TWI839790B - 太陽能輔助發電系統及方法 - Google Patents

Abstract

本案提出一種太陽能輔助發電系統及方法。太陽能輔助發電系統包含一太陽能發電模組、一風力或水力發電模組及一電能儲存單元。太陽能發電模組利用太陽能產生一第一電能。風力或水力發電模組具有一馬達、一傳動機構及一扇葉機構。在風力微弱時，馬達利用由太陽能發電模組所發且預先儲存於電能儲存單元中的第一電能使風力或水力發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。

Description

太陽能輔助發電系統及方法

本案是有關一種發電系統及方法，特別是有關一種太陽能輔助發電系統及該發電系統的運作方法。

傳統的風力發電模組通常是通過將絕緣的導線在繞線支架(bobbin)或鐵芯(core)上繞製為多匝線圈(coil)而製成電感元件(inductor)。電感元件被作為轉子運用，通常是將轉子定位於具有磁性件的定子之間。當電感元件在磁場中旋轉時，轉子的線圈會以圓形的軌跡或弧形的軌跡切割磁場的磁力線。然而，因為電感元件的鐵芯與定子之間具有磁性吸引力，這股磁性吸引力會成為風力發電模組於發電過程中的阻力而降低轉子的轉速，甚至衍生風力不足以克服磁性吸引力而無法推動扇葉機構的情況，因此降低風力發電模組的發電效率。

另外，風力發電模組於發電過程中，扇葉機構、轉子、扇葉機構與轉子之間的傳動軸、齒輪等的重量會對風力發電模組帶來阻力，從而降低轉子的轉速。當這樣的重量過重時，甚至會使風力不足以克服重量產生的摩擦力從而無法推動扇葉機構，降低了風力發電模組的發電效率。

除此之外，傳統的滾筒式發電模組係在軸桿柱狀表面的兩側設置有線圈，利用風力或水力等使軸桿轉動，進而使線圈旋轉並以圓形的軌跡或弧形的軌跡切割磁力線，產生感應電流。然而傳統的滾筒式發電模組其線圈同樣會產生電荷集膚效應(又稱「趨膚效應」或「表皮效應」，英文：Skin Effect)，較多的電子會聚集在線圈靠近磁鐵的一側。在發電的過程中，因為電流熱效應的緣故，所產生的熱能會集中於線圈靠近磁鐵的一側，造成線圈壽命縮短。

因此，如何提出一種發電機能夠避免電感元件的鐵芯與定子之間具有磁性吸引力、解決扇葉機構、轉子、扇葉機構與轉子之間的傳動軸、齒輪等的重量產生的摩擦力衍生降低風力發電模組的發電效率，並減緩因為電荷集膚效應所衍生線圈壽命縮短問題，實屬重要的課題。

為了解決上述問題，本案之一實施例提供一種太陽能輔助發電系統，其包含一太陽能發電模組、一風力或水力發電模組及一電能儲存單元。太陽能發電模組利用太陽能產生一第一電能。風力或水力發電模組具有一馬達、一傳動機構及一扇葉機構。馬達，其利用第一電能，將該第一電能轉換為一動能，該動能用以克服為促使一傳動機構轉動及為促使一扇葉機構轉動的最大靜摩擦力。傳動機構，其與馬達連接，傳動機構受到扭矩驅動而帶動扇葉機構轉動。扇葉機構，其與傳動機構連接，風力或水力促使所述傳動機構及所述扇葉機構轉動，以使所述風力或水力發電模組的一定子與一轉子產生一第二電能。電能儲存單元，與太陽能發電模組及風力或水力發電模組連接，用以儲存第一電能及第二電能。

在一些實施例中，太陽能輔助發電系統的風力或水力發電模組更包含一變速裝置。變速裝置連接於扇葉機構，變速裝置具有傳動帶與傳動輪。變速裝置是利用扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到風力或水力發電模組可根據扇葉機構轉速自動調整變速裝置的檔位。

在一些實施例中，太陽能輔助發電系統更包含一感測控制處理單元。感測控制處理單元包含一感測器、一處理器及一控制器。感測器，其係用以量測風速、風壓、傳動機構的轉速、變速裝置的一齒輪的轉速及可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值。處理器，其與所述感測器連接，其係用以根據測量值計算得出一控制訊號。控制器，其與所述處理器連接，其係用以根據控制訊號切換變速裝置的檔位。

