CN219999282U - 一种风光一体化发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风光一体化发电装置，涉及新能源发电技术领域，包括风力发电机组、塔筒、风力发电桨叶、光伏发电支架以及至少一个光伏发电板，塔筒的一端用于固定设于地面上，塔筒的另一端用于向地面上方延伸，风力发电桨叶能够在风力作用下转动地设于风力发电机组上，风力发电机组能够将风力发电桨叶转动的机械能转换为电能，风力发电机组用于固定设于塔筒远离地面的一端上，光伏发电支架用于固定设于塔筒上，各光伏发电板用于固定布设于光伏发电支架上；本实用新型公开的风光一体化发电装置能够在尽量节省占地面积的前提下有效地提高光伏发电量。

Description

一种风光一体化发电装置

技术领域

本实用新型涉及新能源发电技术领域，特别是涉及一种风光一体化发电装置。

背景技术

目前城市郊区以及城市周边的大型工业园区的新能源发电形式主要包括光伏发电以及风力发电，其中，光伏发电的主要形式是将光伏发电板布置在屋顶，风力发电的主要形式是在地面上设置风力发电机组。如何进一步提高土地资源的利用率成为了新能源发电技术领域人员的重点研究对象。

中国专利CN104779896A中公开了一种光伏风力发电机组，具体是将薄膜太阳能电池环向固定设置于塔架的外壁上，以实现同时利用风能和太阳能进行发电，提高塔架的利用率。虽然将太阳能电池板布置在与利用风力进行发电的机舱同一个塔架上，能够在一定程度上减少布置太阳能电池板所需要占用的土地面积，但是，其中塔架的外壁上能够布置太阳能电池板的面积受到塔架外壁的表面积的限制，导致布置的太阳能电池板的面积受到限制，光伏发电量也受到限制。在此基础上，如何在尽量节省占地面积的前提下有效地提高光伏发电量成为了亟需解决的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风光一体化发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够在尽量节省占地面积的前提下有效地提高光伏发电量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种风光一体化发电装置，包括风力发电机组、塔筒、风力发电桨叶、光伏发电支架以及至少一个光伏发电板，所述塔筒的一端用于固定设于地面上，所述塔筒的另一端用于向地面上方延伸，所述风力发电桨叶能够在风力作用下转动地设于所述风力发电机组上，所述风力发电机组能够将所述风力发电桨叶转动的机械能转换为电能，所述风力发电机组用于固定设于所述塔筒远离地面的一端上，所述光伏发电支架能够固定设于所述塔筒上，各所述光伏发电板用于固定布设于所述光伏发电支架上。

优选的，所述光伏发电支架的数量为至少两个，各所述光伏发电支架上均固定布设有若干个光伏发电板，各所述光伏发电支架能够固定布设于所述塔筒上，且各所述光伏发电支架用于自下而上或自上而下依次置于所述地面与所述风力发电机组之间。

优选的，还包括驱动装置，所述驱动装置用于与所述光伏发电支架传动连接，所述驱动装置能够驱动所述光伏发电支架绕第一轴线转动，且所述光伏发电支架绕所述第一轴线的转动能够被锁定。

优选的，所述驱动装置包括动力源、传动机构以及转动轴，所述转动轴用于与所述光伏发电支架固定连接，所述转动轴的轴线用于与所述第一轴线重合，所述转动轴能够绕所述第一轴线转动地设于所述塔筒上，所述动力源用于固定设于所述塔筒上，所述动力源用于与所述传动机构传动连接，所述传动机构用于与所述转动轴传动连接，所述动力源提供的动力能够通过所述传动机构传递至所述转动轴上并驱动所述转动轴绕所述第一轴线转动。

