WO2023144591A1 - Wind-solar hybrid generator device - Google Patents

Wind-solar hybrid generator device Download PDF

Info

Publication number
WO2023144591A1
WO2023144591A1 PCT/IB2022/050808 IB2022050808W WO2023144591A1 WO 2023144591 A1 WO2023144591 A1 WO 2023144591A1 IB 2022050808 W IB2022050808 W IB 2022050808W WO 2023144591 A1 WO2023144591 A1 WO 2023144591A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
wind
electromagnetic motor
flaps
rotation
Prior art date
Application number
PCT/IB2022/050808
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Алексейс ХОЛОСТОВС
Original Assignee
Алексейс ХОЛОСТОВС
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 Алексейс ХОЛОСТОВС filed Critical Алексейс ХОЛОСТОВС
Priority to PCT/IB2022/050808 priority Critical patent/WO2023144591A1/en
Publication of WO2023144591A1 publication Critical patent/WO2023144591A1/en

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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • 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
    • 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

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

The invention relates to a wind-solar hybrid generator device with a wind turbine and photovoltaic panels for generating electrical energy. The wind-solar hybrid generator device includes a platform (7), a four-blade rotor (1) with a vertical rotational axis (12), wind catchers (6) in the form of photovoltaic panels, and blades (13) which comprise frames (4) and louvers (5), designed so that the four-blade rotor (1) is capable of operating at low wind speeds of up to 3 m/s on the principle of a thrust-driven rotor, and at higher wind speeds on the principle of a Darrieus rotor by means of an aerodynamic airfoil profile. The device is equipped with a brushless electromagnetic motor, the stator of which is formed by a series of coils attached to the platform (7) along the diameter of the device, with permanent magnets being fastened to the rotor (11) of the electromagnetic motor.

