專利名稱：風光互補設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，尤其涉及利用太陽能和風能發(fā)電。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的很多能量轉(zhuǎn)換器均聲稱可利用光電技術(shù)將太陽能增加的熱能轉(zhuǎn)化為電能，一般稱作“太陽能電池板”。雖然該領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當大的進步，但發(fā)電效率仍很低、前期成本較大、初期投資成本回收期較長。另外，可對風能進行捕獲并將其轉(zhuǎn)換為可利用的輸出，例如在帆船和風車上。目前，對風和風能的關(guān)注已成為產(chǎn)生可再生生態(tài)友好型電能的綠色能源運動的代名詞。由于特定地點可利用太陽能和風能的不可預測性，現(xiàn)場詳細說明對于實現(xiàn)太陽能和風能技術(shù)的最大化輸出很重要。很多情況下，采用這些技術(shù)的設備位于離終端用戶很遠的偏遠地區(qū)；需要使用新型基礎設施為使用該設施的地點供電。專利號為7，638，891的美國專利(2009年12月29日授權(quán)給Fein等人)公開了一種可向家庭、企業(yè)和/或公共電網(wǎng)供能并利用該能源的聚能板的方法和系統(tǒng)。但聚能板只能容納很小的太陽能或風能收集裝置(微米到納米的范圍)或其組合形式。專利號為7，045,702的美國專利(2006年5月6日授權(quán)給Kashyap)公開了一種太陽能電池板風車，風車具有流線型風機葉片和太陽能電池板。該風車利用風能和太陽能產(chǎn)生電能。專利申請?zhí)?009/0244890A1的美國專利(Pelken等人；2009年10月I日發(fā)布)公開了一種風力發(fā)電設備，其中，潤輪發(fā)電機具有一個或多個產(chǎn)生能量的風力發(fā)電機和一系列位于各渦輪機上面和下面以向內(nèi)聚集和匯聚風能的流線型設計的板。太陽能電池板可與渦輪機發(fā)電機一起提供以提供更多的能源。專利申請?zhí)枮?008/0047270A1的美國專利(Gilbert ;2008年2月28日發(fā)布)公開了一種結(jié)合風力發(fā)電機和太陽能收集器的太陽能風車。太陽能電池板安裝在風力發(fā)電機的表面上，以使風力發(fā)電機和太陽能電池板共同產(chǎn)生的能量作為輸出提供。專利號為10212354A1的德國專利(2003年10月2日發(fā)布)公開了一種太陽能-風力組合式發(fā)電機，其中，該發(fā)電機具有至少將部分風能轉(zhuǎn)換為電能的風力螺旋槳和安裝在轉(zhuǎn)子葉片表面上的太陽能電池。專利申請?zhí)枮?006105107 (A)的日本專利(Yamazaki ;2006年4月20日發(fā)布)公開了一種光電/風力發(fā)電設備，其中，發(fā)電機具有一個垂直軸風車，風車的每個葉片由形狀為透明板的光電電池板構(gòu)成，光電電池位于電池板內(nèi)部。專利申請?zhí)枮?005083327 (A)的日本專利(Kurokawa等人；2005年3月31日公開)公開了一種發(fā)電設備，其中，該設備結(jié)合了保持高水平的太陽能電池發(fā)電效率的光伏發(fā)電和利用太陽光能或類似物產(chǎn)生的空氣流能量的風力發(fā)電。專利號為4，553，037的美國專利(1985年11月12日授權(quán)給Veazey)公開了一種采用多種達里厄設計的垂直軸風力發(fā)電機，其中，結(jié)合了可圈起或永久固定的太陽能電池，太陽能電池與結(jié)合體結(jié)合或單獨使用向電池組或其它儲存裝置提供電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種互補系統(tǒng)，另外，設備表面在不借助機械或電驅(qū)動的情況下可一直暴露于陽光中，提高了光伏效率。