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技术交底书模板-同时实现风能发电和太阳能光伏发电的发电系统

(一)技术交底书的要求:
□应清楚、完整地写明发明或实用新型的内容;
□使所属技术领域的普通技术人员能够根据此内容实施发明创造;
□使上述人员相信本发明确实可以解决现有技术不能解决的问题。
(二)技术交底书的具体样本如下:
 1)发明创造的名称:

一种风光一体化发电系统

 

2)所属技术领域:
技术领域
      本发明涉及一种发电系统,尤其涉及一种能同时实现风能发电和太阳能光伏发电的发电系统。
 3)背景技术
      3.1)详细介绍技术背景,并描述申请人所知的与发明方案最接近的已有技术(应详细介绍,以不需再去看文献即可领会该技术内容为准,如果现有技术出自专利、期刊、书籍,则提供出处);
      3.2)对现有技术存在的缺点进行客观的评述(现有技术的缺点是针对于本发明的优点来说的;如果找不出对比技术方案及其缺点,可用反推法,根据本发明的优点来找对应的缺点;本发明不能解决的缺点,不需提供;缺点可以是成本高、处理时间慢等类似问题)。
背景技术

      随着中国经济的发展, 能源供应、能源安全、温室效应及环境污染问题正日益成为制约中国经济发展的重大瓶颈。根据2008BP世界能源统计年鉴,2007年中国商业能源的总消费量为1863百万吨油当量,已相当于美国消费量的78.92%,巨大的能源需求导致中国不得不大量使用高污染的煤炭(煤炭在中国能源消费中所占比例高达77.62%远远高于美国的24.86%)并导致环境问题的进一步恶化。中国的温室气体排放量目前已经与美国相差无几并且一直在快速增加中。根据世界银行报告,世界20个最严重污染城市中国就占了16个。而中国目前的人均GDP依旧较低远远低于美日德等发达国家,在未来相当长的一段时间大力发展经济提高人民的生活水平仍将是一种迫切的需要和优先目标并将导致中国本已非常糟糕的能源及环境问题进一步严重恶化除非对现有的能源利用结构进行重大调整。因此,相对清洁得多、可以不断再生及永续利用的可再生能源的发展与应用对中国未来的经济发展及能源、环境问题的解决将具有极其重大的意义。该结论同样适用于很多国家尤其是经济快速发展能源又较为短缺的国家。
      目前,欧美发达国家对风能太阳能的利用都非常重视并不惜为此提供巨额财政补贴高价买单培育市场和产业以促进相关技术的不断进步及发电成本的不断下降并取得了显著的成果。大量研究结果表明,世界绩优风力发电场的发电成本自80年代以来下降了将近90%,现在已下降到4美分/千瓦时甚至更低。太阳能光伏发电成本随着产业的发展也不断快速降低,光伏组件成本30年来几乎降低了2个数量级。美国光伏生产商First Solar更是在2009年2月24日正式宣布其成功在四季度将发电成本降至98美分,率先打破了1美元的价格门槛。
      但目前的风能、太阳能的开发利用依旧存在很多的不足与局限性:1.风能和太阳能的能量密度及能量利用效率都很低导致其大规模发电需要占用大量的土地,因此迫切需要提高单位土地面积的发电量以节省土地;2. 风能和太阳能发电受天气及地域的影响较大,稳定性差,并网发电后会对电网的稳定运行以及电网的供电质量造成不良影响,因此如何提高风能发电和太阳能发电的稳定性也是个重大问题;3. 离开建筑物和荒漠来建设光伏发电站将破坏环境和生态,大型固定式太阳能电池板下面将有相当部分区域寸草不生。