Description

ВЕТРО-СОЛНЕЧНАЯ ГИБРИДНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА WIND-SOLAR HYBRID GENERATOR UNIT
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ FIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE PROPOSED INVENTION RELATES
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветросолнечной гибридной генераторной установке с ветряной турбиной и фотоэлектрическими панелями для выработки электроэнергии и может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра и солнечной энергии в электрическую энергию. The invention relates to the field of wind energy, namely to a wind-solar hybrid generator set with a wind turbine and photovoltaic panels for generating electricity and can be used to convert the kinetic energy of wind and solar energy into electrical energy.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND OF THE INVENTION
Известна ветровая турбина вертикальной оси [US8232664B2], в которой ветротурбинный аппарат с вертикальной осью установлен на платформе с динамическими ветроуловителями для направления ветра, попадающего на лопасти турбины. Динамические ветроуловители закрываются при сильном ветре, чтобы изолировать ветряную турбину и защитить ее от повреждений. A vertical axis wind turbine is known [US8232664B2], in which a vertical axis wind turbine is mounted on a platform with dynamic wind traps to direct the wind impinging on the turbine blades. Dynamic windcatchers close in strong winds to isolate the wind turbine and protect it from damage.
Недостаток известной конструкции состоит в том, что ротор установки представляет собой ротор Дарье, который при малой скорости ветра работает не эффективно. Также система управления динамическими ветроуловителями очень сложная и дорогостоящая, к тому же безвозвратно затрачивает электроэнергию. The disadvantage of the known design is that the installation rotor is a Darier rotor, which does not work efficiently at low wind speeds. Also, the control system of dynamic windcatchers is very complex and expensive, besides, it consumes electricity irretrievably.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является ветровая турбина вертикальной оси [W02015078086A1], которая включает ось вращения и множество лопастей с динамическими створками. The closest device for the same purpose to the claimed invention in terms of a set of features is a vertical axis wind turbine [W02015078086A1], which includes an axis of rotation and a plurality of blades with dynamic shutters.
Недостаток известной конструкции состоит в том, что створки лопастей не имеют аэродинамическую форму (т.е. профиль самолётного крыла). Соответственно во время вращения вне сектора воздействия прямого ветрового потока не создаётся дополнительный крутящий момент, что приводит к потере мощности. Также при сильном ветре ротор не может трансформироваться в ротор Дарье, который при сильном ветре является самым эффективным. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ The disadvantage of the known design is that the flaps of the blades do not have an aerodynamic shape (i.e. the profile of an aircraft wing). Accordingly, during rotation outside the sector of influence of the direct wind flow, no additional torque is created, which leads to a loss of power. Also, in strong winds, the rotor cannot transform into a Darrieus rotor, which is the most efficient in strong winds. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание ветро-солнечной гибридной генераторной установки, которая эффективно работает при сильном ветре и при слабом ветре, используя ветер, начиная со скорости 0,1 м/с. The technical problem solved by the invention is the creation of a wind-solar hybrid generator set, which operates effectively in strong winds and in light winds, using the wind, starting from a speed of 0.1 m/s.
В ветро-солнечной гибридной генераторной установке, содержащей: платформу; четырёх -лопастной ротор с вертикальной осью вращения, которая может свободно вращаться на указанной платформе; восемь стационарных ветроуловителей; электромагнитный двигатель, включающий катушки, постоянные магниты, ротор электро-магнитного двигателя и ось вращения электромагнитного двигателя; генератор, прикреплённый к оси вращения; верхнюю ступицу и нижнюю ступицу, соединенные с вертикальной осью вращения: лопасти, включающие рамки и створки, соединенные с вертикальной осью вращения; причем отверстия и створки, расположенные внутри каждой лопасти, выполнены с возможностью ветру проходить через отверстия и обтекать створки или давить на упомянутые створки в зависимости от положения лопасти во время вращения четырёх-лопастного ротора; согласно изобретению, створки выполнены в виде вертикальных динамических створок, имеющих возможность открывания по отнощению к плоскости рамки на угол до 85 градусов, причем упомянутые створки выполнены в виде аэродинамического профиля самолётного крыла; упомянутые створки выполнены с возможностью работы при слабом ветре со скоростью до 3 м/с по принципу напорного ротора, а при более сильном ветре - посредством аэродинамического профиля самолетного крыла по принципу ротора Дарье; причем ветроуловители выполнены в виде фотоэлектрических панелей, причем платформа, являющаяся основанием установки, имеет солнцеотражающее покрытие; ветро-солнечная гибридная генераторная установка снабжена бесколлекторным электромагнитным двигателем, работающим за счёт взаимодействия электромагнитных катушек с постоянными магнитами; причем ротор электромагнитного двигателя выполнен в виде отдельного ротора электромагнитного двигателя или совмещен с четырёх -лопастным ротором, выполняющим также роль ротора электромагнитного двигателя; причем статор электромагнитного двигателя образован рядом катушек, которые закреплены на платформе по диаметру четырёх -лопастного ротора гибридной генераторной установки, а постоянные магниты прикреплены к ротору электромагнитного двигателя или к концам лопастей. In a wind-solar hybrid generator set, comprising: a platform; four-blade rotor with a vertical axis of rotation, which can rotate freely on the specified platform; eight stationary windcatchers; an electromagnetic motor including coils, permanent magnets, an electromagnetic motor rotor and an electromagnetic motor rotation axis; a generator attached to the axis of rotation; an upper hub and a lower hub connected to a vertical axis of rotation: blades including frames and flaps connected to a vertical axis of rotation; moreover, the holes and flaps located inside each blade are made with the ability for the wind