本案再一實施例提供一種電控式變速的太陽能輔助發電系統，其包含一太陽能發電模組、如前任一實施例中所描述的風力或水力發電模組、一電能儲存單元及一感測控制處理單元。感測控制處理單元，其連接於所述扇葉機構，感測控制處理單元包含一感測器、一處理器及一控制器。感測器，其係用以量測風速、風壓、傳動機構的轉速、變速裝置的齒輪轉速及任何其他可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值。處理器，其與所述感測器連接，其係用以根據所述測量值計算得出一控制訊號。控制器，其與所述處理器連接，其係用以根據所述控制訊號切換所述變速裝置的檔位。

在一些實施例中，太陽能輔助發電系統的風力或水力發電模組，其主要是利用磁盤與線盤二者作平行的相對旋轉以切割磁力線，產生感應電動勢、感應電流，完成發電。由於本案的線圈組是層狀地、間隔地排列，使得這種 風力或水力發電模組更有利於三相電的迴路系統，進而有利於滿足工業對於大功率電流的需求。除此之外，在一些實施例中線盤的兩側皆有磁盤，能夠減緩傳統發電機有電荷集膚效應所衍生的線圈組兩側溫度不均的問題，進而延長線圈組的壽命。除了以上發電模組之外，本案的一些實施例同時提出可以應用於此風力或水力發電模組或其他平行軸、垂直軸等發電模組的發電系統，藉由主動地消耗電能克服最大靜摩擦力，以帶來發電機更優秀的發電效率，而被消耗的電能主要是源自於太陽能，因此本案的一些實施例主要是藉由將太陽能發電及風力發電二者結合，並產生大於兩者單獨運作的功效。

在一些實施例中，風力或水力發電模組包含一定子與一轉子。定子包含一第一線盤及一第二線盤。轉子包含一第一磁盤及一第二磁盤。第一磁盤、第一線盤、第二磁盤及第二線盤是依序地、層狀地、間隔地排列。第一磁盤及第二磁盤皆具有至少一磁性部件，而第一線盤及第二線盤皆具有至少一線圈組。所述第一磁盤與所述第二磁盤僅其中一者與一傳動機構連接而另一者不與所述傳動機構連接；通過所述第一磁盤的一磁性部件與所述第二磁盤的一磁性部件之間的磁性吸引力，所述第一磁盤在轉動時得連動所述第二磁盤轉動。其中，當傳動機構完成旋轉至少一周，磁性部件產生的一磁場必然通過線圈組的一線圈面，且磁場被線圈組切割，隨著傳動機構的轉動，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使線圈組產生電流及電能。其中，磁場具有一磁場向量，磁場向量係指磁力線的方向，也是一磁鐵N極朝向另一磁鐵S極之方向，換句話說，即磁鐵內部S端往磁鐵N端的方向。線圈面具有一線圈面之法向量，磁場向量與線圈面之法向量的夾角恆介於0度至60度之間。

在一些實施例中，轉子更包含具有至少一磁性部件的一第三磁盤。第二線盤定位於第二磁盤與第三磁盤之間。第一磁盤的磁性部件包含至少二個第一磁性元件，第二磁盤的磁性部件包含至少二個第二磁性元件，第三磁盤的磁性部件包含至少二個第三磁性元件，其中，至少一個第一磁性元件的磁場向量與至少一個第二磁性元件的磁場向量夾角介於0度至45度之間，且至少一個第二磁性元件的磁場向量與至少一個第三磁性元件的磁場向量夾角介於0度至45度之間。

在一些實施例中，第一線盤及第二線盤至少一者具有一固定結構，並且至少一線圈組是被設置於一線圈盒，使用者可以藉由非破壞性的方式將線圈盒安裝於或拆卸自固定結構。

在一些實施例中，第一磁盤、第一線盤、第二磁盤及第二線盤皆具有至少二個缺口部。

在一些實施例中，轉子的第一磁盤與傳動機構連接，且轉子的第二磁盤及第三磁盤至少一者不與傳動機構連接；其中。在二磁盤與第三磁盤皆不與傳動機構連接的情況中，風力或水力發電模組是通過第一磁盤的磁性部件與第二磁盤的磁性部件之間的磁性吸引力，及通過第二磁盤的磁性部件與第三磁盤的磁性部件之間的磁性吸引力，達到使第一磁盤連動第二磁盤及第三磁盤轉動的功效。在第二磁盤與傳動機構連接但第三磁盤與傳動機構不連接的情況中，風力或水力發電模組是通過第二磁盤的磁性部件與第三磁盤的磁性部件之間的磁性吸引力，達到使第二磁盤連動第三磁盤轉動的功效。