风力发电也存在一定的环保生态问题,大型的风力发电站往往建在季风的风道上,而这往往是候鸟迁徙的最佳路线,快速旋转的扇叶往往成为候鸟的杀手;4.太阳能电池的热岛效应导致太阳能电池板不能水平放置只能倾斜放置并导致风经过时产生紊流,因此即使该区域的风能资源也较为丰富那么我们也难于在太阳能电池板的上方高空放置风力发电机否则太阳能电池板倾斜放置导致风经过时产生的紊流容易损坏扇叶并降低本已低下的风能利用效率。而低空(太阳能电池板的安装及运动轨迹空间)更是被电池板占据已无法安装风力发电机,当风吹到电池板上面时,大量能量就白白损耗掉了。
 4)发明内容:
      4.1)正面描述本发明所要解决的技术问题(对应现有技术的所有缺点;本发明解决不了的,不需提供);
      4.2)清楚完整的叙述发明创造的技术方案,应结合工艺流程图、原理框图、电路图、仿真图、布局图、设备结构图进行说明(越详细越好,可与第6部分合写;发明中每一功能的实现都要有相应的技术实现方案,不能只有原理,也不能只做功能介绍;需要详细提供与现有技术的区别技术和关联技术;每个附图都应有对应的文字描述,以他人不看附图即可明白技术方案为准;所有英文缩写都应中文注释):
      对于机械产品的发明创造应详细说明每一个结构零部件的形状、构造、部件之间的连接关系、空间位置关系、工作原理等;
      对于电器产品应描述电器元件的组成、连接关系;
      对于无固定形状和结构的产品,如粉状或流体产品、化学品、药品,应描述其组分及其含量、制造工艺条件和工艺流程等;
      对于方法发明,应描述操作步骤、工艺参数等;
      4.3)简单点明本发明的关键点和欲保护点(逐项列出1、2、3、、、),并简单介绍与最好的现有技术相比,本发明有何优点(一两个自然段即可;结合技术方案来描述,做到有理有据,即用推理或因果关系的方式推理说明;可以对应所要解决的技术问题或发明目的来描述)。
发明内容
      本发明所要解决的技术问题是提供一种同时利用风能和太阳能发电并尽可能消除或者减小现有风能发电和太阳能发电方式不利影响的发电系统。
      本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
      一种发电系统,其特征在于,包括:
      光电转化板,用于将光能转化为电能;
      往复运动装置,用于限制所述光电转换板在风力的作用下做往复运动;以及,
      发电装置,用于由所述光电转化板驱动,发出电能。
      采用上述技术方案,能够在尽量利用太阳能发电的前提下,也采集风能进行发电,这样提高了单位面积上的发电效率。同时,在没有日光的时候,可以通过风力进行发电,或者,在风力不足的时候,可以通过太阳能进行发电,其发电对环境的依赖度要比单纯的太阳能发电要低,有利于提高发电系统的稳定性和可靠性。其工作过程如下:当风力吹到所述光电转化板上的时候,所述光电转化板将沿着往复运动装置做往复的运动,以带动所述发电装置发出电能。同时,当受到阳光照射时,所述光电转化板能将太阳能转换为电能进行光伏发电。
      进一步而言,所述光电转化板采用太阳能电池板;
      所述往复运动装置包括:
      光电转化板支撑装置,包括:通过转轴与所述太阳能电池板轴接的支架、用于驱动所述转轴转动的电动机,和,控制并驱动所述电动机转动的控制单元;以及,
      往复驱动装置,包括:用于限制所述支架沿其滑动的直线导轨、分别设置在所述直线导轨两端的第一限制边及第二限制边,和,分别用于将靠近所述第一限制边及第二限制边的所述支架推离的第一弹回装置及第二弹回装置。