to pass through the holes and flow around the flaps or press on said flaps depending on the position of the blade during rotation of the four-blade rotor; according to the invention, the flaps are made in the form of vertical dynamic flaps that can be opened with respect to the plane of the frame at an angle of up to 85 degrees, and the said flaps are made in the form of an aerodynamic profile of an aircraft wing; said flaps are designed to operate in light winds with speeds up to 3 m/s according to the pressure rotor principle, and in stronger winds - through the aerodynamic profile of the aircraft wing according to the Darrieus rotor principle; moreover, windcatchers are made in the form of photovoltaic panels, and the platform, which is the base of the installation, has a sun-reflective coating; the wind-solar hybrid generator set is equipped with a brushless electromagnetic motor, which operates due to the interaction of electromagnetic coils with permanent magnets; moreover, the rotor of the electromagnetic motor is made in the form of a separate rotor of the electromagnetic motor or combined with a four-blade rotor, which also acts as the rotor of the electromagnetic motor; moreover, the stator of the electromagnetic motor is formed by a number of coils, which are fixed on platform on the diameter of the four-bladed rotor of the hybrid generator set, and the permanent magnets are attached to the rotor of the electromagnetic motor or to the ends of the blades.
Предложенная ветро-солнечная гибридная генераторная установка имеет лопасти, на которых установлены вертикальные динамические (автоматически открывающиеся и закрывающиеся под воздействием ветра и центробежной силы) створки с аэродинамическим профилем самолётного крыла. Эти створки при слабом ветре работают по принципу напорного ротора, а при сильном ветре автоматически, без применения приводов и затрат электроэнергии, трансформируются в ротор Дарье. Также профиль самолётного крыла створок позволяет вне сектора воздействия прямого ветра не только минимизировать сопротивление встречного (лобового) потока, но и извлечь дополнительную мощность из него. При обтекании лобовым потоком по обеим сторонам створок с аэродинамическим профилем, по принципу действия самолётного крыла, разница давлений между правой и левой сторонами створок создают крутящий момент для лопасти и, соответственно, для всего четырёх-лопастного ротора. The proposed wind-solar hybrid generator set has blades on which vertical dynamic (automatically opening and closing under the influence of wind and centrifugal force) flaps with an aerodynamic profile of an aircraft wing are installed. In light winds, these flaps operate on the principle of a pressure rotor, and in strong winds they are automatically transformed into a Darrieus rotor without the use of drives and energy costs. Also, the profile of the aircraft wing flaps allows outside the direct wind impact sector not only to minimize the resistance of the oncoming (frontal) flow, but also to extract additional power from it. When there is a frontal flow around both sides of the flaps with an aerodynamic profile, according to the principle of operation of an aircraft wing, the pressure difference between the right and left sides of the flaps creates a torque for the blade and, accordingly, for the entire four-blade rotor.
Предложенная ветро-солнечная гибридная генераторная установка снабжена экономичным бесколлекторным электро-магнитным двигателем (мотором), который постоянно вращает ротор, в том числе и при скорости ветра 0 м/с. Соответственно, любой ветровой поток со скоростью выше 0 м/с улавливается и преобразуется в механическую энергию и затем в электроэнергию. The proposed wind-solar hybrid generator set is equipped with an economical brushless electromagnetic motor (motor) that constantly rotates the rotor, including at a wind speed of 0 m/s. Accordingly, any wind flow with a speed above 0 m/s is captured and converted into mechanical energy and then into electricity.
Статор электромагнитного двигателя образован рядом катушек, которые закреплены на платформе по диаметру четырёх-лопастного ротора гибридной генераторной установки, а постоянные магниты прикреплены к ротору электромагнитного двигателя или к концам лопастей для обеспечения постоянного вращения четырёх-лопастного ротора с приложением импульса на самой удалённой точке от центра упомянутого ротора. The stator of the electromagnetic motor is formed by a series of coils that are fixed on a platform along the diameter of the four-blade rotor of the hybrid generator set, and permanent magnets are attached to the rotor of the electromagnetic motor or to the ends of the blades to ensure that the four-blade rotor constantly rotates with the application of an impulse at the most distant point from the center. said rotor.
Платформа, являющаяся основанием ветро-солнечной гибридной генераторной установки, имеет солнце-отражающее покрытие, направляющее световой поток на фотоэлектрические панели. Энергии, выработанной фотоэлектрическими панелями, достаточно для питания бесколлекторного электромагнитного двигателя и вращения четырёх-лопастного ротора. Таким образом предложенная ветро-солнечная гибридная генераторная установка имеет совокупность признаков, которые дают возможность ей эффективно работать при сильном ветре и при слабом ветре, используя ветер, начиная со скорости 0,1 м/с. The platform, which is the base of the wind-solar hybrid generator set, has a solar-reflective coating that directs the light flux to the photovoltaic panels. The energy generated by the photovoltaic panels is enough to power a brushless electromagnetic motor and spin a four-blade rotor. Thus, the proposed wind-solar hybrid generator set has a set of features that enable it to operate effectively in strong winds and in light winds, using wind speeds starting from 0.1 m/s.
Бесколлекторный электромагнитный двигатель может быть выполнен в виде двигателя без корпуса. The brushless electromagnetic motor can be made in the form of a motor without a housing.
Бесколлекторный электромагнитный двигатель может быть выполнен в виде двигателя с корпусом. The brushless electromagnetic motor can be made in the form of a motor with a housing.
Платформа и створки могут быть покрыты светооражающим материалом.Platform and doors can be covered with reflective material.
Ветро-солнечная гибридная генераторная установка может быть снабжена отражающими элементами, перенаправляющими световой поток на затемнённые фотоэлементы. The wind-solar hybrid generator set can be equipped with reflective elements that redirect the light flux to darkened photocells.
