WO2016133484A1 - Солнечно-ветровая установка - Google Patents

Солнечно-ветровая установка Download PDF

Info

Publication number
WO2016133484A1
WO2016133484A1 PCT/UA2016/000021 UA2016000021W WO2016133484A1 WO 2016133484 A1 WO2016133484 A1 WO 2016133484A1 UA 2016000021 W UA2016000021 W UA 2016000021W WO 2016133484 A1 WO2016133484 A1 WO 2016133484A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar
wind
blades
wind turbine
energy
Prior art date
Application number
PCT/UA2016/000021
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Борисович СОГОКОНЬ
Светлана Ивановна СОГОКОНЬ
Александр Александрович СОГОКОНЬ
Original Assignee
Александр Борисович СОГОКОНЬ
Светлана Ивановна СОГОКОНЬ
Александр Александрович СОГОКОНЬ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Борисович СОГОКОНЬ, Светлана Ивановна СОГОКОНЬ, Александр Александрович СОГОКОНЬ filed Critical Александр Борисович СОГОКОНЬ
Priority to EA201700346A priority Critical patent/EA032692B1/ru
Publication of WO2016133484A1 publication Critical patent/WO2016133484A1/ru

Links

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
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/068—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having other power cycles, e.g. Stirling or transcritical, supercritical cycles; combined with other power sources, e.g. wind, gas or nuclear
    • 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
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • 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
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • 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
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • 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
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • 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
    • 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
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Definitions

