fig. 7), placed along the square elements 4.1 and 4.2 of the upper and lower supports, respectively, provide for the intake and formation of air mass flows around the rotor blades 9 in such a way that an air mass intersection is formed, in which air flows always occur regardless of wind direction.

Наглядно направления движения потоков, возникающих от направляющих поток ветра, показаны на фиг. 1, в сравнении с потоками воздуха, которые возникают на установке системы Савониуса.Clearly, the directions of movement of the flows arising from the directing wind flow are shown in Fig. 1 compared to the air flows that occur in a Savonius system installation.

Из схемы фиг. 1 видно, что рабочий сектор 2 заявленной установки (фиг. 1Б) благодаря направляющим потока ветра 5 существенно больше, чем рабочий сектор 2 в обычной установке системы Савониуса (фиг. 1А).From the diagram of Fig. 1 it can be seen that the working sector 2 of the claimed installation (Fig. 1B) due to the wind flow guides 5 is significantly larger than the working sector 2 in a conventional installation of the Savonius system (Fig. 1A).

При этом сектор торможения потока 3 заявленной установки (фиг. 1Б) благодаря направляющим потока ветра 5 существенно меньше, чем рабочий сектор 2 в обычной установке системы Савониуса (фиг. 1А).At the same time, the flow deceleration sector 3 of the claimed installation (Fig. 1B) due to the wind flow guides 5 is significantly smaller than the working sector 2 in a conventional Savonius system installation (Fig. 1A).

Это возникает из-за того, что потоки воздуха 1, заходя за боковые стороны квадратного каркаса 4, попадают на направляющие поток ветра 5 и заводятся в направлении лопастей ротора.This is due to the fact that air flows 1, going beyond the sides of the square frame 4, fall on the wind guides 5 and start in the direction of the rotor blades.

Между тем, в обычной установке системы Савониуса (фиг. 1А) такого захода не возникает и потому рабочий сектор узок, а сектор торможения большой. Вот почему заявленная установка благодаря квадратной форме каркаса 4, которую образуют квадратные верхние и нижние опоры вместе с направляющие потока ветра 5, имеет большую эффективность использования воздушных потоков воздуха 1, чем обычная установка системы Савониуса (фиг. 1А), что позволяет заявленную полезную модель использовать при малых потоках ветра.Meanwhile, in a conventional setting of the Savonius system (Fig. 1A), such a run-in does not occur, and therefore the working sector is narrow, and the braking sector is large. That is why the claimed installation, due to the square shape of the frame 4, which is formed by the square upper and lower supports together with the wind guides 5, has a greater efficiency in the use of air flows 1 than the conventional installation of the Savonius system (Fig. 1A), which allows the claimed utility model to be used with low wind currents.

Следует понимать, что направление потока ветра не влияет на создаваемый заявленной установкой эффект, поскольку она симметричная.It should be understood that the direction of the wind flow does not affect the effect created by the claimed installation, since it is symmetrical.

Если же поток ветра дует косо, например, как показано на фиг. 2, то эффект использования воздушных потоков, как можно видеть из фиг. 2, точно такой же.If the wind current blows obliquely, for example, as shown in Fig. 2, the effect of using air currents, as can be seen from FIG. 2 is exactly the same.

Основной проблемой современных систем Савониуса является вывод воздушных масс из зоны вращения ротора, где они создают завихрения и мешают вновь поступающему потоку эффективно давить на лопасти. В результате, при малых потоках ветра система Савониуса не работает.The main problem of modern Savonius systems is the removal of air masses from the rotor rotation zone, where they create turbulence and prevent the newly incoming flow from effectively pressing on the blades. As a result, at low wind flows, the Savonius system does not work.

Данную проблему решает система горизонтально расположенных лопастей 7 (см. фиг. 12), установленная на кольцевой опоре 6, центр которой совпадает с осью вращения 8 ротора. Данная система в заявленной установке применена инвертно.This problem is solved by a system of horizontal blades 7 (see Fig. 12), mounted on an annular support 6, the center of which coincides with the axis of rotation 8 of the rotor. This system in the claimed installation is applied inverted.