      由于进一步采用上述技术措施,初始状态的时候,所述太阳能电池板在所述电动机的带动下成尽可能大的迎风面积。当风力吹到所述太阳能电池板上的时候,所述太阳能电池板将沿着所述直线导轨滑动,并带动所述发电装置发电。所述第一限制边及第二限制边是所述太阳能电池板沿着所述直线导轨运动的极限位置,当所述太阳能电池板达到或接近其运动极限位置时候,所述太阳能电池板在所述电动机的带动下成尽可能小的迎风面积,同时第一弹回装置或第二弹回装置将其弹回,以进行往复运动。
      进一步而言,所述太阳能电池板为矩形平面,所述转轴设置于所述太阳能电池板的中间位置。
      由于进一步采用上述技术措施,在理想状态下,即风力平均吹到所述太阳能电池板上的时候,其以所述转轴为轴,两边的风力的力矩是相同的,这样在风力的作用下,所述电动机转动所述转轴,以带动所述太阳能电池板转动,其不耗费过多的能量。
      进一步而言,所述发电装置采用发电机,一端固定连接于所述支架的卷簧另一端卷绕于所述发电机的轴,以带动所述发电机转动。
      进一步而言,所述光电转化板采用太阳能电池板;
      所述往复运动装置包括:
      光电转化板支撑装置,包括:通过转轴与所述太阳能电池板轴接的支架、用于驱动所述转轴转动的电动机,和,控制并驱动所述电动机转动的控制单元;以及,
      往复驱动装置,包括:用于限制所述支架沿其滑动的直线导轨、分别设置在所述直线导轨两端的第一限制边及第二限制边;所述直线导轨倾斜于水平面设置。
      由于进一步采用上述技术措施,这样,首先,所述太阳能电池板在所述电动机的带动下成尽可能大的迎风面积,风力将所述太阳能电池板吹动,直到所述直线导轨所限制的极端的位置的之后,,所述太阳能电池板在所述电动机的带动下成尽可能小的迎风面积,则所述面板支撑装置上的所述太阳能电池板能够在重力的作用下回复到初始所在直线导轨的一端。
      进一步而言,在所述直线导轨上设置有,用于使得所述直线导轨旋转的旋转装置。
      由于进一步采用上述技术措施,这样便于所述发电系统获取尽量多的风力和阳光来进行发电。
      进一步而言,所述控制单元包括:用于获得所述支架分别靠近所述第一限制边及第二限制边状态的位置传感器单元,以及,根据所述位置传感器输入的信号来驱动所述电动机转动的电机驱动单元。
      由于进一步采用上述技术措施,这样能够便于系统正确的获知所述往复运动装置上的所述太阳能电池板的运动状态,能够更好的控制其做往复运动。
      进一步而言,在所述支架与所述直线导轨滑动连接处设置有滚轮。
      由于进一步采用上述技术措施,减少了摩擦损耗,提高了运动发电效率。
      进一步而言,所述发电装置采用发电机,至少一所述滚轮带动所述发电机同轴转动。
      进一步而言,所述发电装置采用发电机,一段固定连接于所述支架的齿条与所述发电机的轴啮合,以带动所述发电机转动。
      进一步而言,所述的发电系统还包括:能够调节其角度的光学平面镜,用于将阳光反射到所述光电转化板上。
      由于进一步采用上述技术措施,可较大幅度地降低太阳能光伏发电成本。
      与现有技术相比本发明的优点在于,同时利用风能和太阳能发电并尽可能消除或者减小风能发电和太阳能发电不利影响。
 5)附图:实用新型专利必须提供附图,附图中构成件可以有标记,尺寸和参数不必标注。
附图说明