优选的，所述动力源为电机，所述传动机构为齿轮箱。

优选的，还包括控制器，所述控制器用于与所述动力源通信连接，所述控制器能够控制所述动力源工作。

优选的，所述第一轴线与地面平行。

优选的，还包括抱闸装置，所述抱闸装置用于固定设于所述塔筒上，且所述抱闸装置用于锁定所述转动轴。

优选的，还包括变流器、交流母线、逆变器、直流母线以及第一变换器；所述变流器用于置于所述风力发电机组与所述交流母线之间，所述变流器用于与所述风力发电机组以及所述交流母线电连接；所述逆变器用于置于所述交流母线与所述直流母线之间，所述逆变器用于与所述交流母线以及所述直流母线电连接；所述第一变换器用于置于各所述光伏发电板与所述直流母线之间，所述第一变换器用于与各所述光伏发电板以及所述直流母线电连接。

优选的，还包括第二变换器以及蓄电装置，所述第二变换器用于置于所述直流母线与所述蓄电装置之间，所述第二变换器用于与所述直流母线以及所述蓄电装置电连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的风光一体化发电装置，通过设置光伏发电支架完成对光伏发电板的承载，并将光伏发电支架固定设置于塔筒上，使光伏发电板的布置能够有效地摆脱塔筒外壁的表面积的限制，并且相比直接将光伏发电板固定在塔筒的外侧壁上，光伏发电支架的两端具体可以设置成向塔筒的两侧方向延展一定长度，能够有效地增大光伏发电板的承载面积，从而布置的光伏发电板的总面积能够更大，光伏发电量更多，并且在风力发电所用塔筒的占地面积基础上，不会额外再因布置光伏发电组件而增加占地面积，从而能够在尽量节省占地面积的前提下有效地提高光伏发电量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的风光一体化发电装置的结构示意图。

图中：1-风力发电桨叶、2-风力发电机组、3-塔筒、4-变流器、5-交流母线、6-光伏发电支架、7-光伏发电板、8-转动轴、9-电机、10-齿轮箱、11-抱闸装置、12-固定连接架、13-第一变换器、14-直流母线、15-逆变器、16-蓄电装置、17-第二变换器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种风光一体化发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够在尽量节省占地面积的前提下有效地提高光伏发电量。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种风光一体化发电装置，包括风力发电机组2、塔筒3、风力发电桨叶1、光伏发电支架6以及至少一个光伏发电板7，塔筒3的一端用于固定设于地面上，塔筒3的另一端用于向地面上方延伸，风力发电桨叶1能够在风力作用下转动地设于风力发电机组2上，风力发电机组2能够将风力发电桨叶1转动的机械能转换为电能，风力发电机组2用于固定设于塔筒3远离地面的一端上，光伏发电支架6能够固定设于塔筒3上，各光伏发电板7用于固定布设于光伏发电支架6上。

本实用新型提供的风光一体化发电装置，通过设置光伏发电支架6完成对光伏发电板7的承载，并将光伏发电支架6固定设置于塔筒3上，使光伏发电板7的布置能够有效地摆脱塔筒3外壁的表面积的限制，并且相比直接将光伏发电板7固定在塔筒3的外侧壁上，光伏发电支架6的两端具体可以设置成向塔筒3的两侧方向延展一定长度，能够有效地增大光伏发电板7的承载面积，从而布置的光伏发电板7的总面积能够更大，光伏发电量更多，并且在风力发电所用塔筒3的占地面积基础上，不会额外再因布置光伏发电组件而增加占地面积，从而能够在尽量节省占地面积的前提下有效地提高光伏发电量，即在不增加土地资源的情况下，大大增加了风光一体化发电装置的发电量，对于推动碳中和目标具有显著的作用和意义，能够有效解决工业园区的清洁能源就地利用的问题，特别适用于城市郊区以及农村地区的新能源发电，能够实现清洁能源的就地消纳利用，不仅有效提高风、光的发电利用率，而且大大节约了土地资源，保护了自然环境；在此需要说明的是，光伏发电板7的大小及数量可结合实际使用需求进行确定。