Створки могут быть выполнены в виде аэродинамического плосковыпуклого профиля самолётного крыла, причем выпуклая сторона створки в открытом виде обращена в направлении от оси вращения The flaps can be made in the form of an aerodynamic plano-convex profile of an aircraft wing, with the open convex side of the flap facing away from the axis of rotation.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Далее изобретение описывается со ссылками на прилагаемые чертежи, которыми иллюстрируются осуществления изобретения. The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which illustrate embodiments of the invention.
На фигурах показано: на фиг. 1 общий вид ветро-солнечной гибридной генераторной установки, в которой ротор электромагнитного двигателя выполнен в виде отдельного ротора электромагнитного двигателя; на фиг. 2 схематично изображен вид сверху ветро-солнечной гибридной генераторной установки (без обвязки), изображенной на фиг. 1 ; на фиг. 3 разрез бесколлекторного электромагнитного двигателя, установленного в ветро-солнечной гибридной генераторной установке. The figures show: in Fig. 1 is a general view of a wind-solar hybrid generator set, in which the electromagnetic motor rotor is made in the form of a separate electromagnetic motor rotor; in fig. 2 is a schematic plan view of the wind-solar hybrid generator set (without piping) shown in FIG. 1 ; in fig. 3 is a section through a brushless electromagnetic motor installed in a wind-solar hybrid generator set.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ Пример 1 DETAILED DESCRIPTION OF OPTIONS FOR IMPLEMENTATION OF THE PROPOSED INVENTION Example 1
Ветро-солнечная гибридная генераторная установка (на фиг. 1 изображен общий вид, на фиг. 2 вид сверху, на котором не показана обвязка) содержит платформу 7, четырёх -лопастной ротор 1 с вертикальной осью вращения 12, которая может свободно вращаться на указанной платформе 7; восемь стационарных ветроуловителей 6, образующие в горизонтальной плоскости конфузоры, направляющие на четырёх-лопастной ротор 1 поток ветра. Ветро-солнечная гибридная установка снабжена бесколлекторным электромагнитным двигателем, включающим катушки 9 и постоянные неодимовые магниты 10. К вертикальной оси вращения 12 прикреплён генератор 2. Верхняя ступица и нижняя ступица соединены с вертикальной осью вращения 12. Платформа 7 является силовой основой конструкции. На ней закреплены ветроуловители 6 и на ее нижней стороне установлен генератор 2. The wind-solar hybrid generator set (Fig. 1 shows a general view, Fig. 2 is a top view, which does not show the harness) contains a platform 7, a four-blade rotor 1 with a vertical axis of rotation 12, which can rotate freely on the specified platform 7; eight stationary wind catchers 6, forming confusers in the horizontal plane, directing the wind flow to the four-blade rotor 1. The wind-solar hybrid installation is equipped with a brushless electromagnetic motor, including coils 9 and permanent neodymium magnets 10. A generator 2 is attached to the vertical axis of rotation 12. The upper hub and lower hub are connected to the vertical axis of rotation 12. Platform 7 is the power base of the structure. Windcatchers 6 are fixed on it and a generator 2 is installed on its lower side.
Каждая лопасть 13 четырёх-лопастного ротора 1 включает рамку 4 и одну пару вертикальных динамических створок 5, выполненных в виде аэродинамического плосковыпуклого профиля самолётного крыла, причем выпуклая сторона створки 5 в открытом виде обращена в направлении от оси вращения 12. Угол между лопастями 13 составляет 90 градусов. Лопасти 13 прикреплены к вертикальной оси вращения 12. Створки 5 крепятся боковыми петлями с ограничителями к рамкам 4, при этом рамка 4 вертикально удерживает на себе створки 5, позволяя створкам 5 свободно открываться и закрываться по отношению к плоскости рамки 4 на угол в диапазоне от 0 до 85 градусов, причем створки 5 открываются и закрываются параллельно оси вращения 12. Максимальный угол, на который могут открываться створки 5, устанавливается ограничителями и в других вариантах выполнения может составлять менее 85 градусов. В рамках 4 лопасти 13 выполнены отверстия 14, причем упомянутые отверстия 14 и створки 5 выполнены с возможностью ветру проходить через отверстия 14, когда створки 5 открыты, и обтекать створки 5 или давить на упомянутые створки 5, когда они закрыты, в зависимости от положения лопасти 13 во время вращения четырёх-лопастного ротора 1 относительно сектора воздействия ветрового потока. Each blade 13 of the four-bladed rotor 1 includes a frame 4 and one pair of vertical dynamic flaps 5 made in the form of an aerodynamic plano-convex profile of an aircraft wing, with the convex side of the flap 5 in the open form facing away from the axis of rotation 12. The angle between the blades 13 is 90 degrees. The blades 13 are attached to the vertical axis of rotation 12. The flaps 5 are attached with side hinges with limiters to the frames 4, while the frame 4 vertically holds the flaps 5 on itself, allowing the flaps 5 to open and close freely with respect to the plane of the frame 4 at an angle ranging from 0 up to 85 degrees, and the flaps 5 open and close parallel to the axis of rotation 12. The maximum angle at which the flaps 5 can open is set by the limiters and in other embodiments may be less than 85 degrees. Within 4 of the blade 13, holes 14 are made, wherein said holes 14 and flaps 5 are made with the possibility for the wind to pass through the holes 14 when the flaps 5 are open and flow around the flaps 5 or press on the said flaps 5 when they are closed, depending on the position of the blade. 13 during the rotation of the four-bladed rotor 1 relative to the sector of influence of the wind flow.
Кроме этого, створки 5 выполнены с возможностью работы четырёх- лопастного ротора 1 при слабом ветре со скоростью до 3 м/с по принципу напорного ротора, а при более сильном ветре - посредством аэродинамического профиля самолетного крыла по принципу ротора Дарье. In addition, the flaps 5 are made with the possibility of operation of a four-blade rotor 1 in light wind at a speed of up to 3 m/s according to the principle of pressure rotor, and with a stronger wind - through the aerodynamic profile of the aircraft wing according to the principle of the Darrieus rotor.
