RU2551913C1 - Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка - Google Patents
Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551913C1 RU2551913C1 RU2014105875/06A RU2014105875A RU2551913C1 RU 2551913 C1 RU2551913 C1 RU 2551913C1 RU 2014105875/06 A RU2014105875/06 A RU 2014105875/06A RU 2014105875 A RU2014105875 A RU 2014105875A RU 2551913 C1 RU2551913 C1 RU 2551913C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- power plant
- plant according
- input
- output
- Prior art date
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000013079 quasicrystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000011208 reinforced composite material Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/007—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with means for converting solar radiation into useful energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
- H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
- H02S10/12—Hybrid wind-PV energy systems
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
- H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2220/00—Application
- F05B2220/70—Application in combination with
- F05B2220/708—Photoelectric means, i.e. photovoltaic or solar cells
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/21—Rotors for wind turbines
- F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
- F05B2240/212—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Darrieus type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/21—Rotors for wind turbines
- F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
- F05B2240/213—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Savonius type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/728—Onshore wind turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка содержит установленный с возможностью вращения вертикальный вал в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось. Неподвижная полая ось закреплена на основании. На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье. Защитные купола покрыты препятствующим обледенению слоем. Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления. На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала. Выход датчика скорости вращения вала соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ с входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. Второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ с входом индукционного передатчика энергии. Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора. Электромагнитный генератор закреплен в нижней части вертикального вала. Технический результат - увеличение вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования ветровой и солнечной энергии в электрическую для обеспечения электроэнергией автономных потребителей различной мощности и назначения.
Известно устройство по использованию ветровой и солнечной энергии (RU 2347942, опублик. 27.02.2009), которое содержит соосно расположенные неподвижную ось и вертикальный вал. Вал выполнен в виде цилиндрической трубы и охватывает неподвижную ось. К валу жестко прикреплены попарно и параллельно друг другу коромысла. К концам каждой пары коромысел жестко прикреплены лопасти. Лопасти имеют аэродинамический профиль. Верхняя часть неподвижной оси снабжена неподвижной плоской круглой площадкой, на которой установлена солнечная батарея. Плоскость площадки с солнечными батареями наклонена в сторону солнцестояния.
К недостаткам этого устройства относится то, что ветер одновременно воздействует на лопасти, двигающиеся в попутном и обратном направлении, что не позволяет получить высокий коэффициент использования энергии ветра, особенно при большом количестве лопастей (более 4) и средних и высоких скоростях ветра, несмотря на примененный аэродинамический профиль лопастей. Кроме того, солнечная батарея и ветротурбина не оказывают взаимного положительного влияния, а используются, по сути, по отдельности, что также ограничивает суммарную эффективность энергетической установки.
Известна солнечная ветровая турбина (US 7453167, опублик. 18.11.2008), содержащая опорную конструкцию и турбинный корпус. К верхней части опорной конструкции прикреплена солнечная панель. Турбинный корпус состоит из множества лопастей. Лопасти расположены через равные промежутки по окружности вокруг оси. Данная конструкция содержит дополнительные солнечные панели, которые расположены на поверхности каждой из лопастей.
К недостаткам этого устройства относятся то, что используемая ветротурбина ковшового типа имеет малую быстроходность и низкую эффективность, которая еще больше снижается при скоростях ветра от 5 м/с.
Известна ветряная турбина на основе многокаскадного ротора Савониуса (US 7008171, опублик. 07.03.2006). На оси вращения расположен ротор Савониуса. Лопасти выполнены в виде S-образной формы. Ветряная турбина дополнительно содержит фотоэлектрические элементы. Фотоэлектрические элементы закреплены на внешней поверхности лопастей ротора Савониуса. В верхней части ротора Савониуса дополнительно закреплен солнечный коллектор.
К недостаткам этого устройства, как и в предыдущем случае, относится то, что лежащая в основе усовершенствованная ветротурбина ковшового типа (ротор Савониуса) имеет малую быстроходность и низкую эффективность, особенно при скоростях ветра более 5 м/с, а передача электроэнергии от фотоэлектрических элементов производится через прижимные контакты, в которых часть вырабатываемой энергии расходуется на трение, со временем они истираются и требуют замены.
Известна гибридная ветроэнергетическая вертикальная установка (US 20110025071, опублик. 03.02.2011), представляющая собой комбинацию роторов Савониуса и Дарье со скрученными лопастями. Опорная конструкция имеет цилиндрический вал. На нижнем конце вала закреплен электрогенератор для преобразования энергии ветра в электроэнергию.