进一步的，光伏发电支架6的数量为至少两个，各光伏发电支架6上均固定布设有若干个光伏发电板7，各光伏发电支架6能够固定布设于塔筒3上，且各光伏发电支架6用于自下而上或自上而下依次置于地面与风力发电机组2之间，能够有效地提高塔筒3的利用率，并提高光伏发电量，实际应用中可以根据塔筒3的高度以及实际运行工况，设置光伏发电支架6的数量，最大程度提高风光一体化装置的发电量。

进一步的，本实用新型提供的风光一体化发电装置还包括驱动装置，驱动装置用于与光伏发电支架6传动连接，驱动装置能够驱动光伏发电支架6绕第一轴线转动，且光伏发电支架6绕第一轴线的转动能够被锁定，实现实时调整光伏发电支架6的倾角，实时追踪太阳的入射角，以适应太阳入射角在全年范围内的变换，提高光伏发电效率。

进一步的，驱动装置包括动力源、传动机构以及转动轴8，转动轴8用于与光伏发电支架6固定连接，转动轴8的轴线用于与第一轴线重合，转动轴8能够绕第一轴线转动地设于塔筒3上，动力源用于固定设于塔筒3上，动力源用于与传动机构传动连接，传动机构用于与转动轴8传动连接，动力源提供的动力能够通过传动机构传递至转动轴8上并驱动转动轴8绕第一轴线转动，作为本实施例一种较为优选的实施方式，动力源为电机9，传动机构为齿轮箱10，结构简单，便于安装；在此需要说明的是，动力源不局限于采用电机9，也可采用液压缸等其它能够提供动力的装置，传动机构也不局限于齿轮箱10，也可以采用其它任意能够实现动力传递的常规传动连接结构。

进一步的，本实用新型提供的风光一体化发电装置还包括控制器，控制器用于与动力源通信连接，控制器能够控制动力源工作，作为本实施例一种较为优选的实施方式，控制器还与蓄电装置16通信连接，通过控制器控制蓄电装置16的充、放电和控制动力源调节光伏发电支架6的倾角，根据太阳入射角全年变化的属性，自动调节光伏发电支架6的倾角，以提高光伏发电量；通过控制器控制蓄电装置16的充放电运行状态，抑制风光输出功率的波动性和不确定性，实现风光输出功率平稳地接入电网，降低对电网的波动与影响，特别是降低负荷末端微电网的功率扰动，有效提高电网运行的可靠性。

进一步的，第一轴线与地面平行，结构简单，使光伏发电支架6的转动平稳，传力均匀，作为本实施例一种较为优选的实施方式，光伏发电支架6以及光伏发电支架6上布置的光伏发电板7关于塔筒3的中心线对称布置，以提高连接的可靠性与牢固性。

本实用新型提供的风光一体化发电装置还包括抱闸装置11，抱闸装置11用于固定设于塔筒3上，且抱闸装置11用于锁定转动轴8，抱闸装置11在转动轴8静止状态时抱死转动轴8，避免转动轴8转动，在转动轴8旋转时，控制抱闸装置11松开转动轴8，以便转动轴8转动调节光伏发电支架6倾角，即抱闸装置11在转动轴8不调节的情况下，抱死转动轴8，避免光伏发电支架6转动，在转动轴8需要调节的情况下，抱闸装置11松开转动轴8，待转动轴8调节结束后，继续抱死转动轴8，确保对光伏发电支架6的固定，减少对齿轮箱10和电机9的疲劳损伤。