  • the invention relates to the field of wind and solar energy, and can be used, for example, for autonomous and year-round energy supply for both domestic and industrial consumers, including on balconies of multi-storey buildings. It is most advisable to use the invention for energy supply of country houses, cottages, tourist camps, motels, roadside cafes or shops remote from central electricity and heating systems.
  • a solar-wind installation is known, containing wind turbines and photovoltaic solar panels (RF patent 2182674 F03D3 / 00 from 05.20.2002 http://www.freepatent.ru/patents/2182674).
  • This installation is the sum of two independent devices that generate electricity. Therefore, the material consumption, cost and weight of this installation will equal or even exceed the sum of the cost and the sum of the weight of each of the devices separately.
  • the use of electricity received from solar panels for heating and hot water supply is not rational, since the efficiency of batteries is only 15-17%. To do this, it is better to use 45-70% of solar heat directly using solar collectors.
  • a known solar-wind installation (RF patent N ° 2309339 F24J2 / 42 dated 10.27.2007 http://www.freepatent.ru/patents/2309339) containing a wind turbine mechanically connected to an electric generator and a solar collector. Like the previous analogue, this installation is the sum of two devices: a wind power generator and a solar collector. The material consumption, cost and weight of this installation will also be equal to the sum of the costs, material intensity and weight of each device taken alone. In addition, the specified solar-wind installation occupies a large area, also equal to the sum of the areas of each device taken separately, which does not allow its use on the balconies of high-rise buildings.
  • the specified solar-wind installation is more compact than the previous analogues, it also represents the sum of two independent devices combined on a common frame. Therefore, the material consumption, cost and weight of this installation will also consist of the sum of the cost, material consumption and weight of each device taken separately. In addition, the design features of this installation do not allow its use on the balconies of apartment buildings.
  • the basis of the invention is the task of reducing the material consumption, cost and weight of the solar-wind installation, in order to combine with high compactness to ensure the possibility of its use even on balconies of apartment buildings.
  • a solar-wind installation containing a vertical-axis wind turbine made of blades in the form of cylindrical surfaces, mechanically connected to an electric generator, a solar radiation concentrator, a tracking unit for the position of the sun and a heat receiver made in the form of tubes with a coolant, characterized in that the concave surfaces the blades are made of material reflecting solar radiation to a heat sink located on the axis of rotation of the wind turbine, performing the function of a solar energy concentrator.
  • the solar-wind installation according to claim 1 characterized in that the wind turbine blades are rotatable around its vertical axis and mechanically coupled to a rotation angle control unit that focuses the solar radiation reflected from each blade on the heat sink, while the electric generator is connected with a tracking unit for the position of the sun.
  • the solar-wind installation according to claim 1 characterized in that the wind turbine, together with an electric generator, is mounted on a frame that can deviate from vertical so that the axis of rotation of the wind turbine is perpendicular to the sun.
  • the implementation of the concave surfaces of the blades of a material that reflects solar radiation well turns the wind turbine into a solar energy concentrator, making it possible to collect solar energy.
  • Wind turbine blades as a rule, have a certain radius of curvature.
  • the maximum effect of collecting solar energy will be achieved if the radius of curvature of the cylindrical surface of the blades is chosen equal to the diameter of the circle on which the axis of rotation of the blades of the wind turbine are located, since the blades will focus solar radiation on the surface of the heat sink.
  • the location of the heat sink made in the form of at least one tube filled with coolant on the axis of rotation of the wind turbine, allows you to collect thermal energy reflected from each of the blades of the wind turbine.
  • the heat sink is not mechanically connected to the wind turbine and always remains stationary. This allows you to pump the coolant and effectively deliver thermal energy to the consumer.
  • the wind turbine is tilted so that the solar radiation is perpendicular to the axis of rotation of the wind turbine.
  • the wind turbine together with the electric generator is fixed on the frame, which has the ability to deviate from the vertical by an angle depending on the height of the sun above the horizon.
  • the implementation of the convex surfaces of the blades of a wind turbine from a material that converts the energy of light into electricity allows the solar-wind installation to give energy even when the sun is behind the clouds and there is no wind.
  • the wind turbine rotates so that the convex surfaces of the blades are directed to that part of the sky where the sun is behind the clouds. Diffused sunlight is converted into electrical energy and charges the battery. This mode of operation can also be used when electrical energy is of paramount importance, and not thermal energy, for example, in summer.
  • the proposed invention enables the wind turbine to additionally perform the function of a solar energy concentrator.
  • the material consumption, cost and weight of the installation is almost halved, because each element performs two functions without any burden.
  • the heat sink is located inside the wind turbine, the geometric dimensions of the entire solar-wind installation are determined solely by the dimensions of the wind turbine. That is, the solar-wind installation is reduced to the size of a wind turbine. Given the compactness, and the fact that the vertical-axis wind turbine perceives wind of any direction, it can even be used on balconies of apartment buildings.
  • Figure 1 shows the location of the blades of the wind turbine in the mode of a wind generator, where it is indicated: casing 1 of the wind turbine, blades 2 of the wind turbine, block 3 control the angles of rotation of the blades, heat sink 4, wind flow 5.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the blades of the wind turbine in the mode of a solar radiation concentrator, where it is indicated: casing 1 of the wind turbine, blades 2 of the wind turbine, block 3 for controlling the angles of rotation of the blades, heat receiver 4. flux 6 of the incident solar radiation, direction 7 of reflected solar radiation.
  • Fig.z depicts a solar-wind installation in the optimal orientation to the sun, where it is indicated: casing 1 of a wind turbine, blades 2 of a wind turbine, a stream of 6 incident solar radiation, an electric generator 8, a frame 9 having the ability to deviate from the vertical, and the device 10 deflection of the frame from an upright position.