К недостаткам этого устройства относится отсутствие фотоэлектрических преобразователей, что ограничивает ее суммарную эффективность.
Прототипом предложенного изобретения является ветровая турбина (US 2012133149, опублик. 31.05.2012), которая содержит вертикальную ось вращения, ротор, генератор с постоянными магнитами. Ротор установлен на штатив. На поверхности ротора закреплены отдельные фотоэлектрические панели. Данные панели обеспечивают энергией установку в отсутствие ветра. Ветровая энергия преобразуется через генератор с постоянными магнитами в электрическую.
К недостаткам этого устройства относится невысокая быстроходность и низкий коэффициент использования энергии ветра, которые обусловлены большим коэффициентом сопротивления лопастей используемой ветровой турбины типа Мэрилин, максимальная скорость вращения которой не превышает 150 об/мин и не позволяет преобразовывать энергию ветрового потока при высокой скорости ветра.
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении мощности гибридной ветроэнергетической установки и увеличении вырабатываемой электроэнергии за счет использования ветровой и солнечной энергии всесезонно при переменных погодных условиях.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка, состоящая из установленного с возможностью вращения вертикального вала, выполненного в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось, закрепленную на основании.
На вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами, покрытыми препятствующим обледенению слоем, закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье, каждый из которых содержит, по крайней мере, две лопасти.
Ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье. Лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем. На всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи. Выходы фотоэлектрических преобразователей соединены с силовым входом устройства управления.
На вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала, выход которого соединен с сигнальным входом устройства управления. Первый силовой выход устройства управления соединен через первый ключ со входом бесколлекторного двигателя постоянного тока. А второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ со входом индукционного передатчика энергии.
Выход индукционного передатчика энергии соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии. Второй вход накопителя соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора, расположенного в нижней части вертикального вала.
При этом защитные купола выполнены в виде полусферической конструкции.
Кроме того, препятствующий обледенению слой выполнен из квазикристаллов AlCuFe.
В частном случае лопасти ротора Дарье могут быть выполнены в виде прямоугольных скрученных полос из алюминиевого сплава.
В свою очередь, лопасти ротора Савониуса выполнены в виде прямоугольных скрученных пластин из армированного композиционного материала.
Также лопасти ротора Савониуса могут быть выполнены в виде прямоугольных скрученных пластин из алюминиевого сплава.
В отдельных частных случаях фотоэлектрические преобразователи выполнены гибкими аморфными.
Кроме того, фотоэлектрические преобразователи выполнены в виде множества монокристаллических прямоугольных многокаскадных гетероструктурных элементов на основе полупроводниковых соединений.
При этом бесколлекторный двигатель постоянного тока, расположен над электромагнитным генератором, выполнен в виде цилиндрической конструкции. Бесколлекторный двигатель постоянного тока содержит статор на постоянных магнитах, закрепленный на неподвижной полой оси, а также ротор, прикрепленный к вертикальному валу.
Наряду с этим индукционный передатчик энергии, расположен под электромагнитным генератором. Индукционный передатчик энергии содержит расположенные на вертикальном валу преобразователь постоянного напряжения в переменное и катушку индуктивности, обвивающую передающее проводящее кольцо, а также расположенные на неподвижной полой оси принимающее проводящее кольцо, обвитое катушкой индуктивности, и преобразователь переменного напряжения в постоянное.
В свою очередь, электромагнитный генератор, содержит нижний и верхний роторы, статор, магнитный подвес верхнего ротора в виде кольцевых магнитов.
Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка дополнительно содержит солнечные коллекторы, установленные по периметру энергетической установки с возможностью изменения их угла наклона, оптически соединенные с фотоэлектрическими преобразователями.
В частном случае солнечные коллекторы выполнены в виде концентраторов вогнутой формы.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид энергетической установки, а на фиг.2 представлена схема распределения преобразованной солнечной энергии.
