CN101798987A - 太阳能风力复合发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能风力复合发电装置，由风叶、发电机、蓄电池组和支架组成，垂直于底面的支架上通过外套轴安装有多组风叶，发电机与外套轴连接；该风叶由具有活页的小叶片组合安装而成，小叶片的侧面互相连接，成为一个平板型的风叶；该小叶片包括框架和活页，活页通过转轴一端连接在框架上；所述活页的表面是光伏发电组件，该光伏发电组件的输出端与蓄电池组相连。本发明无需寻找风向，不仅可以最大限度地利用风能，也可以利用太阳能互补发电；结构简单、造价低廉，便于生产运输、制作安装和维修拆卸，最大限度的提高了对风方的使用效率；可以满足不同工作场合和生产要求，节能减排、环保绿色，便于大规模生产和推广。

Description

太阳能风力复合发电装置
技术领域
本发明涉及一种风力发电装置，具体是一种不受风向变化影响、可以同时利用风能和太阳能的活页平板式垂直轴风力发电装置。
背景技术
风能和太阳能作为可再生的能源，蕴藏能量量大，分布广泛，永不枯竭，利用起来干净、绿色，并且能缓和温室效应，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。中国的风能总量约16亿千瓦，广泛分布在中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带。太阳能蕴含的能量更是惊人，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于有102000TW的能量
但是，目前广泛使用的涡轮式风力发电机，风叶安装在高铁架上端的水平轴上，轴可以随风向转动。但是涡轮式风力发电机的启动风速高、噪音大，风叶的抗风能力差，风叶对风向的适应能力差，发电功率易受风向的改变而影响。而且，该涡轮式风力发电机建造需要占用大量土地、有电磁辐射，一般不被允许在城市周围建造，只适宜建筑在地广人稀的荒漠里，不能很好的利用城市周边的大量风能。而且，没有对太阳能进行利用，浪费了大量的可利用的能源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不受风向变化影响、可以同时利用风能和太阳能的活页平板式垂直轴风力发电装置。
本发明所采用的技术方案是：
太阳能风力复合发电装置，由风叶、发电机、蓄电池组和支架组成，垂直于底面的支架上通过外套轴安装有多组风叶，发电机与外套轴连接；该风叶由具有活页的小叶片组合安装而成，小叶片的侧面互相连接，成为一个平板型的风叶；该小叶片包括框架和活页，活页通过转轴一端连接在框架上，在风叶受风旋转时，小叶片的活页可以自动打开受风或者自动关闭迎风；所述活页的表面是光伏发电组件，该光伏发电组件的输出端与蓄电池组相连。
所述小叶片的四角和侧面布置有装配孔，分别采用中间连接板和侧面连接板，通过螺栓将小叶片连接而成一组风叶。
所述小叶片的活页可以绕转轴旋转0-90°。
所述框架是方形框架，由槽状材料焊接而成，中间镂空，其四个角周围布置有角拉筋；活页是方形平板，框架的内框大小小于活页大小。
所述小叶片的框架对应活页的接触面上布置有防震垫。
所述活页的光伏发电组件的输出端，通过导电总线、引电轨道和引电轨道夹与蓄电池组相连；导电总线布置在风叶表面，输入端连接光伏发电组件的输出端，输出端连接引电轨道；引电轨道布置在支架上，输出端连接引电轨道夹；引电轨道夹布置在引电轨道上，输出端连接蓄电池组输入端。
所述外套轴或直接与发电机转子相连；或通过皮带轮传动，与多个发电机转子相连。
所述风叶顶端安装有拉筋，连接至外套轴的顶端。
所述风叶底部安装滚轮，对应滚轮位置安装高空轨道，高空轨道支撑风叶的重量。
本发明所产生的有益效果是：