通過離心脫落方法降低了因光伏電池板上積聚雨水、冰和雪引起的能量損失。更進一步地，通過將作用于電池板上的動能轉(zhuǎn)化為利用內(nèi)部渦輪機產(chǎn)生額外電能的旋轉(zhuǎn)運動，大大減少或完全消除了對傳統(tǒng)光伏電池板的損壞。由于不需要使用昂貴的裝配式支架系統(tǒng)和太陽定向器自動跟蹤系統(tǒng)，因此也降低了成本。本發(fā)明一般涉及一種輸出可用能源、對環(huán)境影響最小的替代能源設備，尤其是提供一種旋轉(zhuǎn)替代能源設備，可對其尺寸進行調(diào)整以適應尺寸、空間和功能的規(guī)格。設備整合了太陽能電池板和風力發(fā)電機技術(shù)，這種獨特的設計使其效率超過現(xiàn)有發(fā)電設備的效率。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種風光互補設備，包括:a)捕風組件，包括:i)一個或多個捕風翼板，均勻分布其中心軸圓周上 '及ii)太陽能捕獲裝置，設在捕風組件外表面上；以及c)渦輪機組件，包括錨固基座、發(fā)電機和輸出軸；捕風組件可旋轉(zhuǎn)地安裝并連接在輸出軸上；風光互補設備可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能，其中:一個或多個捕風翼板與風之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動；捕風組件的外表面整個白天一直暴露于陽光中 。上述捕風組件可具有:a)橫截中心軸的橫截面；b)沿中心軸的第一末端 '及c)沿中心軸的第二末端；設計成橫截面自第一末端至第二末端而逐漸縮小。另外，捕風組件為圓錐形、金字塔形或拋物喇叭形；捕風翼板的數(shù)量可為三個或四個。更進一步地，捕風翼板可為扁平面板、拋物弧線、圓弧或雙圓弧。若只有一個捕風翼板，則捕風翼板為螺旋形。上述太陽能捕獲裝置可從太陽能電池板、光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或它們的任一組合。或者，太陽能捕獲裝置也可為柔性或剛性太陽能電池板。電能可儲存起來，輸入到電網(wǎng)上，然后送往一個或多個電器，或其任一組合使用。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種利用風光互補設備發(fā)電的方法，該方法包括:a)設置一個捕獲風能的捕風組件，其中，捕風組件包括均勻分布在其中心軸圓周上的一個或多個捕風翼板；及13)捕風組件可旋轉(zhuǎn)地連接在渦輪機組件上，其中，渦輪機組件包括錨固基座、發(fā)電機和垂直輸出軸組；c)太陽能捕獲裝置設置在捕風組件的表面上，捕風組件的外表面整個白天一直暴露于陽光中；d)通過錨固基座將捕風組件和渦輪機組件組合體固定到捕風組件表面上；e)風與一個或多個捕風翼板之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動 ,及 )設置一個可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能的電子線路。上述捕風組件可具有:a)橫截中心軸的橫截面；b)沿中心軸的第一末端 '及c)沿中心軸的第二末端；設計成橫截面自第一末端至第二末端而逐漸縮小。另外，捕風組件為圓錐形、金字塔形或拋物喇叭形；捕風翼板的數(shù)量可為三個或四個。更進一步地，捕風翼板可為扁平面板、拋物弧線、圓弧或雙圓弧。若只有一個捕風翼板，則捕風翼板為螺旋形。