專利名稱：反射聚光單元、太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域和風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
面向21世紀(jì)，人類文明將永無止境地繼續(xù)向前發(fā)展，在文明發(fā)展的過程中，能源科學(xué)和技術(shù)是保障文明發(fā)展的重要的科學(xué)技術(shù)之一。太陽能和風(fēng)能將是我們所需要的對地球環(huán)境無害且取之不盡用之不竭的綠色能源。盡管近年來太陽能和風(fēng)能發(fā)電都得到了很大的發(fā)展，但兩邊都是各自為營。普通的聚光型太陽能光伏發(fā)電裝置在有風(fēng)的情況下整個裝置運行的穩(wěn)定性和精確性都會下降，當(dāng)風(fēng)力實在太大時，有些廠家的產(chǎn)品甚至將聚光器放平，放棄發(fā)電。而這樣就造成了發(fā)電的不連續(xù)性，尤其是在夜晚和陰雨天氣。另一方面，普通的風(fēng)能發(fā)電裝置，雖然在大大多數(shù)情況下能夠連續(xù)發(fā)電，但在微風(fēng)的時候也不容易發(fā)出電來，特別是對大功率的風(fēng)能發(fā)動機(jī)，啟動風(fēng)力需要足夠大。而且在裝了這些大功率風(fēng)能發(fā)電機(jī)的地方，太陽能發(fā)電裝置往往不方便同時安裝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種反射聚光單元，該裝置能同時利用太陽能和風(fēng)能， 其運行穩(wěn)定性和發(fā)電效率較高。本發(fā)明的目的之二是提供一種太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元，該單元能同時利用太陽能和風(fēng)能，其運行穩(wěn)定性和發(fā)電效率較高。本發(fā)明的目的之三是提供一種太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能同時利用太陽能和風(fēng)能，其運行穩(wěn)定性和發(fā)電效率較高。為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案反射聚光單元，其具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，其不同之處在于所述反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞。按以上方案，所述風(fēng)能發(fā)電單元為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。按以上方案，所述風(fēng)能電機(jī)轉(zhuǎn)子在反射面上的垂直投影部位為實體反射部，實體反射部的表面設(shè)置有反射材料，圍繞實體反射部周向分布有與風(fēng)能電機(jī)扇頁對應(yīng)的孔洞或狹縫結(jié)構(gòu)。按以上方案，所述反射面上還設(shè)置有用于引導(dǎo)風(fēng)進(jìn)入風(fēng)洞的薄壁矮墻，所述薄壁矮墻平行于反射面法向。按以上方案，所述反射面上的風(fēng)洞總面積占整個反射面總面積的 20%。太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元，包括反射聚光單元、光伏發(fā)電單元，所述反射聚光單元具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，其不同之處在于還包括風(fēng)能發(fā)電單元，所述反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞，所述每個風(fēng)洞的背側(cè)出風(fēng)口處均安裝有風(fēng)能發(fā)電單元。
按以上方案，所述風(fēng)能電機(jī)軸向與反射聚光單元反射面的法向線平行。按以上方案，所述反射面上的風(fēng)洞總面積占整個反射面總面積的 20%。太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)，其不同之處在于其包括太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元、自動跟蹤系統(tǒng)，太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元包括反射聚光單元、光伏發(fā)電單元、風(fēng)能發(fā)電單元， 其中光伏發(fā)電單元、風(fēng)能發(fā)電單元并聯(lián)發(fā)電，自動跟蹤系統(tǒng)包括跟蹤控制系統(tǒng)、切換控制系統(tǒng)、追日傳感系統(tǒng)和風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)控系統(tǒng)。