      图1是本发明发电系统一种实施例的结构示意图;
      图2是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图;
      图3是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图;
      图4是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图;
      图5是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图。
6)优选具体实施方式(可与第4部分合写;尽量写明所有同样能完成发明目的的替代方案,所述替代可以是部分结构、器件、方法步骤的替代,也可以是完整的技术方案):
      对于产品发明应描述产品构成、电路构成或者化学成分、各部分之间的相互关系、工作过程或操作步骤;对于方法发明应写明步骤、参数、工艺条件等,可提供多个具体实施方式。
具体实施方式:

      下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
      如图1所示,本实施例的风光一体化发电设备,包括:太阳能电池板21、发电机41、电动机31、电动机32、支架51、转轴52、滚轮60、第一限制边71、第二限制边72、直线导轨73、第一弹回装置61和第二弹回装置62。
      太阳能电池板21是一种能将太阳能转换成电能的器件,在目前的技术条件下太阳能电池板上一般会装有多片太阳能电池片,当然随着科技的发展未来也有可能整合成一片。太阳能电池板21的形状可为平面也可为曲面,曲面太阳能电池板的特殊形式还包括抛物镜及位于焦点处的太阳能电池片这样的结构,太阳能电池片可占据太阳能电池板21的全部或仅部分面积。太阳能电池21是一种利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
      矩形的太阳能电池板21中心装有圆形的转轴52,转轴52的一端直接固定于电动机31的转子上,太阳能电池板21在电动机31的带动下可绕转轴52前后转动,从而能够跟踪太阳照射角度的变化。电动机31可以采用步进电动机或者伺服电动机。转轴52和电动机31固定于支架51上,支架51的底部装有4个圆形的滚轮60,其中,发电机41的转子固定在其中一个滚轮60上。滚轮60被限制在直线导轨73的凹槽731内滚动。
      在本实施例中, 直线导轨73可以设置为固定式导轨, 其方向尽量与本地的常年主导风向相关,以便尽量利用风能。
      太阳能电池板21除了可将光能转换为电能外还可同时充当风能接收器,当风速达到一定值时比如大于4m/s时(该数值取决于设备的各种具体参数,目前普通风力发电机的启动风速一般为3m/s至4m/s,而本实施例的启动风速也可设置为3m/s至4m/s或者略高一点),太阳能电池板21可将空气的部分动能转化为电池板的动能并带动发电机旋转切割磁力线产生电能。具体风力发电过程如下:太阳能电池板21闭合垂直于地面,空气以一定的速度撞击太阳能电池板21并促使其沿直线导轨73向后运动并带动4个滚轮60滚动。直线导轨73上与滚轮接触的地方具有U型槽731以防止滚轮脱轨。由于发电机41的转子固定在其中一个滚轮60上,当所述滚轮60在直线导轨73上滚动时会带动发电机41的转子滚动从而旋转切割磁力线,当把外电路连接起来时就会有电流产生。  
      直线导轨73的两端装有第一限制边71和第二限制边72。并在第一弹回装置81和第二弹回装置82分别设置了第一弹回装置81和第二弹回装置82。其中,第一弹回装置81和第二弹回装置82可以采用氮气弹簧或者是压缩弹簧以及其它形式的弹性元件。当太阳能电池板21及其面板支撑装置导轨73的末端时,如到达第一限制边71时,会碰到第一弹回装置81,并将其部分动能转化为第一弹回装置81的弹性势能并促使太阳能电池板21及所在的面板支撑装置停止运动。