上述太陽能捕獲裝置可從太陽能電池板、光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或它們的任一組合?；蛘?，太陽能捕獲裝置也可為柔性或剛性太陽能電池板。電能可儲存起來，輸入到電網(wǎng)上，然后送往一個或多個電器，或其任一組合使用。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供了一種可再生能源設備，包括:a)捕風組件，包括均勻分布在其中心軸圓周上的一個或多個捕風翼板；及《渦輪機組件，包括錨固基座、發(fā)電機和輸出軸；捕風組件可旋轉(zhuǎn)地安裝并連接在輸出軸上；風光互補設備可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能，其中:一個或多個捕風翼板與風之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動；除上述特點外，風光互補設備比標準風能或太陽能系統(tǒng)更具優(yōu)點。傳統(tǒng)的風力發(fā)電機對高度有相當高的要求，成本高、不雅觀且檢修困難。然而，該風光互補設備直接安裝在錨固基座上，可固定到地平面或屋頂上、公路柵欄、高架標志、廣告牌上或其它任何需要便攜式電源的地點。傳統(tǒng)風力發(fā)電機會遭遇到其可靠性和成本受到維修要求、葉片斷裂、結(jié)冰、收攏和/或電氣部件腐蝕影響的這些條件。然而，該風光互補設備的電氣部件均設置在設備內(nèi)部，使設備遠離上述條件。更進一步地，發(fā)明不采用傳統(tǒng)風力發(fā)電機螺旋槳式風葉。傳統(tǒng)風力發(fā)電機通常需要一個塔架或支架系統(tǒng)以及下面的底座。因此，安裝完成后，設備移動或重新安置難度大而且成本較高。另一方面，該風光互補設備很容易移動，可從一個地點移動到另一個地點。另外，一些傳統(tǒng)的風力發(fā)電機需要使用偏航軸承。然而，該風光互補設備不需要指向風，也不需要使用偏航軸承。該風光互補設備能在任何時候從任一方向捕獲風能，無論是陣風、龍卷風還是旋風。傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)通常在固定位置處使用扁平太陽能電池板，所以只在陽光直射的有限幾個小時內(nèi)效率比較高(因為太陽只在從黎明到黃昏這段時間劃過天空)。然而，該風光互補設備塑造成可在全天任何時候均能收集照射在其表面上的直射陽光和漫射過來的陽光。該設備的幾何構(gòu)造為立體結(jié)構(gòu)，面向所有方向，因此可全天暴露于陽光中。另外，一天中無論太陽處在何種位置，設備旋轉(zhuǎn)使光伏表面可接收到太陽能。傳統(tǒng)曲面或拋物面形光伏系統(tǒng)需要花費額外的部件成本，以實現(xiàn)機械移動，可在全天內(nèi)跟蹤太陽，由此來提高效率。另一方面，該風光互補設備無需使用太陽跟蹤或驅(qū)動部件。現(xiàn)有太陽能裝置中，較大的光伏電池板易受到強風的損壞。這就需要構(gòu)造設計精巧、結(jié)構(gòu)堅固的裝配式支架。該風光互補設備捕獲可能損壞電池板的風力，接著在外表面繼續(xù)暴露于陽光中的同時產(chǎn)生電能。有雨水、雪或冰覆蓋時，大部分傳統(tǒng)光伏電池板會失去效率。然而，該風光互補設備的結(jié)構(gòu)設計，結(jié)合其轉(zhuǎn)動和伴隨產(chǎn)生的離心力，可甩落設備表面上的阻礙異物(如雨水、雪、冰等)。該風光互補設備可按比例進行放大或縮小，因此很容易重新安置在需要便攜式電源的區(qū)域。另外，提供的替代能源互補設備比現(xiàn)有風能或太陽能系統(tǒng)具有更顯著的優(yōu)勢，同時還涵蓋了風光發(fā)電技術(shù)的所有最佳特點。該風光互補設備可有多種潛在應用。