本发明所提供的太阳能风力复合发电装置，不仅可以最大限度地利用风能，也可以利用太阳能互补发电。该太阳能风力复合发电装置的风力发电***的关键技术，在于提供了一种可以组合安装的小叶片。该小叶片结构简单、造价低廉，便于生产运输、制作安装和维修拆卸，最大限度的提高了对风力的使用效率。由若干个小叶片组装而成若干组平板式的风叶，风叶上的活动小叶片无需寻找风向，随风向的变化自动打开和关闭，使得风不管往哪个方向吹来，都有一组风叶受风，风叶不受风向变化影响，可以绕垂直轴持续转动。可以将若干个小叶片组装成为适合于家庭使用的小型太阳能风力复合发电装置，也可以采用尽量多数量的小叶片组装为尽量多组大风叶的超大型的太阳能风力复合发电装置。建造超大型的太阳能风力复合发电装置，可以在风叶下设置高空轨道，不仅可以支撑风叶重量，沿轨道周边还可另外安装更多的发电机，最大限度的利用风能。
本发明所提供的太阳能风力复合发电装置是一种响应利用国家新能源的号召，成本低廉、效果优越、节能减排、环保绿色，可以满足不同的工作场合和生产要求，便于大规模生产和推广的发明创造。
附图说明
图1是本发明小叶片的结构示意图正视图；
图2是本发明小叶片的结构示意图侧视图；
图3是本发明小叶片的结构示意图俯视图及小叶片打开状态示意图；
图4是本发明小叶片的配件示意图；
图5是本发明大型太阳能风力复合发电装置的一种实施方式；
图6是本发明小型太阳能风力复合发电装置的一种实施方式；
图7是本发明太阳能风力复合发电装置风叶受风时的使用状态示意图。
图中标号表示：1-活页，2-框架，3-角拉片，4-导电单线，5-转轴，6-装配孔，7-中间连接板，8-侧面连接板，9-小叶片，10-拉筋，11-风叶框架，12-外套轴，13-压紧螺母，14-轴承，15-中心轴，16-导电总线，17-引电轨道，18-皮带轮，19-推力轴承，20-底座，21-引电轨道夹，22-电线，23-蓄电池组，24-发电机转子，25-发电机外壳，26-托盘，27-受风面，28-排风面。
具体实施方式
本发明提供了一种太阳能风力复合发电装置，由风叶、发电机、蓄电池组和支架组成，垂直于底面的支架上通过外套轴安装有多组风叶，发电机与外套轴连接。风叶由若干个小叶片组合安装而成，小叶片的侧面互相连接，成为一个平板型的风叶；小叶片具有活页，在风叶旋转时，该小叶片的活页可以自动打开受风或者自动关闭迎风。同时，小叶片的活页的表面是光伏发电组件，该光伏发电组件的输出端与蓄电池组相连。
如图1～图3所示，小叶片9是一个正方形平板，呈门、窗状，包括活页1和框架2，框架2是一个正方形框架，其内框中间部分镂空。框架2由槽状材料(如槽钢、槽型铝合金等等)焊接而成，其四角周围安装有角拉片3，用来加固框架2，使其在大风环境下不易变形。活页1是方形平板，一端通过转轴5连接在框架2上。活页1的小大、尺寸要大于框架2内框的大小、尺寸，本实施例中，将小叶片9的外框尺寸设计为1.5m×1.5m，内框尺寸设计为1.4m×1.4m，活页1的尺寸设计为1.45m×1.45m，使得活页1关闭时，被框架2挡住，不会继续旋转控制活页1的旋转角度为：0～90°。同时，将小叶片9的整体尺寸设计为1.5m×1.5m×0.1m，使其大小适中，便于生产运输、制作安装和维修，既使一个人都可以方便地搬动一个或多个小叶片9。小叶片9可以大批量的生产，就像制作门、窗一样简单。小叶片9的外框尺寸设计为1.5m×1.5m，内框尺寸设计为：1.4m×1.4m，这样最大限度的利用了风力，此规格的小叶片9在完全关闭、受风时，承受100％的风力，减去打开面反向时框架的阻力不到20％，对风力的使用率高达80％以上。框架2上，对应活页1的接触面上布置有防震垫，该防震垫可以由橡胶等弹力材料制得，减少活页1受风力作用突然关上时，框架2和活页1之间的冲击和应力，延长小叶片9的使用寿命，降低噪音。
活页1的表面采用光伏特性的材料制得，并将电压输出端分别使用正、负极导电单线4连出。活页1表面的光伏特性的材料，可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅等半导体材料，特别是近年市场上出现了印刷太阳能电池的铝箔板，这种材料价格低廉，可以有效降低太阳能板的重量，亦可降低太阳能板表面的温度，提高太阳能的充、放电效果。采用该铝箔太阳能板作为活页1的材料，价格低廉，质量轻便，同时太阳能的充、放电效果良好。