На чертеже показаны вертикальный вал 1, неподвижная полая ось 2, закрепленная на основании 3, защитные купола 4, 5, лопасти 6, 7, 8 ротора Дарье, лопасти 9, 10, 11 ротора Савониуса, фотоэлектрические преобразователи 12, 13, 14, устройство 15 управления, датчик 16 скорости вращения вала, бесколлекторный двигатель 17 постоянного тока, который содержит статор 22 на постоянных магнитах, а также ротор 23, индукционный передатчик 18 энергии, контроллер 19 заряда, накопитель 20 электрической энергии, электромагнитный генератор 21, состоящий из верхнего ротора 24 и нижнего ротора 25, статора 26, дополнительные солнечные коллекторы 27, преобразователь 28 постоянного напряжения в переменное, передающее проводящее кольцо 29 с катушкой индуктивности, принимающее проводящее кольцо 30 с катушкой индуктивности, преобразователь 31 переменного напряжения в постоянное.
Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка работает следующим образом.
Под влиянием ветровой нагрузки лопасти 6, 7, 8 ротора Дарье и лопасти 9, 10, 11 ротора Савониуса приводят во вращение в направлении ветра вертикальный вал 1. Лопасти 6, 7, 8 ротора Дарье выполнены в виде прямоугольных скрученных полос из алюминиевого сплава, обеспечивающих более эффективную передачу энергии ветра гибридному ротору за счет уменьшения потерь на сопротивление воздуха и более равномерного распределения их массы.
Лопасти 6, 7, 8 покрыты слоем (на чертеже не показан) из квазикристаллов AlCuFe, что препятствует их обледенению.
При погружении в воду тестовых образцов, охлажденных в потоке паров жидкого азота до температуры -30°C, имитирующих лопасти ротора Дарье и защитные купола, было установлено отсутствие намерзания воды на тестовые образцы, имеющих покрытие на основе квазикристаллов AlCuFe толщиной 15-30 мкм.
Лопасти 9, 10, 11 ротора Савониуса выполнены в виде прямоугольных скрученных пластин из армированного композиционного материала, что обеспечивает более эффективную передачу энергии ветра ротора Савониуса в составе гибридного ротора при малых скоростях ветра и уменьшение потерь на сопротивление воздуха при средних и высоких скоростях ветра, когда передача энергии гибридному ротору происходит через ротор Дарье.
Материалы, из которых выполнены лопасти 6, 7, 8 ротора Дарье и лопасти 9, 10, 11 ротора Савониуса, а именно алюминиевые сплавы и армированные композиционные материалы обладают малой плотностью, высокой прочностью и являются технологичными с точки зрения придания сложной геометрической конфигурации.
Вращение лопастей 6, 7, 8 ротора Дарье и лопастей 9, 10, 11 ротора Савониуса обеспечивает образование кинетической энергии вращения, которая поступает на электромагнитный генератор 21, где преобразуется в электрическую энергию.
В электромагнитном генераторе 21 вращение верхнего ротора 24 и нижнего ротора 25 с постоянными магнитами создает индукционные токи в катушках статора 26.
Индукционный переменный ток с выхода электромагнитного генератора 21, преобразованный через контроллер 19, поступает на второй вход накопителя 20 электрической энергии. С выхода накопителя 20 накопленная электрическая энергия распределяется к потребителю.
Сигнал с датчика 16 скорости вращения вала постоянно поступает на сигнальный вход устройства 15 управления.
При поступлении сигнала о недостаточной скорости вращения вала, которая характерна для слабой силы ветра, устройство 15 управления направляет преобразованную солнечную энергию с фотоэлектрических преобразователей 12, 13, 14 через первый ключ на вход бесколлекторного двигателя 17. Двигатель 17 приводит во вращение лопасти 6, 7, 8 ротора Дарье и лопасти 9, 10, 11 ротора Савониуса.
При поступлении сигнала о достаточной скорости вращения вала, при которой отсутствует необходимость срабатывания бесколлекторного двигателя 17, устройство 15 управления направляет энергию с фотоэлектрических преобразователей 12, 13, 14 через второй ключ на вход индукционного передатчика 18 энергии.
Индукционный передатчик 18 энергии передает энергию постоянного тока от фотоэлектрических преобразователей 12, 13, 14 беспроводным способом методом электромагнитной индукции за счет ближнего электромагнитного поля и направляет электрическую энергию через контроллер 19 на первый вход накопителя 20 электрической энергии. С выхода накопителя 20 накопленная электрическая энергия распределяется к потребителю.
Верхний защитный купол 4 и нижний защитный купол 5 закреплены на вертикальном валу 1 и покрыты слоем (на чертеже не показан) из квазикристаллов AlCuFe, что препятствует их обледенению.