小型設備可用在偏遠地點為基站增音站或微波發(fā)射塔持續(xù)供電，也可安裝在拖車上進行拖運，為災難地區(qū)提供應急電源，為部署部隊提供支持，或作為在拖往無傳統(tǒng)供電的偏遠地點或農(nóng)村屋舍途中可自充電的便攜式電源組。上述內(nèi)容概述了該風光互補設備的主要特點和對現(xiàn)有設備的一些可選方面和改進。以下通過對實施例進行說明以便進一步理解該設備。無論本說明書何處參考了值的范圍，除非另有規(guī)定，其子范圍均包含在該范圍內(nèi)。若一些特點被認為是一個或另一個變體的屬性，除非另有規(guī)定，則此類特點均適用于和此類特點相適合或相兼容的所有其它變體。


以下通過舉例和參考附圖對本發(fā)明的實施例進行進一步說明，其中:圖1所示的是本發(fā)明一個實施例的分解透視圖。圖2A-2C所示的是匹配圖1中實施例使用的不同形狀的外部捕風組件的示例。圖3所示的是第二個實施例的構(gòu)造模板。圖4A-4C所示的是圖3中實施例的捕風組件的構(gòu)造步驟。圖5所示的是圖4D中實施例的頂視平面圖。圖6A和6B所示的是第三個實施例的轉(zhuǎn)動過程。圖7所示的是風光互補設備的電路圖。
具體實施例方式圖1所示的是本發(fā)明風光互補設備(5)的一個實施例的分解圖。外部捕風組件
(10)由裝配式或成形的外部結(jié)構(gòu)構(gòu)成。外部捕風組件(10)的外表面上設有固定的太陽能光伏電池板、薄膜、或類似合適的導電外層用于手機太陽能。太陽能按要求通過捕獲電線網(wǎng)絡進行傳遞以便使用。渦輪機組件(15)包括錨固基座(20)，固定到不可移動表面上；輸出軸(25)，從錨固底座(20)上發(fā)出；渦輪機(35)，定位在輸出軸(25)的軸上。圖1所示的實施例中，輸出軸(25)安裝至少2套精密軸承。外部捕風組件(10)安裝到渦輪機組件(15)上后，風光互補設備(5)的裝配完成。外部捕風組件(10)中的軸承承窩(未示出)與渦輪機組件(15)輸出軸(25)上的軸承固定
在一起。另一替代實施例中，捕風組件可直接固定在輸出軸上，無需另外使用軸承、齒輪、滑輪或其它此類機械驅(qū)動系統(tǒng)將電能從渦輪機輸送至發(fā)電機。組件設備(5)通過錨固基座(20)固定到合適的表面上。所述表面包括，但不限于，地面、屋頂、或其它牢固錨定本發(fā)明并避免不必要的運動的地點。另外，進行了所有必要的電氣連接，以便將太陽能光伏電池板和渦輪機的輸出通過電刷、導線或其它適于將電流輸送至逆變器、整流器、控制面板、電池組或并網(wǎng)逆變器的此類方式。因此，設備可隨時產(chǎn)生電能。電能可輸送，例如，至儲能器(如電池組)，或直接供給電網(wǎng)，或轉(zhuǎn)移至浸沒式水加熱器。若無需電負載，產(chǎn)生的能量可消散到接地端。裝配完且錨固底座(20)固定后,夕卜部捕風組件(10)上的光伏電池板暴露于直射陽光中。然后這些太陽能電池板將太陽能傳遞通過該系統(tǒng)，按要求轉(zhuǎn)化成電能以供使用。風撞擊外部捕風組件(10)上的捕風袋或捕風翼板(40)時，捕風帶或捕風翼板(40)使捕風組件轉(zhuǎn)動。由于外部捕風組件(10)通過軸承承窩與渦輪機組件(15)相連，因此風的動能使捕風組件開始轉(zhuǎn)動時，渦輪組件也會轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動使渦輪機(35)開始發(fā)電，同時使外部捕風組件(10)的整個表面暴露于陽光中，進而提高光伏電池板的效率，渦輪機的輸出對這一過程進行進一步增強。圖2A-2C所示的是匹配圖1中實施例使用的不同形狀(70、75、80)的外部捕風組件的示例。這些示例僅為代表性示例，并不對風光互補設備(5)的范圍進行限制。圖2A所示的是圓錐形(70)外部捕風組件的平面圖；圖2B所示的是拋物喇叭形