按以上方案，當(dāng)系統(tǒng)處于追日模式時，切換控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)控系統(tǒng)提供的風(fēng)力大小數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)切換到追風(fēng)模式后產(chǎn)生的風(fēng)能發(fā)電量，并將之與當(dāng)時系統(tǒng)實際所產(chǎn)生的光伏發(fā)電量和風(fēng)能發(fā)電量的總和相比較，確定是否切換到追風(fēng)模式；當(dāng)系統(tǒng)處于追風(fēng)模式時，切換控制系統(tǒng)根據(jù)追日傳感系統(tǒng)提供的太陽方位及強(qiáng)弱數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)切換到追日模式后產(chǎn)生的光伏發(fā)電量與風(fēng)能發(fā)電量的總和，并將之與當(dāng)時系統(tǒng)實際所產(chǎn)生的風(fēng)能發(fā)電量相比較，確定是否切換到追日模式。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果本發(fā)明專利的目的在于提高單位發(fā)電裝置對可再生能源的利用效率。通過反射聚光單元將太陽光匯聚至光伏發(fā)電單元后進(jìn)行光伏發(fā)電，或者將匯聚光分光后再送至光伏發(fā)電單元進(jìn)行光伏發(fā)電。另外，本發(fā)明同時還可以將風(fēng)能引導(dǎo)給風(fēng)能發(fā)電單元(例如分布式風(fēng)能電機(jī))進(jìn)行風(fēng)能發(fā)電，從而提高整個裝置的平均有效發(fā)電時間。本發(fā)明的特點在于將太陽能光伏發(fā)電裝置和風(fēng)能發(fā)電裝置巧妙結(jié)合，既增強(qiáng)了反射聚光單元的運行穩(wěn)定性，又利用了設(shè)置在反射聚光單元上的風(fēng)洞進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。在風(fēng)力較大的時候，風(fēng)洞可以有效減輕對反射聚光單元機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，減小整個系統(tǒng)的重量，從而降低與自動追蹤裝置配套的電機(jī)尺寸。這樣既減小了系統(tǒng)造價，同時改善了系統(tǒng)對安裝環(huán)境的適應(yīng)性。另一方面因為反射聚光單元上無風(fēng)洞區(qū)域的風(fēng)阻作用、薄壁矮墻的導(dǎo)風(fēng)作用，風(fēng)力被有效會聚，只需要較小的扇葉就可以有效捕獲風(fēng)能，即便是風(fēng)很小的時候， 風(fēng)洞處也可以有風(fēng)電產(chǎn)生。因此該發(fā)明在很大程度上克服了光伏和風(fēng)機(jī)發(fā)電間歇性的缺點。因為本發(fā)明中的太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元、風(fēng)能發(fā)電單元可以共享同一套輸變電系統(tǒng) (逆變器等)或者蓄能電池，在有效延長了平均發(fā)電時間的同時，還使得本發(fā)明的單位發(fā)電成本得到有效下降。本發(fā)明取兩者之長，基本可以克服上述問題，并且利用反射聚光單元的風(fēng)洞對風(fēng)力的有效匯聚效應(yīng)使得小功率、分布式風(fēng)能發(fā)電機(jī)發(fā)電更高效。
圖1為本發(fā)明實施例太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例反射聚光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例風(fēng)能電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例處于安裝狀態(tài)的太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元追日狀態(tài)示意圖；圖6為本發(fā)明實施例處于安裝狀態(tài)的太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元追風(fēng)狀態(tài)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖3所示，本發(fā)明實施例反射聚光單元1，其具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元3相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞7。具體的，反射聚光單元為整體型或拼接式聚光鏡，風(fēng)洞7為分布在整體型或拼接式聚光鏡上的空洞或狹縫。具體的，空洞或狹縫由拼接式聚光鏡的子單元在控制下經(jīng)過簡單機(jī)械運動后形成。具體的，風(fēng)能發(fā)電單元3為風(fēng)能電機(jī)；風(fēng)能電機(jī)的轉(zhuǎn)子在反射面上的垂直投影部位為實體反射部10，實體反射部10的表面設(shè)置有反射材料，圍繞實體反射部10周向分布有與風(fēng)能電機(jī)扇頁對應(yīng)的孔洞或狹縫結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，反射面上還設(shè)置有用于引導(dǎo)風(fēng)進(jìn)入風(fēng)洞的薄壁矮墻8，所述薄壁矮墻8平行于反射面法向。優(yōu)選的，所述反射面上的風(fēng)洞總面積占整個反射面總面積的 20%。