  • the solar-wind installation works as follows. In the morning, when the intensity of solar radiation is sufficient to start heating the heat carrier located in the heat sinks 4, and the wind turbine does not rotate or does not provide the rated power, the blade angle control unit 3 turns on and puts them into a position that corresponds to the concentration of solar radiation, i.e. as shown in FIG. In this case, the wind turbine stops feeling the wind and stops. The stop is significantly accelerated when the electric generator 8 is connected to the tracking system for the position of the sun. By supplying the appropriate signals from the unit for tracking the position of the sun to the deviation device 10 of the frame from the vertical position, and on the windings of the electric generator 8, the blades of the wind turbine are accurately oriented to the sun, ensuring maximum solar radiation flux to the heat receiver 4.
  • the tracking system constantly adjusts the orientation of the wind turbine, holding the heat sink 4 at the intersection of all the rays reflected by the concave surfaces of the blades 2.
  • turns back unit 3 controls the rotation angles of blades and translates them into a position corresponding elektrogeneratora wind mode, i.e. as shown in Figure 1.
  • the generator 8 is disconnected from tracking systems for the position of the sun.
  • the device 10 deviation of the frame from a vertical position returns the frame to a vertical position and the wind turbine continues to generate electricity in the presence of wind.
  • the solar-wind installation will continue to work in the mode of wind-power generator until then, until the unit tracking the position of the sun does not detect a sufficient level of solar radiation. If the sun in the morning behind the clouds and there is no wind, then the blades rotation angle control unit 3 again puts them in a position corresponding to the concentration of solar radiation, but the tracking system orientates the wind turbine so that the convex surfaces of the blades are directed to the part of the sky where the clouds are located the sun. In this case, the source of energy will be electrical energy received from the converters of the energy of light into electricity deposited on the convex surfaces of the blades.
  • This mode of operation of the solar-wind installation is also possible in the case when the water in the boiler is already heated to the desired temperature, the intensity of solar radiation is high, and the wind is absent. It should be noted that converters of light energy into electricity deposited on the convex surfaces of the blades will also work when the solar-wind installation is in the mode of a wind-electric generator. That is, whatever the weather conditions, the solar-wind installation will not stand idle, and will always give energy either in the form of heat or electricity, or both types at the same time.
  • the wind turbine housing 1 was made of a composite material (polystyrene laminated on both sides with aluminum foil) 3 mm thick.
  • the diameter of the wind turbine is 45cm, the height is 47cm.
  • the blades of 2 wind turbines are made of mirror aluminum with a thickness of 0.5 mm and have a width of 9 cm, a height of 45 cm and a radius of curvature of the cylindrical surface of 36.5 cm.
  • a flexible photovoltaic film is applied to the convex surface of the blades 2, which is close in characteristics to this http://vipmart.com.ua/p21505986-gibkaya-solnechnaya-batareya.html
  • the rotation angles of the blades were controlled manually by fixing each blade in the desired position.
  • As a heat sink 4 a vacuum tube manufactured by Star-energy (http: // www.star-energy.com.ua) 85cm long and 58mm outer diameter.
  • the tracking unit for the position of the sun is made according to a scheme close to that described here http://www.solarhome.ru/Biblio/pv/tracking.htm.
  • the specified solar-wind installation had a power of 140W.
  • the blade installation angle (or, as it is also called, the “jamming” angle) was selected at 45 degrees. In this case, one of the blades does not change its position, because in the solar concentrator mode it was also at an angle of 45 degrees to the tangent to the circle.
  • the generator 8 was made in the form of permanent magnets glued to the lower disk of the casing 1 of the wind turbine and coils of copper wire, mounted on the frame 9.
  • the indicated solar-wind installation had a power of 10 W, and like a solar battery of 15 W.
  • the wind turbine housing 1 was made of a composite material (polystyrene laminated on both sides with aluminum foil) 3 mm thick.
  • the diameter of the wind turbine is 85 cm.
  • the height is also 85 cm.
  • the blades of 2 wind turbines are made of mirror composite material, 3 mm thick, and have a width of 29 cm, a height of 84 cm and a radius of curvature of 67.5 cm.
  • the number of blades is 7.
  • a flexible photovoltaic film with parameters close to that described here http://www.ataba.com.ua/product info.php is applied to the convex surface of the blades.
  • the blade rotation control unit 3 is implemented in the form of a lever mechanism, has two fixed positions, respectively, for the mode of concentration of solar radiation, and for the mode of wind power generation. Switching from one mode to another is carried out either using an electromagnet or manually.
  • a heat sink 4 we used a vacuum tube manufactured by Star-energy (http: //www.star-energy.com.ua) with a length of 85 cm and an external diameter of 58 mm. As a solar radiation concentrator, this solar-wind installation produced up to 500W of thermal energy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Солнечно-ветровая установка относится к области ветро- и гелиоэнергетики. и может быть использована для автономного и круглогодичного энергообеспечения бытовых и промышленных потребителей. В основу изобретения поставлена задача уменьшения материалоемкости, стоимости и веса солнечно-ветровой установки. Задача решается тем, что в солнечно-ветровой установке, содержащей вертикально-осевую ветротурбину, выполненную из лопастей в виде цилиндрических поверхностей, механически связанную с электрогенератором, концентратор солнечного излучения, блок слежения за положением солнца и теплоприемник выполненный в виде трубок с теплоносителем, вогнутые поверхности лопастей выполнены из материала, отражающего солнечное излучение на теплоприемник, расположенный на оси вращения ветротурбины, выполняя функцию концентратора солнечной энергии. В вариантах выполнения лопасти ветротурбины выполнены с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси. Ветротурбина с электрогенератором может быть закреплена с возможностью отклонения от вертикальной оси. Выпуклые поверхности лопастей могут быть выполнены из материала, преобразующего энергию света в электричество. Совместное использование солнечной и ветровой энергии позволяет получить круглогодичное автономное энергообеспечение.