进一步的，本实用新型提供的风光一体化发电装置还包括变流器4、交流母线5、逆变器15、直流母线14以及第一变换器13；变流器4用于置于风力发电机组2与交流母线5之间，变流器4用于与风力发电机组2以及交流母线5电连接；逆变器15用于置于交流母线5与直流母线14之间，逆变器15用于与交流母线5以及直流母线14电连接；第一变换器13用于置于各光伏发电板7与直流母线14之间，第一变换器13用于与各光伏发电板7以及直流母线14电连接，具体的，变流器4为AC/DC/AC变流器4，能够将风力发电机组2输出的非工频非恒压的交流电变换为直流电，再将该直流电变换为工频额定电压的三相交流电，且电压幅值恒定，输入到交流母线5，完成风力发电的并网运行，其中，AC表示交流电，DC表示直流电；第一变换器13为光伏DC/DC变换器，能够将各光伏发电板7输出的直流电压幅值变化的电能转换为直流电压幅值不变的电能，并送至直流母线14；逆变器15为DC/AC逆变器15，直流母线14经DC/AC逆变器15与交流母线5连接，实现将光伏发电板7的输出电能输送至交流公共电网，DC/AC逆变器15将直流母线14与交流母线5连接，还能够将蓄电装置16的直流电能与交流电网的交流电能互联互通。

进一步的，本实用新型提供的风光一体化发电装置还包括第二变换器17以及蓄电装置16，第二变换器17用于置于直流母线14与蓄电装置16之间，第二变换器17用于与直流母线14以及蓄电装置16电连接，具体的，第二变换器17为蓄电DC/DC变换器，能够将不同直流电压等级的直流电连接在一起，并能够进行电流的双向流动，实现蓄电池的充放电；蓄电装置16，能够用来调节风光输出电能的波动性和不确定性，蓄电装置16经蓄电DC/DC变换器与直流母线14连接，充电时由交流母线5经DC/AC逆变器15和DC/DC变换器向蓄电装置16供电，放电时由蓄电装置16通过蓄电DC/DC变换器和DC/AC逆变器15向交流母线5输出电能，通过充、放电调节风光一体化发电装置的输出功率，更具体的，当需要充电时，优先从直流母线14获得电能进行充电，如直流母线14无直接电能，则可从交流母线5获取电能，经DC/AC逆变器15将交流母线5上的电能输送至直流母线14，直流母线14经蓄电DC/DC变换器将直流电能输送至蓄电装置16，当需要蓄电装置16放电时，蓄电池经蓄电DC/DC变换器将储存的电能送至直流母线14，直流母线14经DC/AC逆变器15将电能送至交流母线5，同时交流母线5与公共电网电连接。

在本实施例中，抱闸装置11、齿轮箱10以及电机9均通过固定连接架12固定在塔筒3上，当光伏发电支架6需要调节倾角时，控制器发送启动指令给抱闸装置11和电机9，抱闸装置11打开抱闸，松开转动轴8，同时，电机9启动，带动齿轮箱10中的齿轮转动，进而带动转动轴8转动，最终转动轴8带动光伏发电支架6一起转动，完成倾角的调整；待倾角调节结束后，控制器发出停止指令，电机9停止转动，同时，抱闸装置11复位，抱死转动轴8，保证转动轴8不转动；蓄电装置16通过蓄电DC/DC变换器接入直流母线14，蓄电装置16用于平抑风光输出电能的波动性和不确定性，实现风光一体化发电装置并网的友好性；本实用新型提供的风光一体化发电装置输出的电能传输至公共电网经AC/DC/AC变流器4、光伏DC/DC变换器、蓄电DC/DC变换器和DC/AC逆变器15完成，AC/DC/AC变流器4将风力发电机组2输出的电能输送至交流母线5，由交流母线5再进一步输送至公共交流电网，实现将风力发电机组2输出的非工频非恒压的交流电变换为直流电，再将直流电变换为工频额定电压的三相交流电，完成风力发电并网运行；光伏DC/DC变换器将光伏电池板输出波动的直流电转换为幅值恒定的直流电，再经DC/AC逆变器15将直流电转换为工频额定电压的三相交流电，并入交流电网，完成光伏发电并网运行；蓄电DC/DC变换器实现对蓄电装置16进行充放电，充放电过程由控制器决定，当控制器发出指令对蓄电装置16进行充电，蓄电DC/DC变换器直接从直流母线14吸收电能完成充电，当直流母线14无电能时，则需经DC/AC逆变器15从交流母线5吸收电能，交流电能变换为直流电能至直流母线14，经蓄电DC/DC变换器进一步将直流电能储存在蓄电装置16，当蓄电装置16放电时，经蓄电DC/DC变换器和DC/AC逆变器15，将蓄电装置16储存的电能输送至交流电网；风力发电机组2采用永磁直驱式发电机，蓄电装置16采用铅酸蓄电池，光伏发电板7采用多晶硅光伏发电板，控制器采用高速低功耗的STM32系列的微处理器。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种风光一体化发电装置，其特征在于：包括风力发电机组、塔筒、风力发电桨叶、光伏发电支架以及至少一个光伏发电板，所述塔筒的一端用于固定设于地面上，所述塔筒的另一端用于向地面上方延伸，所述风力发电桨叶能够在风力作用下转动地设于所述风力发电机组上，所述风力发电机组能够将所述风力发电桨叶转动的机械能转换为电能，所述风力发电机组用于固定设于所述塔筒远离地面的一端上，所述光伏发电支架能够固定设于所述塔筒上，各所述光伏发电板用于固定布设于所述光伏发电支架上。