      此时太阳能电池板21在电动机31的带动下旋转90度与地面平行从而将其受风面积大幅度减小。由于第一弹回装置81所受到的压力大幅度减小,第一弹回装置81的弹性势能将转换为太阳能电池板21及面板支撑装置的动能,使其弹离第一限制边71复位到初始位置。在复位过程中太阳能电池板21一直保持与地面平行的状态且发电机41外电路断开以避免产生大的复位阻力。当太阳能电池板21及面板支撑装置运动到第二限制边72时会碰到第二弹回装置82并逐步停止运动。此时太阳能电池板21在电动机31的带动下转动到如垂直于地面或其他尽可能多的迎风面积,以重新接受风能向后运动带动发电机41发电。
      除了用弹回装置外,还可以在滚轮60上安装电动机32来驱动其复位。电动机32及电动机31可以由控制单元在分别采集了系统的运动信息的基础上,进行控制。同时,由于复位的时候阻力很小,所耗费的能量也很小,因此系统在整体上是有发电效率的。
      控制单元一种实施例包括:用于获得所述支架分别靠近所述第一限制边及第二限制边状态的位置传感器单元,以及,根据所述位置传感器输入的信号来驱动所述电动机转动的电机驱动单元。此外,整个发电场还可以设立一个中央统一控制系统以用来统一收集整个发电场的相关实时数据及信号并将相关信号传输给控制单元以方便其控制电动机32及电动机31的运动。
      另外一个不同的进行复位方式的实施例是,直线导轨73还可设置为前低后高的形式或者前后高低可根据需要调节的形式,如在直线导轨73的某一端的底部安装一套液压系统通过调节液压缸来调节直线导轨73前后端的相对高度。则可以直接由重力及弹性体提供其往复运动的复位所需要的能量。
      利用上述发电系统的实施例,我们就能在白天阳光照射强烈且风速较小时利用太阳能电池板上的太阳能电池进行太阳能光伏发电,在夜晚和阴雨天风速达到一定值 (如3m/s或者4m/s或略高) 时利用风能来发电,当风速较大且阳光照射较强时则可同时进行太阳能光伏发电和风力发电,从而在技术上实现了太阳能光伏发电与风力发电功能的一体化。
      由于太阳能电池板21在电动机31的带动下可绕转轴52前后转动,因此太阳能电池板21可随时跟踪太阳照射角度的变化且底下植物可间歇性受到阳光的照射,相对于固定式太阳能电池板,本实施例中的太阳能电池板21能长期处于一种高效使用状态从而大幅度提高其寿命期限内的发电量。即使相对于普通可转动式太阳能电池板,如果是在非沙漠或者非荒漠地区应用,本实施例中的太阳能电池板21也能有更多的时间处于高效使用状态。这是因为在非沙漠或者非荒漠地区,对于普通可转动式太阳能电池板我们不能让其实际有效利用面积比例一直保持在高效率利用状态比如95%以上,否则下面会有相当部分地方照射不到阳光导致植物无法生存。因此只有让它在白天的某一两个小时使其实际有效利用面积比例由95%以上变为0%(电池板旋转成与阳光平行的角度),这显然会降低其效率。当然由于电池板的旋转也要花费能量因此为了节省能量,本实施例中的太阳能电池板21并不是每分每秒都在转动而是由控制系统比如单片机控制固定一小段时间转动一次(跟发电系统的各种参数及所在地区的太阳能资源有关,至于所在地区的太阳能资源及每天的太阳照射角度变化等相关资料可从当地的气象部门取得或者事先测量)。这样需要控制系统进一步采集太阳位置的信息。
      如图2所示,本实施例的发电系统可以看成由两个图1所示的实施例合并而成。太阳能电池板21和太阳能电池板22呈一前一后放置,可先后接收风能带动发电机发电:当太阳能电池板22接收风能向后运动并带动发电机发电时,太阳能电池板21在外力或者重力分力的作用下复位;当太阳能电池板22运动到导轨终点时,此时换成太阳能电池板21接收风能并带动发电机发电,太阳能电池板22则在外力或者重力的作用下复位。
      另外,在地价较为便宜的地区,我们还可以把太阳能电池板22替换为非常廉价的光学平面镜甚至是抛光的金属片,通过镜面反射把太阳能反射到太阳能电池板21上进行太阳能发电。因为,光学平面镜和抛光的金属片比昂贵的太阳能电池要便宜得多这样能大幅度降低太阳能的发电成本。虽然这样太阳能的利用效率也因此降低了不少,但在风能丰富的地区尤其是我国的沿海地区其损失部分完全可以由风能发电所增加的部分来进行弥补。
      同时,太阳能电池板22除了可用光学平面镜代替外,还可用凸透镜或者凹透镜代替(当然不一定是代替太阳能电池板22,代替太阳能电池板21也可以,即该系统由一件太阳能电池板和一件透镜组成)。当受到阳光照射时透镜通过位置的调整可将相当部分阳光聚集到太阳能电池板上。用凹透镜虽然会导致设备的整体光能—电能转换效率变得更差但其可以更好地照顾到底下植物的生长。