Description

Солнечно-ветровая установка
Изобретение относится к области ветро- и гелиоэнергетики, и может быть использовано, например, для автономного и круглогодичного энергообеспечения как бытовых, так и промышленных потребителей, в том числе и на балконах многоэтажных домов. Наиболее целесообразно использовать изобретение для энергообеспечения загородных домов, дач, туристических баз, мотелей, придорожных кафе или магазинов отдаленных от центральных электро- и теплосетей.
Известно, что в умеренных и приполярных широтах (40-65°) ни один вид альтернативных источников энергии не способен круглогодично покрывать энергозатраты, необходимые для комфортного проживания даже одного человека. Поэтому прибегают к одновременному использованию двух или даже трех источников энергии, с целью сгладить сезонные колебания поступления солнечной или ветровой энергии.
Например, известна солнечно-ветровая установка, содержащая ветротурбины и фотовольтаические солнечные батареи (патент РФ 2182674 F03D3 / 00 от 20.05.2002 http://www.freepatent.ru/patents/2182674). Указанная установка представляет собой сумму двух независимых устройств, генерирующих электричество. Поэтому, материалоемкость, стоимость и вес этой установки будет равняться или даже превышать сумму стоимости и сумму веса каждого из устройств отдельно. Следует также заметить, что использование электроэнергии, полученной от солнечных батарей, для отопления и г орячего водоснабжения не является рациональным, так как коэффициент полезного действия батарей составляет лишь 15-17%. Для этого лучше с помощью солнечных коллекторов непосредственно использовать 45-70% солнечного тепла.
Известна солнечно-ветровая установка (патент РФ N° 2309339 F24J2 / 42 от 27.10.2007 http://www.freepatent.ru/patents/2309339), содержащая ветротурбину, механически связанную с электрогенератором и солнечный коллектор. Как и предыдущий аналог, указанная установка представляет собой сумму двух устройств: ветро- электрогенератора и солнечного коллектора. Материалоемкость, стоимость и вес этой установки также будет равняться сумме стоимостей, материалоемкости и веса каждого устройства, взятого в одиночку. Кроме того, указанная солнечно-ветровая установка занимает большую площадь, тоже равную сумме площадей каждого устройства, взятого отдельно, что не позволяет использовать ее на балконах многоэтажек. Ближайшим аналогом является солнечно-ветровая установка, содержащая вертикально-осевую ветротурбину, выполненную из лопастей в виде цилиндрической поверхности, и механически связанную с электрогенератором, блок слежения за положением солнца и концентратор солнечного излучения, оптически связаный с теплоприемником, выполненным в виде трубок заполненных теплоносителем (http:/ bio- energyxom.ua/index.php?option=com_content&^
08-04-18-07-56&Itemid=129) Дата публикации: 13.05.2013.
Несмотря на то, что указанная солнечно-ветровая установка более компактна, чем предыдущие аналоги, она тоже представляет собой сумму двух независимых устройств, объединенных на общей станине. Поэтому, материалоемкость, стоимость и вес этой установки тоже будет состоять из суммы стоимости, материалоемкости и веса каждого устройства, взятого в отдельности. Кроме того, конструктивные особенности этой установки не позволяют использовать ее на балконах многоквартирных домов.
В основу изобретения поставлена задача уменьшения материалоемкости, стоимости и веса солнечно-ветровой установки, для того, чтобы в совокупности с высокой компактностью обеспечить возможность ее использования даже на балконах многоквартирных домов.
Поставленная задача решается тем, что
1. Солнечно-ветровая установка, содержащая вертикально-осевую ветротурбину, выполненную из лопастей в виде цилиндрических поверхностей, механически связанную с электрогенератором, концентратор солнечного излучения, блок слежения за положением солнца и теплоприемник выполненный в виде трубок с теплоносителем, отличается тем, что вогнутые поверхности лопастей выполнены из материала, отражающего солнечное излучение на теплоприемник, расположенный на оси вращения ветротурбины, выполняя функцию концентратора солнечной энергии.
2. Солнечно-ветровая установка по п.1 , отличающийся тем, что лопасти ветротурбины выполнены с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси и механически связаны с блоком управления углами поворота, который обеспечивает фокусировку солнечного излучения отраженного от каждой лопасти на теплоприемник, при этом электрогенератор соединен с блоком слежения за положением солнца.
3. Солнечно-ветровая установка по п.1, отличающаяся тем, что ветротурбина вместе с электрогенератором закреплена на раме, имеющей возможность отклонения от вертикали таким образом, чтобы ось вращения ветротурбины была перпендикулярной к солнечным лучам.
4. Солнечно-ветровая установка по п.1, отличающаяся тем, что выпуклые поверхности лопастей выполнены из материала, который превращает солнечное излучение в электричество.
Согласно предложенному изобретению выполнение вогнутых поверхностей лопастей из материала, который хорошо отражает солнечное излучение, превращает ветротурбину в концентратор солнечной энергии, обеспечивая возможность сбора солнечной энергии.
Выполнение лопастей ветротурбины с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси и их механическая связь с блоком управления углами поворота, приводит к тому, что лопасти можно расположить так, что они будут отражать падающее на них солнечное излучение таким образом, что отраженные пучки будут пересекаться на оси вращения ветротурбины и попадать на теплоприемник излучения. Для достижения максимального результата углы поворота каждой лопасти должны быть вполне определенными, и эти углы зависят от количества лопастей ветротурбины. Если количество лопастей четное, то на основе законов геометрической оптики, углы поворота а для каждой лопасти определяются по формуле a = 180 / n (l/2 + m), где п - количество лопастей, a m = 0,1,2 ... n -1 - номер лопасти, для которой выполняется определение угла поворота. Если количество лопастей в ветротурбине нечетное, то расчет выполняется по формуле а = 180т / п. При этом не имеет значения, какую именно лопасть принимать нулевой, все лопасти займут такое положение, при котором отражённые от них солнечные лучи пересекутся на оси вращения ветротурбины.