在一些實施例中，更包含：一扇葉機構，其與傳動機構相連接。

在一些實施例中，更包含：一變速裝置，其連接於傳動機構及扇葉機構，其具有傳動帶與傳動輪，其中變速裝置是利用扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到風力或水力發電模組可根據扇葉機構轉速自動調整變速裝置的檔位。

本案再一實施例提供一種太陽能輔助發電方法，應用於使一發電系統的一風力或水力發電模組的一扇葉機構轉動，其中，扇葉機構因摩擦力及重力影響而無法順利轉動。太陽能輔助發電方法包含發電系統的一太陽能發電模組利用太陽能產生一第一電能。接著，發電系統的一風力或水力發電模組的一馬達利用第一電能，將該第一電能轉換為一動能，進而直接地驅動風力或水力發電模組的一傳動機構轉動。再接著，傳動機構帶動原先因重力或摩擦力而無法轉動的風力或水力發電模組的扇葉機構轉動。再接著，扇葉機構利用風力或水力帶動傳動機構轉動以使發電模組產生一第二電能，並將第二電能儲存於發電模組的一電能儲存單元。

在一些實施例中，太陽能輔助發電方法中的第一電能被儲存於電能儲存單元，電能儲存單元同時被應用於儲存第一電能及第二電能。

在一些實施例中，太陽能輔助發電方法包含利用風力或水力發電模組的一變速裝置根據扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)自動地調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到風力或水力發電模組可根據扇葉機構的轉速自動地調整變速裝置的檔位。

在一些實施例中，太陽能輔助發電方法，更包含：利用一感測器量測可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值。前述可 直接得出扇葉機構轉速的物理參數，是扇葉機構轉速或傳動機構的轉速等；另一方面，前述可間接計算得出的物理參數是指風速、風壓等。接著，利用一處理器根據測量值計算得出一控制訊號。再接著，利用一控制器根據控制訊號切換變速裝置的檔位。

綜上所述，本案提出一種太陽能輔助發電系統、太陽能輔助發電方法。

前述太陽能輔助發電系統及方法特別是應用於風力或水力發電。在一些實施例中的風力或水力發電模組主要是藉由層狀地、間隔地排列的線盤與磁盤作平行地相對轉動，使磁場被線圈組切割，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使發電模組產生電流及電能。除此之外，在風力微弱時，利用電能儲存單元中的電能及馬達使風力或水力發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率。

100:太陽能輔助發電系統

1:太陽能發電模組

2:風力或水力發電模組

21:馬達

22:傳動機構

23:扇葉機構

24:定子

241:第一線盤

242:第二線盤

25:轉子

251:第一磁盤

252:第二磁盤

253:第三磁盤

26:變速裝置

3:電能儲存單元

B’:軸承

C:線圈組

C_b:線圈盒

C_p:線圈面

C_v:線圈面之法向量

F:固定結構

G₁:(磁盤的)缺口部

G₂:(線盤的)缺口部

M:磁性部件

M₁:第一磁性元件

M₂:第二磁性元件

M₃:第三磁性元件

R:軸桿

Rc:傳動軸心

Rc’:旋轉軸心

圖1為本案一實施例太陽能輔助發電系統的立體示意圖。

圖2為圖1太陽能輔助發電系統的剖面圖。

圖3為本案一實施例風力或水力發電模組的立體示意圖。

圖4為圖3風力或水力發電模組的分解示意圖。

圖5為圖3風力或水力發電模組的俯視示意圖。

圖5A為圖3風力或水力發電模組沿圖5的A-A剖面線的剖面示意圖。

圖5B為圖3風力或水力發電模組沿圖5的B-B剖面線的剖面示意圖。

圖6為本案一實施例轉子的第一磁盤立體示意圖。

圖7為本案一實施例定子的第一線盤(未開蓋)立體示意圖。

圖8為本案一實施例定子的第一線盤(開蓋)立體示意圖。

圖9為本案一實施例線圈盒(未開蓋)的立體示意圖。

圖10為本案一實施例線圈盒(開蓋)的立體示意圖。

以下是藉由各具體實施例來說明本案所揭露有關「太陽能輔助發電系統及方法」的實施方式，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

需要說明的是，本案各具體實施例中所有方向性用語(例如：上、下、左、右、前、後等)僅是被用於解釋某一特定狀態(如所附的各圖式所示)中各部件之間的相對位置關係、運動情況或姿態等，如果所述特定狀態發生改變時，則方向性用語也會隨之改變。