Обвязка 3 скрепляет между собой ветроуловители 6, а также удерживает ветроуловители 6 и ось 12 через верхнюю ступицу в вертикальном положении. Обвязка может быть сплошной, в этом случае она препятствует потери части ветрового потока, а может состоять из трубок. В одном и другом случае обвязка 3 должна максимально пропускать через себя солнечные лучи, чтобы не затенять солнечные панели. The harness 3 fastens the wind catchers 6 together, and also holds the wind catchers 6 and the axle 12 through the upper hub in a vertical position. The piping can be continuous, in which case it prevents the loss of part of the wind flow, or it can consist of tubes. In one and the other case, the strapping 3 should transmit the sun's rays through itself as much as possible so as not to obscure the solar panels.
Верхняя ступица закреплена в обвязке 3 и соединена через подшипник с осью 12, позволяя той стоять строго вертикально и свободно вращаться, а нижняя ступица закреплена в платформе 7 и соединена через подшипник с осью вращения 12, позволяя той стоять строго вертикально и свободно вращаться. The upper hub is fixed in the harness 3 and is connected through a bearing to the axis 12, allowing it to stand strictly vertically and rotate freely, and the lower hub is fixed to the platform 7 and connected through a bearing to the axis of rotation 12, allowing it to stand strictly vertically and rotate freely.
Платформа 7 является силовой основой конструкции. На ней закреплены ветроуловители 6 и на ее нижней стороне установлен генератор 2. Platform 7 is the power base of the structure. Windcatchers 6 are fixed on it and a generator 2 is installed on its lower side.
Ветроуловители 6 установлены под углом 120 градусов по отношению к лопасти 13 (когда лопасть 13 находится в ближайшем положении к соответствующему ветроуловителю 6) и выполнены в виде фотоэлектрических панелей, в среднем одна бытовая фотоэлектрическая панель имеет выходную мощность около 250 Вт, хотя мощность может варьироваться от 50 до более 450 Вт. The windcatchers 6 are mounted at 120 degrees to the blade 13 (when the blade 13 is closest to the corresponding windcatcher 6) and are made in the form of photovoltaic panels, on average one household photovoltaic panel has an output power of about 250 watts, although the power can vary from 50 to over 450 watts.
Платформа 7, являющаяся основанием установки, имеет солнце-отражающее покрытие, что способствует, посредством отражения, попаданию дополнительной световой энергии на солнечные панели. The platform 7, which is the base of the installation, has a sun-reflective coating, which contributes, through reflection, to the entry of additional light energy onto the solar panels.
Ветро-солнечная гибридная генераторная установка снабжена бесколлекторным электромагнитным двигателем (на фиг. 3 изображен в разрезе), работающим за счёт взаимодействия электромагнитных катушек 9 с постоянными неодимовыми магнитами 10. Бесколлекторный электромагнитный двигатель установлен на оси вращения 12. Ротор электромагнитного двигателя выполнен в виде отдельного ротора 11 электромагнитного двигателя. Статор 8 электромагнитного двигателя образован рядом катушек 9, которые закреплены на платформе 7 по диаметру четырёх-лопастного ротора 1 гибридной генераторной установки, а постоянные магниты 10 прикреплены к ротору электромагнитного двигателя 11. КПД данного электромагнитного двигателя составляет не менее 95% и потребление электроэнергии является минимальным. The wind-solar hybrid generator set is equipped with a brushless electromagnetic motor (shown in section in Fig. 3), which operates due to the interaction of electromagnetic coils 9 with permanent neodymium magnets 10. The brushless electromagnetic motor is installed on the rotation axis 12. The rotor of the electromagnetic motor is made in the form of a separate rotor 11 electromagnetic motor. The stator 8 of the electromagnetic motor is formed by a number of coils 9, which are fixed on the platform 7 along the diameter of the four-blade rotor 1 of the hybrid generator set, and the permanent magnets 10 are attached to the rotor of the electromagnetic motor 11. The efficiency of this electromagnetic motor is at least 95% and the power consumption is minimal.
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Бесколлекторный электромагнитный двигатель помогает, с минимальными потерями электроэнергии, установке продолжать вращаться, даже если скорость ветра составляет 0 м/с, тем самым устраняя потери энергии при стартовом разгоне четырёх-лопастного ротора 1. Катушки 9 создают магнитное поле с полярностью, противоположной полярности постоянного магнита 10, в момент сближения с ним, что приводит к взаимному притягиванию катушки 9 и постоянного магнита 10, а, соответственно, и ротора электромагнитного двигателя 11, так как постоянный магнит 10 прикреплён к нему. Когда центры катушки 9 и постоянного магнита 10 сравниваются, при помощи специального устройства происходит смена полярности катушки 9 на одинаковую с постоянным магнитом 10, что приводит к отталкиванию постоянного магнита 10 и катушки 9, а соответственно и ротора электромагнитного двигателя 11, так как постоянный магнит 10 прикреплён к нему. The brushless electromagnetic motor helps, with minimal loss of electricity, the installation to continue to rotate, even if the wind speed is 0 m/s, thereby eliminating energy losses during the starting acceleration of the four-bladed rotor 1. Coils 9 create a magnetic field with polarity opposite to that of the permanent magnet 10, at the moment of approaching it, which leads to the mutual attraction of the coil 9 and the permanent magnet 10, and, accordingly, the rotor of the electromagnetic motor 11, since the permanent magnet 10 is attached to it. When the centers of the coil 9 and the permanent magnet 10 are compared, using a special device, the polarity of the coil 9 is changed to the same with the permanent magnet 10, which leads to the repulsion of the permanent magnet 10 and the coil 9, and, accordingly, the rotor of the electromagnetic motor 11, since the permanent magnet 10 attached to it.
Ось вращения 12 соединяет между собой ротор электро-магнитного двигателя 11 с четырехлопастным ротором 1 и генератором 2. The axis of rotation 12 connects the rotor of the electromagnetic motor 11 with a four-blade rotor 1 and a generator 2.
Ротор электромагнитного двигателя 11 , на котором расположены постоянные магниты 10, получая толкающий импульс от взаимодействия постоянных магнитов 10 и катушек 9, передаёт его через ось вращения 12 на четырёх -лопастной ротор 1. The rotor of the electromagnetic motor 11, on which permanent magnets 10 are located, receiving a pushing impulse from the interaction of permanent magnets 10 and coils 9, transmits it through the rotation axis 12 to a four-bladed rotor 1.