2.根据权利要求1所述的风光一体化发电装置，其特征在于：所述光伏发电支架的数量为至少两个，各所述光伏发电支架上均固定布设有若干个光伏发电板，各所述光伏发电支架能够固定布设于所述塔筒上，且各所述光伏发电支架用于自下而上或自上而下依次置于所述地面与所述风力发电机组之间。

3.根据权利要求1所述的风光一体化发电装置，其特征在于：还包括驱动装置，所述驱动装置用于与所述光伏发电支架传动连接，所述驱动装置能够驱动所述光伏发电支架绕第一轴线转动，且所述光伏发电支架绕所述第一轴线的转动能够被锁定。

4.根据权利要求3所述的风光一体化发电装置，其特征在于：所述驱动装置包括动力源、传动机构以及转动轴，所述转动轴用于与所述光伏发电支架固定连接，所述转动轴的轴线用于与所述第一轴线重合，所述转动轴能够绕所述第一轴线转动地设于所述塔筒上，所述动力源用于固定设于所述塔筒上，所述动力源用于与所述传动机构传动连接，所述传动机构用于与所述转动轴传动连接，所述动力源提供的动力能够通过所述传动机构传递至所述转动轴上并驱动所述转动轴绕所述第一轴线转动。

5.根据权利要求4所述的风光一体化发电装置，其特征在于：所述动力源为电机，所述传动机构为齿轮箱。

6.根据权利要求4所述的风光一体化发电装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器用于与所述动力源通信连接，所述控制器能够控制所述动力源工作。

7.根据权利要求4所述的风光一体化发电装置，其特征在于：所述第一轴线与地面平行。

8.根据权利要求4所述的风光一体化发电装置，其特征在于：还包括抱闸装置，所述抱闸装置用于固定设于所述塔筒上，且所述抱闸装置用于锁定所述转动轴。

9.根据权利要求1所述的风光一体化发电装置，其特征在于：还包括变流器、交流母线、逆变器、直流母线以及第一变换器；所述变流器用于置于所述风力发电机组与所述交流母线之间，所述变流器用于与所述风力发电机组以及所述交流母线电连接；所述逆变器用于置于所述交流母线与所述直流母线之间，所述逆变器用于与所述交流母线以及所述直流母线电连接；所述第一变换器用于置于各所述光伏发电板与所述直流母线之间，所述第一变换器用于与各所述光伏发电板以及所述直流母线电连接。

10.根据权利要求9所述的风光一体化发电装置，其特征在于：还包括第二变换器以及蓄电装置，所述第二变换器用于置于所述直流母线与所述蓄电装置之间，所述第二变换器用于与所述直流母线以及所述蓄电装置电连接。