各具體實施例的說明伴隨併入且組成說明書之一部分的圖式，說明本揭露之實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。以下的實施例可以被適當地修飾或整合而完成另一實施例。

以下針對每一個「一實施例」、「一具體實施例」、「較佳實施例」、「其他實施例」、「另一實施例」等或任何與「實施例」或「實施方式」相關的說明，皆僅係用於描述所述實施例可包含之技術特徵、結構或是特性，然而並非其它實施例皆必須包含該特定特徵、結構或是特性。重複使用「在本實施例中」或「在一些實施例中」等近似用語並非必須指相同實施例，也可以是指不同的實施例。

請參考圖1、圖2，圖1為本案一實施例太陽能輔助發電系統的立體示意圖，圖2為圖1太陽能輔助發電系統的剖面圖。如圖1及圖2所示，本案之一實施例提供一種太陽能輔助發電系統100，其包含一太陽能發電模組1、一風力或水力發電模組2及一電能儲存單元3。太陽能發電模組1利用太陽能產生一第一電能。

請再參考圖3，圖3為本案一實施例風力或水力發電模組的立體示意圖。如圖3所示，風力或水力發電模組2具有一馬達21、一傳動機構22、一扇葉機構23、定子24及轉子25。馬達21，其利用第一電能以產生一動能，動能用以克服為促使傳動機構22轉動及為促使扇葉機構23轉動的最大靜摩擦力。傳動機構22，其與馬達21連接，傳動機構22受到扭矩驅動而帶動扇葉機構23轉動。扇葉機構23，其與傳動機構22連接，風力或水力促使所述傳動機構22及所述扇葉機構23轉動，進而以使所述風力或水力發電模組的定子24及轉子25產生一第二電能。電能儲存單元3，與太陽能發電模組及風力或水力發電模組連接，用以儲存第一電能及第二電能。

請再次參閱圖3。在一些實施例中，風力或水力發電模組2更包含一變速裝置26。變速裝置26連接於扇葉機構23，變速裝置26具有傳動帶(未繪示)與傳動輪(未繪示)。變速裝置26利用扇葉機構23所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到風力或水力發電模組可根據扇葉機構23轉速自動調整變速裝置26的檔位。在一些實施例中，太陽能輔助發電系統100也可以利用電腦實現檔位的自動化控制，其更包含一感測控制處理單元(未繪示)。感測控制處理單元包含一感測器、一處理器及一控制器。感測器，其係用以量測風速、風壓、傳動機構的轉速、變 速裝置的一齒輪的轉速及可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值。處理器，其與所述感測器連接，其係用以根據測量值計算得出一控制訊號。控制器，其與所述處理器連接，其係用以根據控制訊號切換變速裝置26的檔位。

以下接著說明本實施例中的定子24與轉子25的具體配置。請參考圖3、圖4。圖3為本案一實施例風力或水力發電模組的俯視示意圖。圖4為圖1風力或水力發電模組2的分解示意圖。定子24包含一第一線盤241及一第二線盤242(以下合稱為「第一、第二線盤241、242」)。轉子25包含一第一磁盤251及一第二磁盤252(以下合稱為「第一、第二磁盤251、252」)。請再參考圖5、圖5A及圖5B，圖5為圖3風力或水力發電模組的俯視示意圖，圖5A為圖3風力或水力發電模組沿圖5的A-A剖面線的剖面示意圖，圖5B為圖3風力或水力發電模組沿圖5的B-B剖面線的剖面示意圖。第一磁盤251、第一線盤241、第二磁盤252及第二線盤242是依序地、層狀地、間隔地排列。第一、第二磁盤251、252皆具有至少一磁性部件M，而第一、第二線盤241、242皆具有至少一線圈組C。前述「層狀地」排列是指在空間中第一線盤241、第二線盤242被第一磁盤251及第二磁盤252其中一者所分隔，但本案不以此為限，在其他實施例中，第一線盤241、第二線盤242也可以同時被第一磁盤251及第二磁盤252二者所分隔。另外，在本實施例中，「間隔地」排列指的是「等間隔地」排列，在其他實施例中，間隔地排列也可以是指「非等間隔地」排列。另一方面，「間隔」包含第一、第二線盤241、242之間的間隔及第一、第二磁盤251、252間的間隔。