Генератор 2, прикреплённый к оси вращения 12, генерирует электроэнергию, через ось вращения 12 получая кинетическую энергию от четырех-лопастного ротора 1, вращаемого ветром. The generator 2, attached to the axis of rotation 12, generates electricity, through the axis of rotation 12 receiving kinetic energy from a four-bladed rotor 1, rotated by the wind.
Соединенные с вертикальной осью вращения 12 лопасти 13 улавливают ветровой поток и передают его энергию через ось вращения 12 на генератор 2. The blades 13 connected to the vertical axis of rotation 12 capture the wind flow and transfer its energy through the axis of rotation 12 to the generator 2.
Створки 5 работают по принципу флюгера. В момент, необходимый для формирования рабочей поверхности лопасти 13, створки 5 закрываются, при этом, чтобы минимизировать лобовое сопротивление вне зоны воздействия ветрового потока, створки открываются, образуя угол 85 градусов относительно рамки 4 лопасти 13. Створка 5 взаимодействует с ветровым потоком. Находясь в секторе воздействия ветрового потока, створка 5 закрывается, прижимаясь всей плоскостью к рамке 4, тем самым увеличивая площадь обметания ветра. А вне сектора воздействия ветрового потока створка 5 открывается, позволяя встречному потоку проходить беспрепятственно в отверстия 14 и тем самым эффективно минимизируя лобовое сопротивление. При этом створки 5 остаются закрытыми при низкой скорости ветра до 3 м/с, увеличивая площадь поверхности, на которую воздействует ветровой поток, и четырех-лопастной ротор 1 действует по принципу напорного ротора. Но при достаточно сильном ветре свыше 3 м/с створки 5 фиксируются в открытом положении за счет центробежной силы и ограничителей, и посредством аэродинамического плосковыпуклого профиля самолетного крыла превращают четырех-лопастной ротор 1 в ротор типа Дарье. Leaf 5 work on the principle of a weather vane. At the moment necessary to form the working surface of the blade 13, the flaps 5 are closed, while in order to minimize drag outside the zone of influence of the wind flow, the flaps open, forming an angle of 85 degrees relative to the frame 4 of the blade 13. Leaf 5 interacts with the wind flow. Being in the sector of influence of the wind flow, the sash 5 closes, pressing the entire plane against the frame 4, thereby increasing the area of wind sweeping. And outside the sector of influence of the wind flow, the leaf 5 opens, allowing the oncoming flow to pass freely into the holes 14 and thereby effectively minimizing drag. At the same time, the flaps 5 remain closed at low wind speeds of up to 3 m/s, increasing the surface area affected by the wind flow, and the four-bladed rotor 1 operates on the principle of a pressure rotor. But with a sufficiently strong wind over 3 m/s, the flaps 5 are fixed in the open position due to centrifugal force and limiters, and by means of the aerodynamic plano-convex profile of the aircraft wing, the four-blade rotor 1 is turned into a Darrieus-type rotor.
Пример 2 Example 2
Ветро-солнечная гибридная генераторная установка (на фиг. не показана) конструктивно выполнена аналогично, как описано в Примере 1. The wind-solar hybrid generator set (not shown in the figure) is structurally similar to that described in Example 1.
Отличается выполнение бесколлекторного электромагнитного двигателя. Четырех-лопастной ротор выполняет также роль ротора электромагнитного двигателя. Постоянные магниты прикреплены к концам лопастей. The performance of the brushless electromagnetic motor is different. The four-bladed rotor also serves as the rotor of the electromagnetic motor. Permanent magnets are attached to the ends of the blades.
Ветро-солнечная гибридная генераторная установка работает аналогично, как описано в Примере 1. The wind-solar hybrid generator set operates in the same way as described in Example 1.
Предложенная ветро-солнечная гибридная генераторная установка может использовать энергию ветра, даже если скорость составляет всего 0,1 м/с. Для работы ветрогенераторов при низкой скорости ветра площадь улавливания ветра должна быть большой. Но с большей площадью лопасти лобовое сопротивление будет увеличиваться, особенно при усилении ветра. Это сильно снижает средний КИЭВ (коэффициент использования энергиии ветра) установки с напорным ротором. В районах с сильным ветром можно использовать генератор с ротором типа Дарье. Но он начинает вращаться, когда скорость ветра составляет более 3 м/с и не может использовать ветер менее 3 м/с (так называемый непромышленный ветер). В предложенном изобретении одним из существенных преимуществ является конструкция ротора, который состоит из рамки и динамических створок, имеющих форму крыла самолета. Створки остаются закрытыми при низкой скорости ветра, увеличивая площадь поверхности. Но при сильном ветре створки открываются и превращаются в ротор типа Дарье. Таким образом, в одном роторе объединены преимущества обоих типов роторов и устранены недостатки обоих. The proposed wind-solar hybrid generator set can use wind energy even if the speed is only 0.1 m/s. For wind turbines to operate at low wind speeds, the wind trapping area must be large. But with a larger blade area, the drag will increase, especially as the wind increases. This greatly reduces the average CVEI (Wind Energy Utilization Factor) of a pressure rotor installation. In areas with strong winds, a generator with a Darrieus type rotor can be used. But it starts to rotate when the wind speed is more than 3m/s and cannot use the wind less than 3m/s (so-called non-industrial wind). In the proposed invention, one of the significant advantages is the design of the rotor, which consists of a frame and dynamic shutters, having the shape of an aircraft wing. The flaps remain closed at low wind speeds, increasing the surface area. But with a strong wind, the doors open and turn into a Darrieus-type rotor. Thus, in one rotor, the advantages of both types of rotors are combined and the disadvantages of both are eliminated.