За счет того (см. фиг. 6), что лопасти ротора закреплены сверху и снизу на кольцевых опорах 6.1 и 6.2, соответственно, каждая из которых соединена с осью вращения ротора горизонтально расположенными лопастями 7.1 и 7.2, соответственно, причем в нижней кольцевой опоре 6.2 лопасти 7.2 ориентированы направлением воздушного потока вниз, а в верхней кольцевой опоре 6.1 лопасти 7.1 ориентированы направлением воздушного потока вверх, обеспечивается за счет вращения горизонтально ориентированных лопастей 7.1 и 7.2 принудительный отвод воздушных масс в верхней части вверх ротора, а в нижней части - вниз ротора (см. схему направления потоков на фиг. 3). Это обеспечивает возможность работы установки при малых потоках ветра, поскольку принудительный отвод воздушных масс вверх и вниз ротора создает дополнительную тягу воздуха на лопасти и давление воздуха на последние больше, нежели в обычных установках системы Савониуса.Due to the fact (see Fig. 6) that the rotor blades are fixed above and below on the annular supports 6.1 and 6.2, respectively, each of which is connected to the axis of rotation of the rotor by horizontal blades 7.1 and 7.2, respectively, and in the lower annular support 6.2 the blades 7.2 are oriented with the direction of the air flow downwards, and in the upper annular support 6.1 the blades 7.1 are oriented with the direction of the air flow upwards, due to the rotation of the horizontally oriented blades 7.1 and 7.2, the forced removal of air masses in the upper part upwards of the rotor, and in the lower part downwards of the rotor ( see flow direction diagram in Fig. 3). This makes it possible to operate the unit at low wind flows, since the forced removal of air masses up and down the rotor creates additional air draft on the blades and air pressure on the latter is greater than in conventional Savonius system installations.

Для стартового раскручивания ротора, которое обеспечивает вышеуказанный принудительный поток воздуха вверх и вниз ротора, могут применяться дополнительные лопасти системы Дарье, которые на малых ветрогенераторах могут выполняться сверху (элементы 20.1) и снизу (элементы 20.2) (см. фиг. 4).For starting spinning of the rotor, which provides the above forced air flow up and down the rotor, additional blades of the Darrieus system can be used, which on small wind turbines can be performed from above (elements 20.1) and from below (elements 20.2) (see Fig. 4).

Более эффективно при использовании только пары лопастей системы Дарье располагать перпендикулярно верхнюю и нижнюю пару, как показано на Фиг. 5.It is more efficient, when using only a pair of Darrieus blades, to have the top and bottom pair perpendicular, as shown in FIG. 5.

Таким образом, лопасти системы Дарье могут выполняться также между верхней 6.1 и нижней 6.2 кольцевой опорами на оси. При этом, крепятся по меньшей мере две вертикально расположенные лопасти 20 вверху и внизу с опорными пластинами 21.1 (верхняя опорная пластина) и 21.2 (верхняя опорная пластина), где каждая опорная пластина в центре соединена с осью вращения ротора, своей осью вращения 8.1 и 8.2, соответственно (см. фиг. 6).Thus, the blades of the Darrieus system can also be carried out between the upper 6.1 and lower 6.2 annular bearings on the axis. At the same time, at least two vertically arranged blades 20 are attached at the top and bottom with support plates 21.1 (upper support plate) and 21.2 (upper support plate), where each support plate is connected in the center to the axis of rotation of the rotor, its axis of rotation 8.1 and 8.2 , respectively (see Fig. 6).

На больших установках продольные лопасти 20 могут размещаться от верхней кольцевой опоры до нижней, причем они устанавливаются на планках 21.1 верхней опорной пластины и на планках 21.2 нижней опорной пластины. Нижняя опорная пластина 21.2 соединяется с осью с помощью муфты свободного хода (на чертежах не показана). Когда ротор раскручивается на скоростях более 5-6 м/с, муфта свободного хода выводит лопасти Дарье из зацепления, и они зависают, не мешая вращению основного ротора ветрогенератора.On large installations, the longitudinal blades 20 can be placed from the upper annular support to the bottom, and they are mounted on the slats 21.1 of the upper base plate and on the slats 21.2 of the lower base plate. The bottom support plate 21.2 is connected to the axle with a freewheel (not shown in the drawings). When the rotor spins at speeds of more than 5-6 m / s, the freewheel disengages the Darrieus blades, and they hang without interfering with the rotation of the main rotor of the wind generator.

Муфта свободного хода или обгонная муфта - это механическое устройство, основная задача которого - предотвращение передачи крутящего момента к ведущему валу от ведомого в моменты, когда ведомый вал начинает вращаться более быстро. Для вышеописанных задач может использоваться любая муфта свободного хода.A freewheel or overrunning clutch is a mechanical device whose main task is to prevent the transmission of torque to the drive shaft from the driven one at the moments when the driven shaft starts to rotate more quickly. Any freewheel can be used for the above tasks.