請參考圖5A。在一些實施例中，轉子25除了具有磁性部件M的一第一磁盤251、一第二磁盤252之外，轉子25更具有一第三磁盤253，第三磁盤253 同樣具有磁性部件M，以下將第一磁盤251、第二磁盤252及第三磁盤253合稱為「第一、第二及第三磁盤251、252、253」。第一、第二及第三磁盤251、252、253依序地且間隔地排列。在本實施例中，由上至下依序是第一磁盤251、第一線盤241、第二磁盤252、第二線盤242及第三磁盤253。第一線盤241定位於第一磁盤251與第二磁盤252之間，第二線盤242定位於第二磁盤252與第三磁盤253之間。第一、第二及第三磁盤251、252、253、第一、二線盤241、242在垂直方向上被固定而不至於上下滑動。

如圖5A所示，在本實施例中，第一磁盤251與第二磁盤252僅其中一者與一傳動機構22連接而另一者不與傳動機構22連接；通過第一磁盤251的一磁性部件M與第二磁盤252的一磁性部件M之間的磁性吸引力，第一磁盤251在轉動時得連動第二磁盤252轉動。換句話說，當傳動機構22轉動時，只有第一磁盤251是直接地藉由傳動機構22的機械力被帶動，第二磁盤252是通過第一磁盤251與第二磁盤252之間的磁吸力而被帶動、第三磁盤253是通過第二磁盤252與第三磁盤253之間的磁吸力被帶動。在其他實施例中，第一磁盤251及第二磁盤252與傳動機構22連接、或第一磁盤251及第三磁盤253與傳動機構22連接、或第一磁盤251、第二磁盤252及第三磁盤253皆與傳動機構22連接。

如圖4所示，在一些實施例中風力或水力發電模組2有一軸桿R。如圖5A及圖5B所示，在本實施例中，傳動機構22有一傳動軸心R_c，其傳動機構22的傳動軸心R_c的軸向之向量定義為傳動軸向。第一、第二及第三磁盤251、252、253與軸桿R之間具有軸承B’，第一、第二及第三磁盤251、252、253被定義具有一旋轉軸心R_c’，旋轉軸心R_c’的軸向之向量定義為轉子軸向。當傳動機構22轉動時，第一、第二及第三磁盤251、252、253以旋轉軸心R_c’為中心進行旋轉。雖然 本實施例中傳動軸向與轉子軸向互為平行，然而，在一些實施例中，傳動軸向與轉子軸向亦可不互為平行，甚至可能是垂直。因此，本案可以被應用在傳統的垂直軸發電機、水平軸的發電機或其他類型的發電機。

如圖5A及圖5B所示，磁性部件M的分佈位置與線圈組C的分佈位置相對應，如圖5A所示，在本實施例中，磁性部件M可以是分布於線圈組C的正上方。當傳動機構22完成旋轉至少一周，磁性部件M產生的一磁場必然通過線圈組C的一線圈面Cp，且磁場被線圈組C切割，隨著傳動機構22的轉動，磁場通過線圈組C的磁通量產生變化，進而使風力或水力發電模組2的線圈組C產生感應電動勢、感應電流及電能。

以下更進一步說明磁性部件M的配置。請參考圖6，圖6為本案一實施例轉子的第一磁盤立體示意圖。如圖6所示，第一磁盤251包含四個磁性部件M，在本實施例中第二磁盤252及第三磁盤253與第一磁盤251相同，第二磁盤252及第三磁盤253也包含四個磁性部件M。又如圖5A、圖5B及圖6所示，在本實施例中，第一、第二及第三磁盤251、252、253各自包含四個磁性部件M，為了方便說明，將第一、第二及第三磁盤251、252、253各自包含的磁性部件M命名為第一磁性元件M₁、第二磁性元件M₂及第三磁性元件M₃，第一、第二及第三磁盤251、252、253依序包含四個第一磁性元件M₁、四個第二磁性元件M₂及四個第三磁性元件M₃，但本案不就第一磁性元件M₁、第二磁性元件M₂、第三磁性元件M₃的數量做限制，且第一磁性元件M₁、第二磁性元件M₂、第三磁性元件M₃可例如但不限於是磁鐵、電磁鐵或其他能夠產生磁場的物質或組合。如圖5A及圖5B所示，四個第一磁性元件M₁中的其中兩個第一磁性元件M₁是N極朝上、S極朝下，而另外兩個第一磁性元件M₁則是S極朝上、N極朝下。相同的情況也見於第二磁 性元件M₂及第三磁性元件M₃。在一些實施例中，四個第二磁性元件M₂中的其中兩個第二磁性元件M₂是N極朝上、S極朝下，而另外兩個磁性元件則是S極朝上、N極朝下。另一方面，在一些實施例中，四個第三磁性元件M₃中的其中兩個第三磁性元件M₃是N極朝上、S極朝下，而另外兩個磁性元件則是S極朝上、N極朝下。