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Ветро-солнечная гибридная генераторная установка, содержащая: платформу (7); четырёх-лопастной ротор (1) с вертикальной осью вращения (12), которая может свободно вращаться на указанной платформе (7); восемь стационарных ветроуловителей (6); электромагнитный двигатель, включающий катушку (9), постоянный магнит (10), ротор электро-магнитного двигателя (11) и ось вращения электромагнитного двигателя; верхнюю ступицу и нижнюю ступицу, соединенные с вертикальной осью вращения (12): генератор (2), прикреплённый к оси вращения (12); лопасти (13), включающие рамки (4) и створки (5), соединенные с вертикальной осью вращения (12); причем отверстия (14), выполненные в рамках (4) лопастей (13), и створки (5), расположенные внутри каждой лопасти (13), выполнены с возможностью ветру проходить через отверстия (14) и обтекать створки (5) или давить на упомянутые створки (5) в зависимости от положения лопасти (13) во время вращения четырёх -лопастного ротора (1); о т л и ч а ю щ а я с я тем, что створки (5) выполнены в виде вертикальных динамических створок, имеющих возможность открывания по отнощению к плоскости рамки (4) на угол не более 85 градусов, причем упомянутые створки (5) выполнены в виде аэродинамического профиля самолётного крыла; упомянутые створки (5) выполнены с возможностью работы четырёхлопастного ротора (1) при слабом ветре со скоростью до 3 м/с по принципу напорного ротора, а при более сильном ветре - посредством аэродинамического профиля самолетного крыла по принципу ротора Дарье; причем ветроуловители (6) выполнены в виде фотоэлектрических панелей; причем платформа (7), являющаяся основанием ветро-солнечной гибридной генераторной установки, имеет солнце-отражающее покрытие; ветро-солнечная гибридная генераторная установка снабжена бесколлекторным электромагнитным двигателем, работающим за счёт взаимодействия электромагнитных катушек (9) с постоянными магнитами (10), причем ротор электромагнитного двигателя выполнен в виде отдельного ротора (11) электромагнитного двигателя или совмещен с четырёх-лопастным ротором (1), выполняющим также роль ротора электромагнитного двигателя, причем статор (8) электромагнитного двигателя образован рядом катушек (9), которые закреплены на платформе (7) по диаметру четырёх-лопастного ротора (1) гибридной установки, а постоянные магниты (10) прикреплены к ротору электромагнитного двигателя (11) или к концам лопастей (13). 1. Wind-solar hybrid generator set containing: platform (7); a four-bladed rotor (1) with a vertical axis of rotation (12), which can freely rotate on the specified platform (7); eight fixed windcatchers (6); an electromagnetic motor including a coil (9), a permanent magnet (10), an electromagnetic motor rotor (11) and an electromagnetic motor rotation axis; an upper hub and a lower hub connected to the vertical axis of rotation (12): a generator (2) attached to the axis of rotation (12); blades (13) including frames (4) and flaps (5) connected to a vertical axis of rotation (12); moreover, the holes (14) made within the framework (4) of the blades (13), and the flaps (5) located inside each blade (13), are made with the ability for the wind to pass through the holes (14) and flow around the flaps (5) or press on said flaps (5) depending on the position of the blade (13) during the rotation of the four-blade rotor (1); characterized in that the sashes (5) are made in the form of vertical dynamic sashes that can be opened with respect to the plane of the frame (4) at an angle of not more than 85 degrees, and the said sashes (5) made in the form of an aerodynamic profile of an aircraft wing; said flaps (5) are made with the possibility of operation of a four-blade rotor (1) in light winds with a speed of up to 3 m/s according to the principle of a pressure rotor, and in stronger winds - by means of an aerodynamic profile of an aircraft wing according to the Darrieus rotor principle; moreover, windcatchers (6) are made in the form of photovoltaic panels; moreover, the platform (7), which is the base of the wind-solar hybrid generator set, has a sun-reflective coating; the wind-solar hybrid generator set is equipped with a brushless electromagnetic motor operating due to the interaction of electromagnetic coils (9) with permanent magnets (10), and the rotor of the electromagnetic motor is made in the form of a separate rotor (11) of the electromagnetic motor or combined with a four-bladed rotor (1 ), which also acts as a rotor of the electromagnetic motor, and the stator (8) of the electromagnetic motor is formed by a number of coils (9), which are fixed on the platform (7) along the diameter of the four-bladed rotor (1) of the hybrid installation, and the permanent magnets (10) are attached to to the electromagnetic motor rotor (11) or to the ends of the blades (13).
2. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что бесколлекторный электормагнитный двигатель, выполнен в виде двигателя без корпуса. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the brushless electromagnetic motor is made in the form of a motor without a housing.
3. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что бесколлекторный электормагнитный двигатель, выполнен в виде двигателя с корпусом. 3. Installation according to claim 1, characterized in that the brushless electromagnetic motor is made in the form of a motor with a housing.
4. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что платформа (7) и створки (5) покрыты светооражающим материалом. 4. Installation according to claim 1, characterized in that the platform (7) and the flaps (5) are covered with reflective material.
5. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что она снабжена отражающими элементами, перенаправляющими световой поток на затемнённые фотоэлементы. 5. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with reflective elements that redirect the light flux to darkened photocells.
6. Установка по п. 1 отличающаяся тем, что створки (5) выполнены в виде аэродинамического плосковыпуклого профиля самолётного крыла, причем выпуклая сторона створки (5) в открытом виде обращена в направлении от оси вращения (12). 6. Installation according to claim 1, characterized in that the flaps (5) are made in the form of an aerodynamic plano-convex profile of an aircraft wing, and the convex side of the flap (5) in the open form faces in the direction from the axis of rotation (12).
PCT/IB2022/050808 2022-01-31 2022-01-31 Wind-solar hybrid generator device WO2023144591A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2022/050808 WO2023144591A1 (en) 2022-01-31 2022-01-31 Wind-solar hybrid generator device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2022/050808 WO2023144591A1 (en) 2022-01-31 2022-01-31 Wind-solar hybrid generator device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023144591A1 true WO2023144591A1 (en) 2023-08-03