Таким образом, на больших ветроустановках нижняя опорная пластина 21.2 в центре соединена с ось вращения ротора 8.2 через муфту свободного хода.Thus, on large wind turbines, the bottom support plate 21.2 in the center is connected to the axis of rotation of the rotor 8.2 through a freewheel.

Заявленная установка помимо вышеописанных элементов содержит солнечные панели 10.1, размещенные на верхней части 4.1 квадратного элемента каркаса, а также солнечные панели 10.2, размещенные на направляющих потока ветра 5 (см. фиг. 7).The claimed installation, in addition to the above elements, contains solar panels 10.1 placed on the upper part 4.1 of the square frame element, as well as solar panels 10.2 placed on the wind flow guides 5 (see Fig. 7).

Новым в полезной модели является то, что крепление солнечных панелей 10.1 на верхней части 4.1 квадратного элемента каркаса осуществляется присосками 22 (см. фиг. 12), где присоски 22 могут соединяться с панелями через шарнирный поворотный узел 23 (см. Фиг. 9).What is new in the utility model is that the mounting of the solar panels 10.1 on the upper part 4.1 of the square frame element is carried out by suction cups 22 (see Fig. 12), where the suction cups 22 can be connected to the panels through a hinged swivel assembly 23 (see Fig. 9).

Электропровода всех солнечных панелей 10 соединены последовательно через вилочные разъемы 24 для солнечных панелей (см. фиг. 9).The electrical wires of all solar panels 10 are connected in series through plug connectors 24 for solar panels (see Fig. 9).

Схема соединения всех солнечных панелей показана на фиг. 10 и является стандартной схемой подключения. Общие провода 16 подведены в контроллер 12.The connection diagram of all solar panels is shown in Fig. 10 and is the standard wiring diagram. Common wires 16 are connected to the controller 12.

В этот же контроллер 12 подключаются провода 14 от генератора энергии 13, который вращает вал 8.2 ротора.In the same controller 12, wires 14 are connected from the power generator 13, which rotates the shaft 8.2 of the rotor.

В качестве контролера 12 может использоваться любой гибридный контроллер заряда ветряной солнечной батареи, например, гибридный контролер 12 в 24 В для 800 Вт 600 Вт 400 Вт (см. https://verbaflowers.ru/rz140124669 или https://strelashop.ru/product/4000214924186).Any hybrid wind solar charge controller can be used as the controller 12, for example, a 12 V 24 V hybrid controller for 800 W 600 W 400 W (see https://verbaflowers.ru/rz140124669 or https://strelashop.ru/ product/4000214924186).

От контроллера 12 питание на подзарядку подается на аккумулятор 11, к которому через провод 17 подключен вывод 18 раздаточного напряжения для потребителя. Это может быть розетка 220V или же разъем USB.From the controller 12, power for recharging is supplied to the battery 11, to which the output 18 of the distributing voltage for the consumer is connected through the wire 17. It can be a 220V socket or a USB connector.

Аккумулятор 11, генератор 13 и контроллер 12 могут размещаться в нижней части под элементом 4.2 каркаса в отдельном защитном кожухе 19 с целью защиты от влаги.The battery 11, the generator 13 and the controller 12 can be placed in the lower part under the frame element 4.2 in a separate protective casing 19 in order to protect against moisture.

Солнечные панели 10.1, установленные в верхней части ротора над верхней кольцевой опорой 6.1 могут быть установлены под уклоном к ней, что позволяет их использовать в качестве дополнительных направляющих поток ветра для лучшего отвода воздуха из верхней части ротора.Solar panels 10.1, installed in the upper part of the rotor above the upper annular support 6.1, can be installed at a slope to it, which allows them to be used as additional wind flow guides for better air removal from the upper part of the rotor.

Сами солнечные панели 10.2 фотоэлектрических преобразователей могут быть также расположены на самих основных направляющих потока ветра 5, что позволяет получать больше энергии в контроллер 12. Еще больше энергии удается получать, если по крайней мере верхний кольцевой опорный элемент 6.1 и верхняя часть каркаса 4.1 будут выполнены прозрачными (см. фиг. 8, фиг. 11). В этом случае больше солнечного света будет проникать через них на солнечные панели 10.2.The solar panels 10.2 of the photovoltaic converters themselves can also be located on the main wind guides 5 themselves, which allows more energy to be received into the controller 12. Even more energy can be obtained if at least the upper annular support element 6.1 and the upper part of the frame 4.1 are made transparent (see Fig. 8, Fig. 11). In this case, more sunlight will penetrate through them to the solar panels 10.2.