Лопасти ветротурбины, как правило, имеют определенный радиус кривизны. Максимальный эффект сбора солнечной энергии будет достигнут, если радиус кривизны цилиндрической поверхности лопастей выбрать равным диаметру круга, на котором расположены оси поворота лопастей ветротурбины, так как лопасти будут фокусировать солнечное излучение на поверхности теплоприемника.
Расположение теплоприемника, выполненного в виде, как минимум, одной трубки, заполненной теплоносителем на оси вращения ветротурбины, позволяет собрать тепловую энергию, отраженную от каждой из лопастей ветротурбины. При этом теплоприемник механически не связан с ветротурбиной и всегда остается неподвижным. Это позволяет осуществлять прокачку теплоносителя и эффективно доставлять тепловую энергию потребителю. з Для того, чтобы теплоприемник был равномерно освещен по всей длине, и чтобы передние лопасти не затеняли задних, ветротурбину наклоняют так, чтобы солнечное излучение было перпендикулярным к оси вращения ветротурбины. Для этого ветротурбина вместе с электрогенератором закреплена на раме, которая имеет возможность отклонения от вертикали на угол, зависящий от высоты солнца над горизонтом.
Подключение электрогенератора к блоку слежения за положением солнца приводит к тому, что электрогенератор в этом случае работает как двигатель, и обеспечивает постоянную ориентацию лопастей ветротурбины на солнце, что также способствует повышению эффективности сбора тепловой энергии.
Выполнение выпуклых поверхностей лопастей ветротурбины из материала, преобразующего энергию света в электричество, позволяет солнечно-ветровой установке давать энергию даже тогда, когда солнце за облаками и нет ветра. В этом случае ветротурбина поворачивается так, чтобы выпуклые поверхности лопастей были направлены на тот участок неба, где за облаками находится солнце. Рассеянный солнечный свет преобразуется в электрическую энергию и заряжает аккумулятор. Такой режим работы может использоваться и тогда, когда первостепенное значение имеет электрическая энергия, а не тепловая, например, летом.
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает возможность ветротурбине дополнительно выполнять еще и функцию концентратора солнечной энергии. В результате, материалоемкость, стоимость и вес установки уменьшается практически вдвое, потому что каждый элемент выполняет по две функции без каких-либо обременений. Поскольку теплоприемник находится внутри ветротурбины, то геометрические размеры всей солнечно-ветровой установки определяются исключительно размерами ветротурбины. То есть, солнечно-ветровая установка уменьшается до размеров ветротурбины. Учитывая компактность, и то, что вертикально-осевая ветротурбина воспринимает ветер любого направления, то ее можно использовать даже на балконах многоквартирных домов.
Совместное использование солнечной и ветровой энергии позволяет получить круглогодичное автономное энергообеспечение. Это связано с тем, что максимум производительности ветровой и солнечной систем приходятся на разное время суток и года.
Приведенная выше причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и техническим результатом не является очевидной для среднего специалиста, не известна из уровня техники, что свидетельствует о том, что предложенное нами изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень ».
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема расположения лопастей ветротурбины в режиме ветро-электрогенератора, где обозначено: корпус 1 ветротурбины, лопасти 2 ветротурбины, блок 3 управления углами поворота лопастей, теплоприемник 4, поток 5 ветра.
На фиг.2 изображена схема расположения лопастей ветротурбины в режиме концентратора солнечного излучения, где обозначено: корпус 1 ветротурбины, лопасти 2 ветротурбины, блок 3 управления углами поворота лопастей, теплоприемник 4. поток 6 падающего солнечного излучения, направление 7 отраженного солнечного излучения.
На фиг.З изображена солнечно-ветровая установка в положении оптимальной ориентации на солнце, где обозначено: корпус 1 ветротурбины, лопасти 2 ветротурбины, поток 6 падающего солнечного излучения, электрогенератор 8, рама 9, имеющая возможность отклонения от вертикали, и устройство 10 отклонение рамы от вертикального положения.
Работает солнечно-ветровая установка следующим образом. Утром, когда интенсивность солнечного излучения достаточна для начала нагрева теплоносителя, находящегося в теплоприемников 4, а ветротурбина при этом не вращается или не обеспечивает номинальную мощность, включается блок 3 управления углами поворота лопастей и переводит их в положение, которое соответствует концентрации солнечного излучения, то есть так, как показано на Фиг2. В этом случае ветротурбина перестает чувствовать ветер и останавливается. Остановка существенно ускоряется при подключении электрогенератора 8 к системе слежения за положением солнца. Путем подачи соответствующих сигналов с блока слежения за положением солнца на устройство 10 отклонения рамы от вертикального положения, и на обмотки электрогенератора 8 осуществляется точная ориентация лопастей ветротурбины на солнце, обеспечивая максимальный поток солнечного излучения на теплоприемник 4. По мере движения солнца по небосводу, система слежения постоянно корректирует ориентацию ветротурбины, удерживая теплоприемник 4 в точке пересечения всех лучей, отраженных вогнутыми поверхностями лопастей 2. Вечером, когда интенсивность солнечного излучения становится ниже допустимого порога, снова включается блок 3 управления углами поворота лопастей и переводит их в положение, соответствующее режиму ветро- електрогенератора, то есть так, как показано на фиг.1. Электрогенератор 8 отключается от системы слежения за положением солнца. Устройство 10 отклонение рамы от вертикального положения возвращает раму в вертикальное положение и ветротурбина продолжает генерацию электричества при наличии ветра. Если на следующее утро солнце будет за облаками, то солнечно-ветровая установка будет продолжать работу в режиме ветро-електрогенератра до тех пор, пока блок слежения за положением солнца не обнаружит достаточный уровень солнечного излучения. Если же солнце утром за облаками и отсутствует ветер, то блок 3 управления углами поворота лопастей снова переводит их