Полусферическая конструкция защитных куполов 4, 5 позволяет защитить энергетическую установку от наледи и снежного покрова, а также от попадания воды вовнутрь вертикального вала 1 и неподвижной полой оси 2.
Солнечные коллекторы 27, оптически соединенные с фотоэлектрическими преобразователями 12, 13, 14 установлены по периметру энергетической установки с возможностью изменения их угла наклона, что позволяет сконцентрировать и направить световой поток на фотоэлектрические преобразователи 12, 13, 14, дополнительно увеличить эффективность преобразования солнечной энергии и повысить мощность установки.
При условии рассеянного солнечного излучения эффективно использовать фотоэлектрические преобразователи 12, 13, 14 выполненные в виде гибких аморфных. При отсутствии рассеяния света и высокой концентрации солнечного излучения эффективно использовать фотоэлектрические преобразователи 12, 13, 14, выполненные в виде множества монокристаллических прямоугольных многокаскадных гетероструктурных элементов на основе полупроводниковых соединений.
Предложенная конструкция обеспечивает увеличение эффективности и срока службы фотоэлектрических преобразователей 12, 13, 14, так как при размещении их на всей поверхности лопастей 9, 10, 11 ротора Савониуса происходит дополнительное охлаждение в результате вращения.
Были проведены экспериментальные исследования с гибридной вертикально-осевой турбиной диаметром 1,2 м и массой 30 кг. Гибкие фотоэлектрические преобразователи общей площадью около 0,4 м2 и эффективностью 8% при рассеянном солнечном излучении удельной мощностью 800 Вт/м2 закреплены на лопастях ротора Савониуса. Фотоэлектрические преобразователи вырабатывают не менее 25 Вт электроэнергии, которой достаточно для увеличения скорости вращения вала за счет срабатывания бесколлекторного двигателя постоянного тока до значения, которое обеспечивается при скорости ветра 2,5 м/с, что сопоставимо или превышает энергию ветрового потока.
Для зарядки накопителей энергии от ветрогенераторов аналогичных конструкций требуется стабильное воздействие ветрового потока со средней скоростью не менее 2,5 м/с, обеспечивающего вращение ветротурбины с определенным числом оборотов в минуту. Кратковременное срабатывание бесколлекторного двигателя постоянного тока при недостаточной скорости вращения вала позволяет увеличить скорость вращения до среднего значения, обеспечивающего зарядку накопителя энергии при средней скорости ветра, соответствующей страгиванию ротора на магнитном подвесе, т.е. около 1,5 м/с. При этом увеличение количества накопленной энергии более чем на порядок величины превышает расход энергии, требуемой на срабатывание бесколлекторного двигателя постоянного тока.
Совместное использование ветровой и солнечной энергии позволяет повысить мощность и эффективность гибридной установки, а также увеличить стабильность вырабатываемой электроэнергии от альтернативных источников энергии при переменных погодных условиях.
Claims (13)
1. Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка, состоящая из установленного с возможностью вращения вертикального вала, выполненного в виде цилиндрической трубы, охватывающей неподвижную полую ось, закрепленную на основании, при этом на вертикальном валу соосно между двумя защитными куполами, покрытыми препятствующим обледенению слоем, закреплены ротор Савониуса и ротор Дарье, каждый из которых содержит, по крайней мере, две лопасти, причем ротор Савониуса установлен внутри ротора Дарье, лопасти ротора Дарье выполнены в виде скрученных полос, покрытых препятствующим обледенению слоем, а на всей поверхности лопастей ротора Савониуса, выполненных в виде скрученных пластин, с двух сторон закреплены фотоэлектрические преобразователи, выходы которых соединены с силовым входом устройства управления, при этом на вертикальном валу закреплен датчик скорости вращения вала, выход которого соединен с сигнальным входом устройства управления, первый силовой выход которого соединен через первый ключ со входом бесколлекторного двигателя постоянного тока, а второй силовой выход устройства управления соединен через второй ключ со входом индукционного передатчика энергии, а его выход соединен через контроллер заряда с первым входом накопителя электрической энергии, второй вход которого соединен через контроллер заряда с выходом электромагнитного генератора, расположенного в нижней части вертикального вала.
2. Энергетическая установка по п.1, в которой защитные купола выполнены в виде полусферической конструкции.
3. Энергетическая установка по п.1, в которой препятствующий обледенению слой выполнен из квазикристаллов AlCuFe.