Солнечные панели 10.2 могут крепиться к направляющим потока ветра 5 жестко (см. фиг. 7, фиг. 8), при этом вся установка разборная, что позволяет обеспечить портативность установки, ее возможность использования на бытовом уровне. Для разборности установки каждую солнечную панель 10.2 (они же выполняют роль направляющие поток ветра 5) фиксируют по крайней мере одной присоской 22 внизу к нижней части 4.2 каркаса и одной присоске 22 к внутренней стороне верхней части 4.1 каркаса (см. фиг. 11, фиг. 12).Solar panels 10.2 can be rigidly attached to the wind flow guides 5 (see Fig. 7, Fig. 8), while the entire installation is collapsible, which makes it possible to ensure the portability of the installation, its use at the household level. For disassembly of the installation, each solar panel 10.2 (they also play the role of directing the wind flow 5) is fixed with at least one suction cup 22 at the bottom to the bottom part 4.2 of the frame and one suction cup 22 to the inside of the upper part 4.1 of the frame (see Fig. 11, Fig. 12).

Возможно использование по две присоски с каждой стороны (пример опытного образца со снятым ветрогенератором показан на фиг. 11).It is possible to use two suction cups on each side (an example of a prototype with a wind generator removed is shown in Fig. 11).

Таким образом, размещение солнечных панелей 10 как на направляющих потока ветра 5 позволяет существенно повысить мощность солнечной электрогенерации установки.Thus, the placement of solar panels 10 as wind guides 5 can significantly increase the capacity of the solar power plant.

А организация с помощью направляющих 7.1, 7.2 спицевого аппарата ротора и направляющие поток ветра 5 устойчивого ветрового потока позволяет задействовать не только ветровой поток по фронту установки, но и по бокам и сзади, что существенно (в 1,5-2 раза увеличивает мощность ветровой электрогенерации).And the organization with the help of guides 7.1, 7.2 of the spoke apparatus of the rotor and the wind flow guides 5 of a stable wind flow allows you to use not only the wind flow along the front of the installation, but also on the sides and rear, which significantly (increases the power of wind power generation by 1.5-2 times ).

В целом, за счет того, что направляющие поток ветра выполнены с присосками на краях, которыми закреплены к верхней и нижней опорам, и образующие все вместе каркас, причем лопасти ротора закреплены сверху и снизу между верхней и нижней опорами, где верхняя опора выполнена прозрачной, обеспечивается повышение эффективности использования солнечных батарей от большего попадания света, портативность установки, разборность и возможность ее использования на бытовом уровне.In general, due to the fact that the wind flow guides are made with suction cups on the edges, which are fixed to the upper and lower supports, and forming a frame together, and the rotor blades are fixed from above and below between the upper and lower supports, where the upper support is made transparent, provides an increase in the efficiency of the use of solar panels from more light, portability of the installation, disassembly and the possibility of its use at the household level.

Claims (7)