в положение, соответствующее концентрации солнечного излучения, но система слежения так ориентирует ветротурбину, чтобы выпуклые поверхности лопастей были направлены на тот участок неба, где за облаками находится солнце. В этом случае источником энергии будет электрическая энергия, получаемая от преобразователей энергии света в электричество, нанесенных на выпуклые поверхности лопастей. Такой режим работы солнечно-ветровой установки возможен и в случае, когда вода в бойлере уже нагрета до нужной температуры, интенсивность солнечного излучения велика, а ветер отсутствует. Следует заметить, что преобразователи энергии света в электричество, нанесенные на выпуклые поверхности лопастей, будут работать и в том случае, когда солнечно-ветровая установка будет находиться в режиме ветро-электрогенератора. То есть, какими бы ни были погодные условия, солнечно-ветровая установка простаивать не будет, и всегда будет давать энергию или в виде тепловой или электрической, или одновременно обоих видов.
В одном из вариантов выполнения солнечно-ветровой установки корпус 1 ветротурбины был изготовлен из композитного материала (полистирол с двух сторон ламинированный алюминиевой фольгой) толщиной 3 мм. Диаметр ветротурбины 45см, высота 47см. Лопасти 2 ветротурбины изготовлены из зеркального алюминия толщиной 0,5 мм и имеют ширину 9 см, высоту 45 см и радиус кривизны цилиндрической поверхности 36,5см. На выпуклую поверхность лопастей 2 нанесена гибкая фотовольтаической пленка, близкая по характеристикам к этой http://vipmart.com.ua/p21505986-gibkaya-solnechnaya-batareya.html Управление углами поворота лопастей осуществлялось вручную путем фиксации каждой лопасти в нужном положении. Количество лопастей 12, поэтому угол поворота составлял а = 7,5 + 7,5т, где т = 0,1,2 ... 11. В качестве теплоприемника 4 использовалась вакуумная трубка производства фирмы «Star-energy» (http://www.star-energy.com.ua) длиной 85см и внешним диаметром 58мм. Блок слежения за положением солнца выполнен по схеме, близкой к описанной здесь http://www.solarhome.ru/biblio/pv/tracking.htm. Как концентратор солнечного излучения, указанная солнечно-ветровая установка имела мощность 140Вт. При переключении солнечно-ветровой установки в режим ветро-электрогенерации угол установки лопастей (или, как его еще называют, угол «заклинивания») был выбран 45 градусов. В этом случае одна из лопастей не меняет своего положения, потому что в режиме солнечного концентратора также находилась под углом 45 градусов к касательной к окружности. Электрогенератор 8 был выполнен в виде постоянных магнитов приклеенных к нижнему диску корпуса 1 ветротурбины и катушек медной проволоки, закрепленных на раме 9. Как ветро-электрогенератор, указанная солнечно-ветровая установка имела мощность 10Вт, а как солнечная батарея 15Вт.
В другом варианте выполнения солнечно-ветровой установки корпус 1 ветротурбины был изготовлен из композитного материала (полистирол с двух сторон ламинированный алюминиевой фольгой) толщиной 3 мм. Диаметр ветротурбины 85 см. высота тоже 85 см. Лопасти 2 ветротурбины изготовлены из зеркального композитного материала, толщиной Змм, и имеют ширину 29см, высота 84см и радиус кривизны 67,5см. Количество лопастей - 7. На выпуклую поверхность лопастей нанесена гибкая фотовольтаической пленка с параметрами близкими к описанной здесь http://www.ataba.com.ua/product info.php?
products id=438&osCsid=2581f95d428598a48c4 88994ece43e4 Блок 3 управления поворотом лопастей вьшолнен в виде рычажного механизма, имеет два фиксированных положения соответственно, для режима концентрации солнечного излучения, и для режима ветро- электрогенерации. Переключение из одного режима в другой осуществляется или с помощью электромагнита или вручную. В качестве теплоприемника 4 использовалась вакуумная трубка производства фирмы «Star-energy» (http://www.star- energy.com.ua) длиной 85см и внешним диаметром 58мм. Как концентратор солнечного излучения, указанная солнечно-ветровая установка производила до 500Вт тепловой энергии. Этого достаточно для нагрева в течение дня 80-100 литров воды до температуры 50-70 градусов. В режиме ветро- электрогенерации при скорости ветра 7-8 м / сек, указанная солнечно-ветровая установка производила до 50Вт электрической мощности, и столько же в режиме солнечной батареи. Этого достаточно, чтобы всегда иметь заряженные аккумуляторы емкостью 80-120 ампер-часов.
Таким образом, предлагаемое нами техническое решение соответствует всем критериям охраноспособности изобретения, так как имеет мировую новизну, высокий изобретательский уровень, не является очевидным для среднего специалиста в данной области и имеет промышленное применение.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Солнечно-ветровая установка, содержащая вертикально-осевую ветротурбину, выполненную из лопастей в виде цилиндрических поверхностей, механически связанную с электрогенератором, концентратор солнечного излучения, блок слежения за положением солнца и теплоприемник выполненный в виде трубок с теплоносителем, отличается тем, что вогнутые поверхности лопастей выполнены из материала, отражающего солнечное излучение на теплоприемник, расположенный на оси вращения ветротурбины, выполняя функцию концентратора солнечной энергии.
2. Солнечно-ветровая установка по п.1 , отличающийся тем, что лопасти ветротурбины выполнены с возможностью вращения вокруг своей вертикальной оси и механически связаны с блоком управления углами поворота, который обеспечивает фокусировку солнечного излучения отраженного от каждой лопасти на теплоприемник, при этом электрогенератор соединен с блоком слежения за положением солнца.
3. Солнечно-ветровая установка по п.1 , отличающаяся тем, что ветротурбина вместе с электрогенератором закреплена на раме, имеющей возможность отклонения от вертикали таким образом, чтобы ось вращения ветротурбины была перпендикулярной к солнечным лучам.
4. Солнечно-ветровая установка по п.1 , отличающаяся тем, что выпуклые поверхности лопастей выполнены из материала, который превращает солнечное излучение в электричество.
PCT/UA2016/000021 2015-02-16 2016-02-15 Солнечно-ветровая установка WO2016133484A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201700346A EA032692B1 (ru) 2015-02-16 2016-02-15 Солнечно-ветровая установка