4. Энергетическая установка по п.1, в которой лопасти ротора Дарье выполнены в виде прямоугольных скрученных полос из алюминиевого сплава.
5. Энергетическая установка по п.1, в которой лопасти ротора Савониуса выполнены в виде прямоугольных скрученных пластин из армированного композиционного материала.
6. Энергетическая установка по п.1, в которой лопасти ротора Савониуса выполнены в виде прямоугольных скрученных пластин из алюминиевого сплава.
7. Энергетическая установка по п.1, в которой фотоэлектрические преобразователи выполнены гибкими аморфными.
8. Энергетическая установка по п.1, в которой фотоэлектрические преобразователи выполнены в виде множества монокристаллических прямоугольных многокаскадных гетероструктурных элементов на основе полупроводниковых соединений.
9. Энергетическая установка по п.1, в которой бесколлекторный двигатель постоянного тока расположен над электромагнитным генератором, выполнен в виде цилиндрической конструкции, содержит статор на постоянных магнитах, закрепленный на неподвижной полой оси, а также ротор, прикрепленный к вертикальному валу.
10. Энергетическая установка по п.1, в которой индукционный передатчик энергии расположен под электромагнитным генератором, содержит расположенные на вертикальном валу преобразователь постоянного напряжения в переменное и катушку индуктивности, обвивающую передающее проводящее кольцо, а также расположенные на неподвижной полой оси принимающее проводящее кольцо, обвитое катушкой индуктивности, и преобразователь переменного напряжения в постоянное.
11. Энергетическая установка по п.1, в которой электромагнитный генератор содержит нижний и верхний роторы, статор, магнитный подвес верхнего ротора в виде кольцевых магнитов.
12. Энергетическая установка по п.1 дополнительно содержит солнечные коллекторы, установленные по периметру энергетической установки с возможностью изменения их угла наклона, оптически соединенные с фотоэлектрическими преобразователями.
13. Энергетическая установка по п.12, в которой солнечные коллекторы выполнены в виде концентраторов вогнутой формы.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2013/001114 WO2015088370A1 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | All-season hybrid vertical power plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2551913C1 true RU2551913C1 (ru) | 2015-06-10 |
Family
ID=53294682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014105875/06A RU2551913C1 (ru) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA030809B1 (ru) |
| RU (1) | RU2551913C1 (ru) |
| WO (1) | WO2015088370A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197430U1 (ru) * | 2019-12-02 | 2020-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Ветрогенератор |
| RU2755657C1 (ru) * | 2021-03-10 | 2021-09-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечная гибридная энергетическая установка для зданий |
| WO2022271054A1 (ru) * | 2021-12-14 | 2022-12-29 | Дмитрий Петрович ЕЛИЗАРОВ | Ветрогенератор |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105874286A (zh) * | 2013-11-12 | 2016-08-17 | Asm Ip控股有限责任公司 | 太阳能收集组件、系统和方法 |
| RU2700588C1 (ru) * | 2018-12-26 | 2019-09-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечный магнитный генератор Стребкова (варианты) |
| RU196180U1 (ru) * | 2019-12-19 | 2020-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" | Ротор ветроколеса |
| DE102021112649A1 (de) * | 2021-05-17 | 2022-11-17 | Marián Šúchal | Hybridkraftanlage |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU74171U1 (ru) * | 2007-12-18 | 2008-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Интегрированная солнечно-ветровая энергоустановка |
| CN101949360A (zh) * | 2010-09-16 | 2011-01-19 | 杭志强 | 同向旋转双风叶垂直风力发电机 |
| RO127036A2 (ro) * | 2010-07-21 | 2012-01-30 | Marius Arghirescu | Turbină eoliană de vânt slab cu generatori magnetoelectrici încorporaţi |
| CN202132183U (zh) * | 2011-07-19 | 2012-02-01 | 哈尔滨卓尔科技有限公司 | 锥形集风式垂直轴风光互补风力发电机 |