如圖2、圖4所示，太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元，包括反射聚光單元1、光伏發(fā)電單元 2、風(fēng)能發(fā)電單元3，反射聚光單元1具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元3相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞7，所述每個風(fēng)洞7的背側(cè)出風(fēng)口處均安裝有風(fēng)能發(fā)電單元3。具體的，風(fēng)能發(fā)電單元3可選擇風(fēng)能電機(jī)；為了進(jìn)一步加強(qiáng)反射面的聚光效果，風(fēng)能電機(jī)的轉(zhuǎn)子在反射面上的垂直投影部位為實體反射部10，實體反射部10的表面設(shè)置有反射材料，圍繞實體反射部10周向分布有與風(fēng)能電機(jī)扇頁對應(yīng)的孔洞或狹縫結(jié)構(gòu)。具體的，所述風(fēng)能電機(jī)軸向與反射聚光單元1的反射面的法向線平行。具體的，所述反射聚光單元1為整體型或拼接式聚光鏡，風(fēng)洞7為分布在整體型或拼接式聚光鏡上的空洞或狹縫。優(yōu)選的，空洞或狹縫可由拼接式聚光鏡的子單元在控制下經(jīng)過簡單機(jī)械運動后形成。優(yōu)選的，所述反射聚光單元反射面上還設(shè)置有用于引導(dǎo)風(fēng)進(jìn)入風(fēng)洞的薄壁矮墻， 所述薄壁矮墻平行于反射面法向。優(yōu)選的，所述反射面上的風(fēng)洞總面積占整個反射面總面積的 20%。如圖1、圖5、圖6所示，太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)，其包括太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元、自動跟蹤系統(tǒng)4，太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元包括反射聚光單元1、光伏發(fā)電單元2、風(fēng)能發(fā)電單元3，其中光伏發(fā)電單元2、風(fēng)能發(fā)電單元3并聯(lián)發(fā)電，自動跟蹤系統(tǒng)包括跟蹤控制系統(tǒng)9、切換控制系統(tǒng)4、追日傳感系統(tǒng)5和風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)控系統(tǒng)6。具體的，當(dāng)太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)處于追日模式時，切換控制系統(tǒng)4根據(jù)風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)控系統(tǒng)6提供的風(fēng)力大小數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)切換到追風(fēng)模式后產(chǎn)生的風(fēng)能發(fā)電量，并將之與當(dāng)時系統(tǒng)實際所產(chǎn)生的光伏發(fā)電量和風(fēng)能發(fā)電量的總和相比較，確定是否切換到追風(fēng)模式。具體的，當(dāng)太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)處于追風(fēng)模式時，切換控制系統(tǒng)4根據(jù)追日傳感系統(tǒng)提供的太陽方位及強(qiáng)弱數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)切換到追日模式后產(chǎn)生的光伏發(fā)電量與風(fēng)能發(fā)電量的總和，并將之與當(dāng)時系統(tǒng)實際所產(chǎn)生的風(fēng)能發(fā)電量相比較，確定是否切換到追日模式。
具體的，所述切換控制系統(tǒng)4完成切換后，提供精確的風(fēng)向坐標(biāo)數(shù)據(jù)或太陽方位數(shù)據(jù)給跟蹤控制系統(tǒng)9，從而實現(xiàn)自動跟蹤。太陽能經(jīng)反射聚光單元1匯聚后進(jìn)到光伏發(fā)電單元2，進(jìn)行光伏發(fā)電，這里可以是直接光伏發(fā)電也可以是分光后再光伏發(fā)電。風(fēng)能經(jīng)聚光單元的風(fēng)洞效應(yīng)和薄壁矮墻導(dǎo)弓I到達(dá)各分布式風(fēng)能電機(jī)，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。太陽能電池片和風(fēng)能電機(jī)各自經(jīng)串并聯(lián)后以相同的參數(shù)并聯(lián)輸出給外電路。整個裝置在自動跟蹤系統(tǒng)控制下確保最大發(fā)電量。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.反射聚光單元，其具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，其特征在于所述反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞。