如图4所示的是：小叶片9之间的中间连接板7、侧面连接板8和小叶片9上的角拉片3。如图1-3所示的框架2的四角和侧面设置有装配孔6，所有装配孔6设计为同一规格，便于装配和拆卸，日后零件的组配。中间连接板7有4个装配孔，布置在小叶片9之间，通过螺栓将多个小叶片9连接起来，组成一个平板型的大风叶；侧面连接板8有2个装配孔，通过螺栓安装在大风叶的侧面，加固大风叶的侧面，使其更加牢靠。角拉片3安装在槽型框架2的内部，可以对角布置，也可以安装在每个角的两侧、拉撑直角的两边，起到固定框架2，确保框架2不易在大风、高压下变形。
如图5所示的是采用皮带轮传动带动多台发电机发电的大型太阳能风力复合发电装置的一种具体实施方式。该大型太阳能风力复合发电装置由包括若干组风叶、支架、皮带轮18和发电机。该大型太阳能风力复合发电装置的支架包括外套轴12、中心轴15、风叶框架11和引电轨道17。
该大型太阳能风力复合发电装置的风力发电***主要包括：风叶、外套轴12、皮带轮18和多台发电机。风叶由多个小叶片9连接而成的平板型风叶，风叶通过风叶框架11连接在外套轴12上，外套轴12套接在中心轴15上，两者之间安装有轴承14。中心轴15的顶端安装有压紧螺母13，该压紧螺母13与中心轴15采用花键连接，使得中心轴15固定不动，外套轴12可以绕中心轴15旋转。因此，风叶在受风作用下，绕中心轴15旋转，即带动外套轴12转动。外套轴12延伸出中心轴15一段高度，并且，在每个风叶的顶端布置有拉筋10，拉筋10一段固定在风叶顶端，另一端固定在外套轴12的顶端，这样可以使外套轴12承受一部分风叶的重量，使其结构更加牢靠、稳定。同时，相邻的风叶之间水平连接拉筋10，这样既不影响风叶的结构，又可以加固风叶的结构，使其不易受风变形。外套轴12的底部连接皮带轮18，并且，在与皮带轮18的连接端上，外套轴12与中心轴15之间布置有推力轴承19，也可以采用锥形轴承等，如此，将外套轴12的运动状态转递给皮带轮18，皮带18再带动多台发电机发电。
该大型太阳能风力复合发电装置的太阳能发电***主要包括：风叶、导电单线4、导电总线16、引电轨道17、引电轨道夹21和蓄电池组23。导电总线16固定在每个风叶的底部，这样既不影响太阳能的采集，也不会在风叶的转动过程中绞线，十分安全、可靠。风叶上的每个小叶片9的表面都采用铝箔太阳能板制的，该了波太阳能板的正、负级输出端通过两根导电单线4连接至导电总线16，导电总线16再连接至引电轨道21，引电轨道21是两根圆形轨道，分别对应导电总线16的正、负级，固定安装在风叶框架11的底部。采取引电轨道21传输电流，使得风叶转动时对电力传输没有任何影响，杜绝了电线绞线的问题和安全隐患。两根引电轨道21上分别安装有两个引电轨道夹21，引电轨道夹21将正、负极电能通过电线22输入蓄电池组23的正、负级。如此通过太阳能产生的电能，可以储存在蓄电池组23中，也可以通过直交流转化装置，与风力发电***发电机的输出端并联，投入生产和应用。
由于这种采用多个小叶片9连接而成的太阳能风力复合发电装置可以不受框架的限制，只需数量足够大的小叶片9，就可以设计成尽量多组风叶和尽量多个小叶片9构成的超大型的太阳能风力复合发电装置。为使得风叶的重量得到有效的承担，可以在每个风叶的底部以同心圆的方式，安装多个滚轮，对应风叶上的滚轮建造高空轨道，使大型风叶的重量得到有效的承担，加强***的稳定性。沿轨道周边也可另外安装更多的发电机，最大限度地利用该超大型的太阳能风力复合发电装置所转化的风能。
如图6所示的是适用于家庭等简单场合的小型太阳能风力复合发电装置的一种具体实施方式。该小型太阳能风力复合发电装置由包括若干组风叶、支架和发电机。该小型太阳能风力复合发电装置的支架包括中心轴15、风叶框架11和引电轨道17。