| CN202628394U (zh) * | 2012-06-19 | 2012-12-26 | 湖北光博新能源有限公司 | 风光能源互补发电、储电及供电的能源装置 |
| CN203151401U (zh) * | 2013-04-12 | 2013-08-21 | 罗才德 | 风能、太阳能发电机 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2347942C1 (ru) * | 2007-07-23 | 2009-02-27 | Институт проблем управления им В.А. Трапезникова РАН | Энергетическая установка по использованию ветровой и солнечной энергии |
| ITCO20090026A1 (it) * | 2009-07-28 | 2011-01-28 | Windesign S R L | "turbina ibrida ad albero verticale per aerogeneratori di energia elettrica" |
| RU112289U1 (ru) * | 2011-08-03 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) | Ветроэнергетическая установка |
-
2013
- 2013-12-12 RU RU2014105875/06A patent/RU2551913C1/ru active
- 2013-12-12 WO PCT/RU2013/001114 patent/WO2015088370A1/en active Application Filing
- 2013-12-12 EA EA201600458A patent/EA030809B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU74171U1 (ru) * | 2007-12-18 | 2008-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") | Интегрированная солнечно-ветровая энергоустановка |
| RO127036A2 (ro) * | 2010-07-21 | 2012-01-30 | Marius Arghirescu | Turbină eoliană de vânt slab cu generatori magnetoelectrici încorporaţi |
| CN101949360A (zh) * | 2010-09-16 | 2011-01-19 | 杭志强 | 同向旋转双风叶垂直风力发电机 |
| CN202132183U (zh) * | 2011-07-19 | 2012-02-01 | 哈尔滨卓尔科技有限公司 | 锥形集风式垂直轴风光互补风力发电机 |
| CN202628394U (zh) * | 2012-06-19 | 2012-12-26 | 湖北光博新能源有限公司 | 风光能源互补发电、储电及供电的能源装置 |
| CN203151401U (zh) * | 2013-04-12 | 2013-08-21 | 罗才德 | 风能、太阳能发电机 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197430U1 (ru) * | 2019-12-02 | 2020-04-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" | Ветрогенератор |
| RU2755657C1 (ru) * | 2021-03-10 | 2021-09-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Солнечная гибридная энергетическая установка для зданий |
| WO2022271054A1 (ru) * | 2021-12-14 | 2022-12-29 | Дмитрий Петрович ЕЛИЗАРОВ | Ветрогенератор |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015088370A1 (en) | 2015-06-18 |
| EA201600458A1 (ru) | 2017-01-30 |
| EA030809B1 (ru) | 2018-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2551913C1 (ru) | Всесезонная гибридная энергетическая вертикальная установка | |
| Azevedo et al. | Energy harvesting from wind and water for autonomous wireless sensor nodes | |
| EP2345050B1 (en) | A distributed electrical generation system | |
| US20130106193A1 (en) | Hybrid wind and solar energy device | |
| US10612522B2 (en) | Photovoltaic-wind hybrid turbine system | |
| CN102235293A (zh) | 排水系统垂直落差发电装置 | |
| US20160281679A1 (en) | Fluid driven electric power generation system | |
| WO2010083043A2 (en) | Environmental power generation device and associated methods | |
| CN102748228B (zh) | 磁悬浮风力发电机 | |
| Sahin et al. | PMSG based standalone wind electric conversion system with MPPT | |
| CN102943734B (zh) | 一种智能发电系统 | |
| US9581135B2 (en) | Cable-suspended wind energy generator | |
| EP3688306A1 (en) | Multi-power source wind turbines | |
| CN202417835U (zh) | 集成太阳能发电构件的垂直轴风力发电机 | |
| RU2340789C1 (ru) | Комплекс ветроэнергетический | |
| US20130020192A1 (en) | Wind Turbine Fuel Generation System | |
| Nugraha et al. | Design of Hybrid Portable Underwater Turbine Hydro and Solar Energy Power Plants: Innovation to Use Underwater and Solar Current as Alternative Electricity in Dusun Dongol Sidoarjo | |
| CN201758370U (zh) | 饮料瓶太阳能风浪发电装置 | |
| WO2013189503A2 (en) | High altitude maglev vertical-axis wind turbine system (ham-vawt) | |
| WO2020152702A2 (en) | Electric energy augmenter | |
| KR20090112469A (ko) | 가변 풍속 터빈형 복합 풍력발전 장치 및 방법 | |
| WO2019235964A1 (ru) | Фотоветровая автономная электростанция | |
| CN202645865U (zh) | 磁悬浮风力发电机 | |
| RU103856U1 (ru) | Ветроэнергетическая модульная установка комбинированного типа с применением молекулярных накопителей энергии и магнитных подшипников | |
| AU2021106548A4 (en) | Transportable hybrid wind-solar power generation system |