2.如權(quán)利要求1所述的反射聚光單元，其特征在于所述風(fēng)能發(fā)電單元為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的反射聚光單元，其特征在于所述風(fēng)能電機(jī)轉(zhuǎn)子在反射面上的垂直投影部位為實體反射部，實體反射部的表面設(shè)置有反射材料，圍繞實體反射部周向分布有與風(fēng)能電機(jī)扇頁對應(yīng)的孔洞或狹縫結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的反射聚光單元，其特征在于所述反射面上還設(shè)置有用于引導(dǎo)風(fēng)進(jìn)入風(fēng)洞的薄壁矮墻，所述薄壁矮墻平行于反射面法向。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的反射聚光單元，其特征在于所述反射面上的風(fēng)洞總面積占整個反射面總面積的1^-20 ^
6.太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元，包括反射聚光單元、光伏發(fā)電單元，所述反射聚光單元具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，其特征在于還包括風(fēng)能發(fā)電單元，所述反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞，所述每個風(fēng)洞的背側(cè)出風(fēng)口處均安裝有風(fēng)能發(fā)電單元。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元，其特征在于所述風(fēng)能電機(jī)軸向與反射聚光單元反射面的法向線平行。
8.如權(quán)利要求6或7所述的太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元，其特征在于所述反射面上的風(fēng)洞總面積占整個反射面總面積的1^-20 ^
9.太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于其包括太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元、自動跟蹤系統(tǒng)，太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元包括反射聚光單元、光伏發(fā)電單元、風(fēng)能發(fā)電單元，其中光伏發(fā)電單元、風(fēng)能發(fā)電單元并聯(lián)發(fā)電，自動跟蹤系統(tǒng)包括跟蹤控制系統(tǒng)、切換控制系統(tǒng)、 追日傳感系統(tǒng)和風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)控系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能風(fēng)能一體發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)系統(tǒng)處于追日模式時，切換控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力風(fēng)向監(jiān)控系統(tǒng)提供的風(fēng)力大小數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)切換到追風(fēng)模式后產(chǎn)生的風(fēng)能發(fā)電量，并將之與當(dāng)時系統(tǒng)實際所產(chǎn)生的光伏發(fā)電量和風(fēng)能發(fā)電量的總和相比較，確定是否切換到追風(fēng)模式；當(dāng)系統(tǒng)處于追風(fēng)模式時，切換控制系統(tǒng)根據(jù)追日傳感系統(tǒng)提供的太陽方位及強(qiáng)弱數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)切換到追日模式后產(chǎn)生的光伏發(fā)電量與風(fēng)能發(fā)電量的總和，并將之與當(dāng)時系統(tǒng)實際所產(chǎn)生的風(fēng)能發(fā)電量相比較，確定是否切換到追日模式。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域和風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域，尤其是反射聚光單元、太陽能風(fēng)能一體發(fā)電單元及其系統(tǒng)，反射聚光單元具有拋物線型的碟狀或槽狀反射面，其不同之處在于所述反射面上開有與風(fēng)能發(fā)電單元相配置并且圍繞反射面圓心陣列分布的風(fēng)洞。本發(fā)明的目的在于提高單位發(fā)電裝置對可再生能源的利用效率，通過反射聚光單元將太陽光匯聚至光伏發(fā)電單元后進(jìn)行光伏發(fā)電，或者將匯聚光分光后再送至光伏發(fā)電單元進(jìn)行光伏發(fā)電。另外，本發(fā)明同時還可以將風(fēng)能引導(dǎo)給風(fēng)能發(fā)電單元(例如分布式風(fēng)能電機(jī))進(jìn)行風(fēng)能發(fā)電，從而提高整個裝置的平均有效發(fā)電時間。
文檔編號G02B5/10GK102226845SQ201110141960
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者劉守華, 章佳鋒 申請人:武漢凹偉能源科技有限公司