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201501245A UA112906C2 (uk) 2015-02-16 2015-02-16 Сонячно-вітрова установка
UAA201501245 2015-02-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016133484A1 true WO2016133484A1 (ru) 2016-08-25

Family

ID=56692318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2016/000021 WO2016133484A1 (ru) 2015-02-16 2016-02-15 Солнечно-ветровая установка

Country Status (3)

Country Link
EA (1) EA032692B1 (ru)
UA (1) UA112906C2 (ru)
WO (1) WO2016133484A1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108494363A (zh) * 2018-04-13 2018-09-04 杨迪生 一种太阳能风光热一体的贮能装置及其贮能方法
CN108736799A (zh) * 2017-04-20 2018-11-02 李宰旭 提高发电效率的太阳能及风力发电装置
US10305414B2 (en) * 2013-11-12 2019-05-28 Asm Ip Holdings Llc Solar collection assembly and method
CN110094301A (zh) * 2018-01-28 2019-08-06 王永平 一种风、光能源模块
CN112970194A (zh) * 2018-08-24 2021-06-15 索利维斯有限公司 一种太阳能发电机
CN114183319A (zh) * 2022-01-12 2022-03-15 钟振兴 一种多功能发电装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112963299B (zh) * 2021-02-25 2021-12-03 合肥凌山新能源科技有限公司 一种风力发电机导流驱动及光伏嵌入反光式风叶机构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918707A1 (ru) * 1980-07-10 1982-04-07 За витель .т. ,.,- ,, . Н. П. Селиванов , , j..,.V / f --f f :,-i 1« :;,.-;-,/., : V.,.- ,,. . .v.v..-.., .и - .-./-.: ;:-,/- .,: { i . п Г- Т г /i-sb,i;-.;i; i ; 4 Энергоустановка
RU2251022C1 (ru) * 2003-11-13 2005-04-27 Зазимко Вадим Николаевич Ветроэнергетическая установка
RU112748U1 (ru) * 2010-08-09 2012-01-20 Владислав Викторович Глазков Солнечный водонагреватель "ра-робот"
US20150022005A1 (en) * 2012-04-04 2015-01-22 Donnie E. JORDAN, SR. Hybrid Energy Harvesting Device and Fixed Threshold Power Production