另外，如圖6所示，在本實施例中，為了縮小第一、第二、第三磁盤251、252、253的體積與重量以提升發電效率，第一磁盤251具有至少二個缺口部G₁，較佳地是四個缺口部G₁，同理，第二、三磁盤252、253也可以具有至少二個缺口部G₁，較佳地是四個缺口部G₁。

以下接著說明本案定子的詳細配置。請參閱圖7及圖8，圖7及圖8皆為本案一實施例定子24的立體示意圖，圖7及圖8的差異在於是否將線圈盒Cb的蓋子掀開，其中圖7是未掀開蓋子的，圖8是掀開蓋子的。線圈盒C_b的詳細結構則可以參考圖9及圖10，圖9及圖10皆為本案一實施例線圈盒C_b的立體示意圖，其中圖9是未掀開蓋子的，圖10是掀開蓋子的。

如圖7及圖8所示，在一些實施例中，第一線盤241具有一固定結構F，而在一些實施例中，第二線盤242具有一固定結構F，在一些實施例中，第一線盤241及第二線盤242皆具有一固定結構F，第一線盤241及第二線盤242至少一者具有一固定結構F。線圈組C是被設置於一線圈盒C_b，使用者可以藉由非破壞性的方式將線圈盒C_b安裝於或拆卸自固定結構F。非破壞性的方式是指，通過這種方式將線圈盒C_b安裝於或拆卸自固定結構F後不會造成線圈盒Cb或固定結構F功能上的喪失或減損。因此，當線圈組C需要做更換時，使用者僅需要通過非破壞性的方式將線圈盒C_b自固定結構F取下、打開線圈盒C_b，接著，即可輕鬆地更換線圈，同時這種做法也有利於線圈組C與線圈盒C_b的大量生產。

如圖10所示，線圈組C是作為電感元件使用，線圈組C可以是呈現筒狀，較佳地線圈組C是呈現圓筒狀。線圈組C中間的圓柱狀物僅係用以固定線圈的形態及位置，但不排除其材質為導磁性材質。然而，線圈組C中間的圓柱狀物並不會因為磁場而有轉動或移動，其功能與存在的目的與傳統電感元件中的鐵芯不同。

請一併參閱圖5A及圖10，線圈組C的線圈面C_p是指閉合迴路所在的平面，更進一步地，線圈面C_p可分為上端線圈面及下端線圈面(以下合稱為「線圈面C_p的兩端」)。由於本案線圈組C線圈面C_p的兩端皆會切割磁場、皆有磁通量的變化因此皆會產生相應的電流，在產生相同的電能條件下，相較於傳統的發電模組，本案使得因電流熱效應所產生的熱能更均勻地被散佈於線圈面C_p的兩端，使線圈組C一側的溫度有效地降低，進而減緩因電荷集膚效應所導致線圈組C其中一側溫度過高的問題。

關於本案磁場與線圈組C之間相對的位置關係，如圖5A所示，磁場具有一磁場向量，磁場向量係指磁力線的方向，也是一磁鐵N極朝向另一磁鐵S極之方向，換句話說，即磁性部件M內部的S端往磁性部件M內部的N端的方向，且線圈面C_p的具有一線圈面之法向量C_v，在本實施例中，磁場向量與線圈面之法向量Cv的夾角恆為0度，亦即，在本實施例中第一、第二、第三磁性元件M₁、M₂、M₃磁場向量與線圈面C_p所在的平面互相垂直；在其他實施例中，磁場向量與線圈面之法向量C_v的夾角恆介於0度至60度之間。換句話說，本案第一、第二、第三磁性元件M₁、M₂、M₃的磁場向量與線圈面C_p所在的平面之間的夾角是固定的。

如圖5A所示，至少一個第一磁性元件M₁的磁場向量與至少一個第二磁性元件M₂的磁場向量夾角介於0度至45度之間，至少一個第二磁性元件M₂的磁場向量與至少一個第三磁性元件M₃的磁場向量夾角介於0度至45度之間，在此，磁場向量係指第一、第二、第三磁性元件M₁、M₂、M₃內部的S端往N端的方向。在本實施例中，第一、第二、第三磁性元件M₁、M₂、M₃三者的磁場向量的夾角為0度，彼此相互平行。