该小型太阳能风力复合发电装置的风力发电***主要包括：风叶、风叶框架11和发电机。发电机包括发电机转子24和发电机外壳25，发电机转子24的输入端延伸出发电机外壳25一段距离，发电机外壳25直接固定在风叶框架11中的中心轴15顶端。风叶由多个小叶片9连接而成的平板型风叶，若干组风叶通过风叶框架11直接连接在发电机转子24的输入端上。因此，风叶在受风作用下，绕中心轴15旋转，即直接带动发电机转子24转动发电。为稳定风叶的安装，在风叶框架11底部设计托盘26，用于承受风叶的重量；同时，在风叶框架11的顶端安装有压紧螺母13，压紧螺母13与风叶框架11采用花键连接，限制风叶框架11上下运动，使其固定牢靠。另外，在相邻的风叶之间水平连接拉筋10，既不影响风叶的结构，又加固风叶的结构，使其不易受风变形。
该小型太阳能风力复合发电装置的太阳能发电***和大型风力复合发电装置的太阳能发电***基本一致，这里就不重复叙述。
图7所示的是本发明所提供的太阳能风力复合发电装置的工作方式：
以4组风叶的太阳能风力复合发电装置为例，当风向如图所示时，上、下两片风叶分别为排风面28和受风面27。排风面28上的小叶片9的活页1完全打开到90°，风可以从小叶片9的空档中流通；受风面27上的小叶片9完全关闭，形成一个封闭的受风面，受风面27的风叶收到风力带来的巨大压力。由此，排风面28和受风面27两者之间形成巨大的压力差，风叶便沿一个方向旋转做功，且风叶上的小叶片9的活页1随旋转过程和风向的不断变化自动打开和关闭。使得在旋转过程中，总有一个面作为受风面27，来承受风力带来的压力。如此，将风能的巨大能量转换为机械能，再通过发电机转换为电能，供人们使用。该太阳能风力复合发电装置无需寻找风向，遇风时，小叶片9就能自动打开和关闭，使得风力推动大风叶旋转，带动发电机发电。

Claims (9)

1.一种太阳能风力复合发电装置，由风叶、发电机、蓄电池组和支架组成，垂直于底面的支架上通过外套轴安装有多组风叶，发电机与外套轴连接；其特征在于：该风叶由具有活页的小叶片组合安装而成，小叶片的侧面互相连接，成为一个平板型的风叶；该小叶片包括框架和活页，活页通过转轴一端连接在框架上，在风叶受风旋转时，小叶片的活页可以自动打开受风或者自动关闭迎风；所述活页的表面是光伏发电组件，该光伏发电组件的输出端与蓄电池组相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述小叶片的四角和侧面布置有装配孔，分别采用中间连接板和侧面连接板，通过螺栓将小叶片连接而成一组风叶。
3.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述小叶片的活页可以绕转轴旋转0～90°。
4.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述框架是方形框架，由槽状材料焊接而成，中间镂空，其四个角周围布置有角拉筋；活页是方形平板，框架的内框大小小于活页大小。
5.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述小叶片的框架对应活页的接触面上布置有防震垫。
6.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述活页的光伏发电组件的输出端，通过导电总线、引电轨道和引电轨道夹与蓄电池组相连；导电总线布置在风叶表面，输入端连接光伏发电组件的输出端，输出端连接引电轨道；引电轨道布置在支架上，输出端连接引电轨道夹；引电轨道夹布置在引电轨道上，输出端连接蓄电池组输入端。
7.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述外套轴或直接与发电机转子相连；或通过皮带轮传动，与多个发电机转子相连。
8.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述风叶顶端安装有拉筋，连接至外套轴的顶端。
9.根据权利要求1所述的太阳能风力复合发电装置，其特征在于：所述风叶底部安装滚轮，对应滚轮位置安装高空轨道，高空轨道支撑风叶的重量。
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