1. Ветросолнечная энергетическая установка, содержащая каркас, на котором установлен вертикально-осевой ротор с лопастями, направляющие поток ветра жесткие солнечные панели, расположенные на направляющих поток ветра, где последние размещены вокруг лопастей ротора, который соединен с генератором, при этом направляющие поток ветра установлены вдоль квадратных элементов верхней и нижней опор, образующие вместе каркас, при этом лопасти ротора закреплены сверху и снизу на кольцевых опорах, каждая из которых соединена с осью вращения ротора горизонтально расположенными лопастями, где в нижней кольцевой опоре лопасти ориентированы направлением воздушного потока вниз, а в верхней кольцевой опоре лопасти ориентированы направлением воздушного потока вверх, при этом верхняя кольцевая опора и верхняя квадратная опора каркаса выполнены прозрачными.1. Wind solar power plant, containing a frame on which a vertical-axial rotor with blades is installed, rigid solar panels directing the wind flow, located on the wind flow directing, where the latter are placed around the rotor blades, which is connected to the generator, while directing the wind flow are installed along the square elements of the upper and lower supports, forming together a frame, while the rotor blades are fixed above and below on the annular supports, each of which is connected to the axis of rotation of the rotor by horizontally located blades, where in the lower annular support the blades are oriented with the direction of the air flow down, and in on the upper annular support, the blades are oriented with the direction of the air flow upwards, while the upper annular support and the upper square support of the frame are made transparent. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие поток ветра выполнены с присосками на краях, которыми закреплены к верхней и нижней опорам, и образующие все вместе каркас.2. Installation according to claim 1, characterized in that the wind flow guides are made with suction cups on the edges, which are fixed to the upper and lower supports, and forming a frame together. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие поток ветра расположены вдоль квадратных элементов верхней и нижней опор.3. Installation according to claim 1, characterized in that the wind flow guides are located along the square elements of the upper and lower supports. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между верхней и нижней кольцевой опорами закреплены по меньшей мере две вертикально ориентированные лопасти, закрепленные вверху и/или внизу к опорным элементам, соединенным с ось вращения ротора.4. Installation according to claim 1, characterized in that at least two vertically oriented blades are fixed between the upper and lower annular supports, fixed at the top and / or bottom to the support elements connected to the axis of rotation of the rotor. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что направляющие поток ветра также установлены в верхней части ротора над верхней кольцевой опорой и ориентированы под уклоном к ней.5. Installation according to claim 1, characterized in that the wind flow guides are also installed in the upper part of the rotor above the upper annular support and are oriented at an inclination towards it. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между верхней и нижней кольцевой опорами на оси закреплены по меньшей мере две вертикально расположенные лопасти, закрепленные вверху и внизу с опорными пластинами, а каждая опорная пластина в центре соединена с осью вращения ротора.6. Installation according to claim 1, characterized in that between the upper and lower annular supports, at least two vertically located blades are fixed on the axis, fixed at the top and bottom with support plates, and each support plate in the center is connected to the axis of rotation of the rotor. 7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что нижняя опорная пластина в центре соединена с ось вращения ротора через муфту свободного хода.7. Installation according to claim 6, characterized in that the lower support plate in the center is connected to the axis of rotation of the rotor through a freewheel.
RU2022122033U 2022-08-14 WIND SOLAR POWER PLANT RU217788U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU217788U1 true RU217788U1 (en) 2023-04-18

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2251022C1 (en) * 2003-11-13 2005-04-27 Зазимко Вадим Николаевич Windmill electric generating plant
RU188712U1 (en) * 2018-06-08 2019-04-22 Сергей Аркадьевич Быков Photoelectric autonomous power station
RU2714584C1 (en) * 2019-01-16 2020-02-18 Ильдар Фанильевич Зайнуллин Helio-wind power plant
DE202020003848U1 (en) * 2020-09-10 2020-11-10 Hubertus W. Weckmann Device for generating electrical energy both from wind power and from sunlight

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2251022C1 (en) * 2003-11-13 2005-04-27 Зазимко Вадим Николаевич Windmill electric generating plant
RU188712U1 (en) * 2018-06-08 2019-04-22 Сергей Аркадьевич Быков Photoelectric autonomous power station
RU2714584C1 (en) * 2019-01-16 2020-02-18 Ильдар Фанильевич Зайнуллин Helio-wind power plant
DE202020003848U1 (en) * 2020-09-10 2020-11-10 Hubertus W. Weckmann Device for generating electrical energy both from wind power and from sunlight

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7008171B1 (en) Modified Savonius rotor
US10612515B2 (en) Vertical axis wind turbine
US9041239B2 (en) Vertical axis wind turbine with cambered airfoil blades
US11236724B2 (en) Vertical axis wind turbine
US20100327596A1 (en) Venturi Effect Fluid Turbine
US8979494B1 (en) Vertical axis hinged sail wind energy machine
US9234498B2 (en) High efficiency wind turbine
US20130200618A1 (en) High efficiency wind turbine
RU193683U1 (en) Photovoltaic Power Station
KR20120139154A (en) Vertical axis type wind power generator fused lift and drag
RU217788U1 (en) WIND SOLAR POWER PLANT
CN104533708A (en) Gear mechanism based self-rotation blade impeller
CN204627851U (en) Vertical axis aerogenerator
US20100129219A1 (en) Systems and Methods for Generating Energy Using Wind Power
EP1808599A2 (en) Vertical axis fluid actuated turbine
RU217787U1 (en) WIND SOLAR POWER PLANT
RU217734U1 (en) WIND SOLAR POWER PLANT
RU2340789C1 (en) Windmill system
GB2476830A (en) Vertical axis wind powered generator
US8070449B2 (en) Wind turbine
JP2017078336A (en) Wind power generation automobile
RU2802563C1 (en) Wind and solar power plant
RU2802564C1 (en) Wind and solar power plant
CN104595104B (en) Vertical shaft fan impeller with flexible vanes
Asif et al. Parametric study of turbine mounted on train for electricity generation