      如图3所示,与图2所示的实施例的有局部的改动,       其主要区别是:其直线导轨73的底部装有旋转装置74。
      所述旋转装置74内部装有电动机及齿轮箱,用于带动下导轨73可360度水平旋转,以更高效率地利用风能来发电。该旋转装置74 包括旋转部分741和固定部分742。该741旋转部分与导轨73固定在一起,当其转动时会带动导轨73一起转动,固定部分742固定于地面上。为了增加导轨73的强度,导轨73还新增了加强筋732。加强筋732的形状可以是十字交叉型或者网络状以及其他形式。当导轨73的长度较长时,其两端底部还可装有数个支撑柱,该支撑柱要旋转时可收起,不旋转时可向下运动抵住地面以平衡设备的重力,当然也可用液压系统或者电动机来实现该功能。
      如图4所示的发电装置的实施例,包括:太阳能电池板21、发电机41、电动机31、支架51、转轴52、齿条53、微型的滚轮60、直线导轨73、第二弹回装置82、第三弹回装置83,还有设置在弹回装置82、83另一端的第一弹回装置81,但其被太阳能电池板21所遮挡,没有图示出来。
      太阳能电池板21中心处装有转轴52,两者的连接方式可为过盈配合、焊接、铆接或者为部分截面均为长方形的轴心和套筒套合在一起,此外还可将两者一体成型。转轴52的一端直接固定于电动机31的转子上可随着电动机31转子的旋转而旋转,转轴52的另一端的截面为圆形截面可在支架51的圆形孔内自由旋转,当然两者之间最好是通过滚珠轴承的方式接合在一起。太阳能电池板21在电动机31的带动下可绕转轴52前后转动以跟踪太阳照射角度的变化。电动机31为步进电动机或者伺服电动机。转轴52和电动机31固定于支架51上,支架51的底部装有4个微型圆形滚轮60,且每个滚轮均可绕自身的轴心自由旋转。直线导轨73的侧面开有正方形槽,滚轮60可在直线导轨73的正方形槽内自由滚动。正方形槽的作用为防止太阳能电池板21所在的运动组件出现脱轨、倾斜等异常运动状况。导轨73的两端还装有弹回装置81、82、83,其中,第一弹回装置81的主要作用是起缓冲作用,第二弹回装置82和第三弹回装置83除了起缓冲作用外还与重力(导轨倾斜放置)共同提供太阳能电池板21复位所需要的能量。齿条53为直齿条,固定连接于支架51上,发电机41上411部分为圆柱齿轮,其模数与齿条53的模数一样。当太阳能电池板21接收风能向后运动时会带动齿条53运动并通过齿轮传动机构带动发电机41转子运动从而切割磁力线产生电能。当齿条53复位时发电机外电路断开以减小复位时的系统阻力,当然还可以在发电机41的内部增加一个内棘轮机构从而起到仅仅单向传递扭力的作用。
      如图5所示的发电装置的实施例,与图4所示的实施例结构方案的区别是:该实施例用卷簧54代替了齿条53。当太阳能电池板21接收风能向后运动时,卷簧54会拉动其所在的发电机41的转子并促使其旋转,当电池板21所在的运动组件向前复位时,卷簧54能提供相当部分的复位能量,因此有利于提高设备整体的风能利用效率,减小额外的能量损耗。
      在上述多种实施例中,我们还可以将太阳能电池板的往复运动装置设置为,其往复驱动装置利用磁铁同极相斥的原理作成磁悬浮结构,使其与运动导轨间基本没有物理接触,以避免摩擦损失大量的能量。此外还可以借鉴图2的实施例,对图1的实施例中太阳能电池板做成两件呈一前一后放置,可先后接收风能带动发电机发电的形式。另外,对于韧性较好的太阳能电池板如薄膜太阳能电池板,还可在导轨的前后两端各加一挡块,当电池板碰到挡块时会翻转90度(即电池板由与地面平行变为与地面垂直或由与地面垂直变为与地面平行)或者虽无法直接翻转90度但也可以提供翻转所需的部分能量从而进一步提高能量利用效率。此外,所述太阳能电池板还可由多个更小的太阳能电池板组成,每个更小的太阳能电池板都可单独绕平行于地面的轴心前后转动以使结构更为紧凑。
      以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。


专利说明书附图 



专利说明书附图图 1

专利说明书附图
图2


 专利说明书附图

图 3

专利说明书附图

图4

专利说明书附图

图5