如圖7所示，在本實施例中，為了縮小第一、第二線盤241、242的體積與重量以提升發電效率，第一線盤241具有至少二個缺口部G₂，較佳地是四個缺口部G₂，同理，第二線盤242也可以具有至少二個缺口部G₂，較佳地是四個缺口部G₂。

最後，本案再一實施例提供一種太陽能輔助發電方法(未繪示)，應用於使一發電系統的一風力或水力發電模組的一扇葉機構轉動，其中，扇葉機構因摩擦力及重力影響而無法順利轉動。傳統的風力發電機(或水力)發電機必須要有足夠大的風力(或水力)才能夠使風力發電機或水力發電機運作，如果風力或水力不足以推動扇葉，則風力發電機或水力發電機完全無法產生電能，發電效率為零。然而，本案是利用最大靜摩擦力顯大於動摩擦力的原理，使發電機先行利用(消耗)預先儲存的一第一電能克服最大靜摩擦力，以啟動發電機，使得發電機能夠順利運作。當發電機順利運作之後，便無需提供第一電能，並且使發電機的發電效率不為零。因此可以解決傳統的風力發電機或水力發電機必須要有足夠大的風力、水力才能夠使風力發電機或水力發電機運作的問題。本實施例中的太陽能輔助發電方法包含太陽能輔助發電系統的一太陽能發電模組利用太陽能產生一第一電能。接著，太陽能輔助發電系統的一風力或水力發電模組的一 馬達利用第一電能，將該第一電能轉換為一動能，進而直接地驅動風力或水力發電模組的一傳動機構轉動。再接著，傳動機構帶動原先因重力或摩擦力而無法轉動的風力或水力發電模組的扇葉機構轉動。再接著，扇葉機構利用風力或水力帶動傳動機構轉動以使發電模組產生一第二電能，並將第二電能儲存於太陽能輔助發電系統的一電能儲存單元。

在一些實施例中，太陽能輔助發電方法中的第一電能被儲存於電能儲存單元，電能儲存單元同時被應用於儲存第一電能及第二電能。

在一些實施例中，太陽能輔助發電方法包含利用風力或水力發電模組的一變速裝置根據扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)自動地調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到風力或水力發電模組可根據扇葉機構的轉速自動地調整變速裝置的檔位，藉此提高發電效率。

在一些實施例中，太陽能輔助發電方法，更包含：利用一感測器量測可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值。前述可直接得出扇葉機構轉速的物理參數，是扇葉機構轉速或傳動機構的轉速等；另一方面，前述可間接計算得出的物理參數是指風速、風壓等。接著，利用一處理器根據測量值計算得出一控制訊號。再接著，利用一控制器根據控制訊號切換變速裝置的檔位。也就是說，本實施例是藉由通過電子控制方式自動地切換變速裝置的檔位，達到更精準的控制，以增進發電效率。

綜上所述，本案提出一種太陽能輔助發電系統、太陽能輔助發電方法。前述太陽能輔助發電系統及方法特別是應用於風力或水力發電。太陽能輔助發電系統主要包含太陽能發電模組、風力或水力發電模組、馬達及電能儲存單 元。在風力微弱時，利用由太陽能發電模組所發之電能及馬達使前述風力或水力發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率，達到完全地使用可再生能源發電設備。另外，一些實施例中的風力或水力發電模組主要是藉由層狀地、間隔地排列的線盤與磁盤作平行地相對轉動，使磁場被線圈組切割，磁場通過線圈組的磁通量產生變化，進而使發電模組產生電流及電能，這樣層狀的配置能夠減緩線圈組在發電過程中因電荷集膚效應所致溫度不均的問題。另外，太陽能輔助發電方法，主要是用利用由太陽能發電模組所發之電能及馬達使前述風力或水力發電模組克服最大靜摩擦力而運作，進而提升發電效率，以達到完全地使用可再生能源發電設備。

100:太陽能輔助發電系統

1:太陽能發電模組

2:風力或水力發電模組

3:電能儲存單元

Claims (9)