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU918707A1 (ru) * 1980-07-10 1982-04-07 За витель .т. ,.,- ,, . Н. П. Селиванов , , j..,.V / f --f f :,-i 1« :;,.-;-,/., : V.,.- ,,. . .v.v..-.., .и - .-./-.: ;:-,/- .,: { i . п Г- Т г /i-sb,i;-.;i; i ; 4 Энергоустановка
RU2251022C1 (ru) * 2003-11-13 2005-04-27 Зазимко Вадим Николаевич Ветроэнергетическая установка
RU112748U1 (ru) * 2010-08-09 2012-01-20 Владислав Викторович Глазков Солнечный водонагреватель "ра-робот"
US20150022005A1 (en) * 2012-04-04 2015-01-22 Donnie E. JORDAN, SR. Hybrid Energy Harvesting Device and Fixed Threshold Power Production

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10305414B2 (en) * 2013-11-12 2019-05-28 Asm Ip Holdings Llc Solar collection assembly and method
CN108736799A (zh) * 2017-04-20 2018-11-02 李宰旭 提高发电效率的太阳能及风力发电装置
CN110094301A (zh) * 2018-01-28 2019-08-06 王永平 一种风、光能源模块
CN108494363A (zh) * 2018-04-13 2018-09-04 杨迪生 一种太阳能风光热一体的贮能装置及其贮能方法
CN108494363B (zh) * 2018-04-13 2024-05-14 杨迪生 一种太阳能风光热一体的贮能装置及其贮能方法
CN112970194A (zh) * 2018-08-24 2021-06-15 索利维斯有限公司 一种太阳能发电机
CN114183319A (zh) * 2022-01-12 2022-03-15 钟振兴 一种多功能发电装置

Also Published As

Publication number Publication date
UA112906C2 (uk) 2016-11-10
EA201700346A1 (ru) 2017-12-29
EA032692B1 (ru) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016133484A1 (ru) Солнечно-ветровая установка
US8952238B1 (en) Concentrated photovoltaic and solar heating system
US8104465B2 (en) Small-scale, concentrating, solar CHP system
US20100206302A1 (en) Rotational Trough Reflector Array For Solar-Electricity Generation
CN101098112A (zh) 可自散热的太阳能聚集型光伏发电装置
KR20130057992A (ko) 태양열 집열 시스템
RU2671254C1 (ru) Многофункциональная солнечная энергетическая система
US20110168232A1 (en) Method and System for Providing Tracking for Concentrated Solar Modules
RU2676214C1 (ru) Система концентрированной солнечной энергии
Psomopoulos Solar energy: Harvesting the sun’s energy for a sustainable future
KR20120115072A (ko) 태양광 발전 효율이 높으면서 콤팩트한 구조를 갖는 태양광 발전 장치
KR100931400B1 (ko) 태양열 집열 장치
US8101896B2 (en) Solar tracking unit for a steam generator or the like having first and second plurality of photovoltaic cells for generating electrical signals to rotate a concave reflector about first and second axes, respectively
CA2857366A1 (en) Hybrid solar energy recovery system
US20150048776A1 (en) Concentrator-Driven, Photovoltaic Power Generator
RU2206837C2 (ru) Солнечный модуль с концентратором (варианты)
CN202182968U (zh) 一种超级聚光设备
JP5615209B2 (ja) 太陽光発電装置
Timilsina et al. The evolution of solar energy technologies and supporting policies
CN104796067A (zh) 一种紧凑式聚光光伏光热一体化模块
CN102455499A (zh) 一种超级聚光设备的制作方法及设备
JP6734216B2 (ja) 光発電装置
RU2172451C1 (ru) Солнечный модуль с концентратором (варианты)
JP6116741B1 (ja) 光発電装置
Holman et al. High-efficiency solar power with integrated storage

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16752751

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201700346

Country of ref document: EA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16752751

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1