Family

ID=87470849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2022/050808 WO2023144591A1 (en) 2022-01-31 2022-01-31 Wind-solar hybrid generator device

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023144591A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2014486C1 (en) * 1991-06-27 1994-06-15 Лев Анатольевич Степанов Aerohydrodynamic motor
US6309172B1 (en) * 1996-08-23 2001-10-30 Georges Gual Wind turbine with low vertical axis
JP2013060889A (en) * 2011-09-13 2013-04-04 Muto Denshi Kogyo:Kk Hybrid generator using solar and wind power
US20160281507A1 (en) * 2013-11-27 2016-09-29 Hung Fai Henry TSO Multi-vane-type flow kinetic energy device
CN108081985A (en) * 2017-12-08 2018-05-29 黄剑峰 Utilize solar energy, the integrated charging pile of wind energy
RU193683U1 (en) * 2019-07-25 2019-11-11 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА" Photovoltaic Power Station

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2014486C1 (en) * 1991-06-27 1994-06-15 Лев Анатольевич Степанов Aerohydrodynamic motor
US6309172B1 (en) * 1996-08-23 2001-10-30 Georges Gual Wind turbine with low vertical axis
JP2013060889A (en) * 2011-09-13 2013-04-04 Muto Denshi Kogyo:Kk Hybrid generator using solar and wind power
US20160281507A1 (en) * 2013-11-27 2016-09-29 Hung Fai Henry TSO Multi-vane-type flow kinetic energy device
CN108081985A (en) * 2017-12-08 2018-05-29 黄剑峰 Utilize solar energy, the integrated charging pile of wind energy
RU193683U1 (en) * 2019-07-25 2019-11-11 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА" Photovoltaic Power Station

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5375968A (en) Wind turbine generator
US10612515B2 (en) Vertical axis wind turbine
US8257020B2 (en) Wind turbine system for buildings
US7315093B2 (en) Wind turbine system for buildings
US8232664B2 (en) Vertical axis wind turbine
US6417578B1 (en) Power-transducer/conversion system and related methodology
US20090191057A1 (en) Multi-Axis Wind Turbine With Power Concentrator Sail
US4834610A (en) Wind processing air turbine, and methods of constructing and utilizing same
US9041239B2 (en) Vertical axis wind turbine with cambered airfoil blades
US11236724B2 (en) Vertical axis wind turbine
US20140356163A1 (en) Turbomachine
CN101949360A (en) Co-rotating double-blade vertical wind driven generator
WO2010121485A1 (en) Variable plane blade assembly, windmill prime mover and generation system having the blade assembly
JPH11294313A (en) Hybrid windmill type power generation system
WO2023144591A1 (en) Wind-solar hybrid generator device
RU2714584C1 (en) Helio-wind power plant
CN108590952A (en) Large area energy-absorption type wind-driven generator with safety door
RU193683U1 (en) Photovoltaic Power Station
KR20100004299U (en) Rotation Apparatus for generator
GB2404700A (en) Roof mounted wind turbine
RU2267647C1 (en) Wind motor with "banana" blades and method of control of rotational frequency of wind-power turbine
KR100541231B1 (en) High efficiency vertical type wind-power plant
JP4611586B2 (en) Energy conversion system and related methods
US7638895B2 (en) Modular fluid-energy system
GB2475670A (en) Pivoted blade vertical axis drag-type wind turbine with repelling magnet strips, aerofoil blades and constant speed generator

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: 22923698

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1