1. 一種太陽能輔助發電系統，其包含：一太陽能發電模組，其利用太陽能產生一第一電能；一風力或水力發電模組，包含：一馬達，其利用所述第一電能產生一動能，包含依序地、層狀地、間隔地排列的一第一磁盤、一第一線盤、一第二磁盤及一第二線盤，所述第一磁盤及所述第二磁盤皆具有一磁性部件，所述第一線盤及所述第二線盤皆具有一線圈組；一傳動機構，其與所述馬達連接；一扇葉機構，其與所述傳動機構連接，所述傳動機構利用該動能克服促使所述傳動機構轉動及為促使所述扇葉機構轉動的最大靜摩擦力，接著，風力或水力促使所述傳動機構及所述扇葉機構轉動，當所述傳動機構完成旋轉至少一周，所述磁性部件產生的一磁場必然被所述線圈組的一線圈面切割，隨著所述傳動機構的轉動，所述磁場通過所述線圈組的磁通量產生變化，進而所述線圈組產生電流及一第二電能；以及一電能儲存單元，與所述太陽能發電模組及所述風力或水力發電模組連接，用以儲存所述第一電能及所述第二電能。
2. 如請求項1所述之太陽能輔助發電系統，其中所述風力或水力發電模組更包含：一變速裝置，其連接於所述扇葉機構，其具有傳動帶與傳動輪；所述變速裝置是利用所述扇葉機構所產生的慣性力(俗稱「離心力」)調整傳動帶與傳動輪之間的相對位置關係(以下簡稱為「檔位」)，進而達到所述風力或水力發電模組可根據扇葉機構轉速自動調整所述變速裝置的檔位。
3. 如請求項2所述之太陽能輔助發電系統，其更包含：一感測控制處理單元，其連接於所述扇葉機構，包含：一感測器，其係用以量測風速、風壓、所述傳動機構的轉速、所述變速裝置的一齒輪的轉速及可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值；一處理器，其與所述感測器連接，其係用以根據所述測量值計算得出一控制訊號；及一控制器，其與所述處理器連接，其係用以根據所述控制訊號切換所述變速裝置的檔位。
4. 如請求項3所述之太陽能輔助發電系統，其中所述第一磁盤與所述第二磁盤二者之其中一者與所述傳動機構連接而另一者不與所述傳動機構連接；所述第一磁盤通過所述第一磁盤的一磁性部件與所述第二磁盤的一磁性部件之間的磁性吸引力在轉動時連動地帶動所述第二磁盤轉動。
5. 一種太陽能輔助發電方法，其包含：一太陽能發電模組利用太陽能產生一第一電能；一風力或水力發電模組的一馬達，利用所述第一電能產生一動能，包含依序地、層狀地、間隔地排列的一第一磁盤、一第一線盤、一第二磁盤及一第二線盤，所述第一磁盤及所述第二磁盤皆具有一磁性部件，所述第一線盤及所述第二線盤皆具有一線圈組，進而直接地驅動所述風力或水力發電模組的一傳動機構轉動及一扇葉機構轉動，所述傳動機構利用該動能克服促使所述傳動機構轉動及為促使所述扇葉機構轉動的最大靜摩擦力； 所述傳動機構利用所述動能帶動原先因重力或摩擦力而無法轉動的所述風力或水力發電模組的所述扇葉機構轉動；及已克服重力或摩擦力而得以轉動的所述扇葉機構接著利用風力或水力帶動所述傳動機構轉動，當所述傳動機構完成旋轉至少一周，所述磁性部件產生的一磁場必然被所述線圈組的一線圈面切割，隨著所述傳動機構的轉動，所述磁場通過所述線圈組的磁通量產生變化，進而所述線圈組產生電流及一第二電能，並將所述第二電能儲存於一電能儲存單元。
6. 如請求項5所述之太陽能輔助發電方法，其中所述第一電能被儲存於所述電能儲存單元，所述電能儲存單元同時被應用於儲存所述第一電能。
7. 如請求項5所述之太陽能輔助發電方法，其更包含：利用所述風力或水力發電模組的一變速裝置自動地調整所述變速裝置的傳動帶與所述變速裝置的傳動輪之間的檔位，其中，所述變速裝置是根據所述扇葉機構因其轉速而變化之離心力調整傳動帶與傳動輪之間的檔位。
8. 如請求項7所述之太陽能輔助發電方法，其更包含：利用一感測器量測可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，並得到一測量值；利用一處理器根據所述測量值計算得出一控制訊號；及利用一控制器根據所述控制訊號切換所述變速裝置的檔位。
9. 如請求項8所述之太陽能輔助發電方法，其中，可直接或間接計算得出扇葉機構轉速的物理參數，包含風速、風壓、扇葉機構轉速或所述傳動機構的轉速。

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