(75)外部捕風組件的透視圖；及圖2C所示的是金字塔形(80)外部捕風組件的透視圖。捕風袋或翼板(40)的數(shù)量至少為一。捕風袋或翼板(40)的形狀能使捕風組件(10)轉(zhuǎn)動。捕風組件的設計應能確保輸出軸(25)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。因此，捕風組件(10)的形狀具有某種形式的圍繞輸出軸(25)的對稱軸。其它形狀的外部捕風組件可用于實現(xiàn)類似或可接受的結(jié)果，未示出的類似變體涵蓋在該設備范圍內(nèi)。必須至少有一個翼板與風相互作用以引發(fā)轉(zhuǎn)動和風力發(fā)電。對于單個翼板實施例，使用螺旋形圓錐形。該實施例要求單個翼板使用時應保持平穩(wěn)。由于設備轉(zhuǎn)動時必須保持平衡，任一數(shù)量的一般均勻成角度分布在錨固基座的周圍以確保設備運行的一致性和平衡性。雖然翼板有最小數(shù)量限制，但無最大數(shù)量限制。一個、三個或四個可使捕風和暴露于陽光中達到最優(yōu)組合。翼板無單一的最優(yōu)形狀，可采用各種不同的形式，從扁平、線形結(jié)構(gòu)或面板到拋物弧線、圓弧或雙圓弧。每種均考慮了截面形狀的各種參數(shù)，圍長、入口角、出口角或半徑。翼板的構(gòu)造、數(shù)量和形狀均可改變以適應期望的應用。基于多種因素的改變包括，但不限于，風速、天氣條件、地點、期望能量輸出和現(xiàn)場位置(對于永久固定的應用)。本發(fā)明的一個實施例中，風光互補設備的翼板可由固態(tài)光伏電池板制成。設備吸收太陽能的部分可包括暴露于直射陽光和漫射過來的陽光中的任一外表面。翼板設計是以優(yōu)化設備捕獲風能的能力為基礎的，太陽能捕獲襯底是外表面的基本組成部分或附在外表面的所有或任一部分上?；蛘?，風光互補設備的翼板也可由光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或任一組合制成，且貼附在設備任一或所有外表面上。設備的這一替代結(jié)構(gòu)可由各種塑料、熱塑性塑料、尼龍或有色金屬制成。具有捕獲太陽能(光子)的光伏和其它襯底可以各種形式貼附在設備任一或所有外表面。現(xiàn)有的光伏材料可使用夾子、膠水、鉚釘或該技術(shù)領(lǐng)域已知的其它緊固系統(tǒng)進行貼附。一些新型光伏材料的柔性足以以多種方式粘著在任何表面上，或噴撒在任何表面上，不論是平面還是曲面。四個翼板的捕風組件的構(gòu)造示例如圖3和4A-4D所示。圖3所示的是四個翼板的捕風組件的主體固定到基座上所需的部件的切割模板或樣板(88)。主體可為剛性光伏電池板，太陽能捕獲這一功能通過剛性光伏電池板成為本發(fā)明設計的必需部分，因此，無需要裝配單獨的“太陽能部分”。這一設計考慮到了原材料的充分利用，無論是剛性光伏太陽能電池板、塑料、熱塑性材料還是非金屬。一替代實施例中，光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或其任一組合可貼附在風光互補設備主體材料的任一或所有外表面上，其中，原材料的扁平狀態(tài)如圖3所示。采用夾子、膠水、粘合劑、熱、壓力、穿孔、層壓還是該技術(shù)領(lǐng)域已知的其它方式來固定是根據(jù)風光互補設備主體所使用的原材料的類型和每種應用中所選用的光伏形式來確定的。若設備結(jié)構(gòu)不是由固態(tài)太陽能電池板構(gòu)成，設備可替代結(jié)構(gòu)可由各種塑料、熱塑性塑料、尼龍或有色金屬制成。圖3中模板或樣板所描繪的單個部件的切割可采用該行業(yè)商業(yè)上可接受的在特定材料上進行該類作業(yè)的方法。 可通過鋸切、剪切、切割、激光切割、放電加工機切割、水射流切割、線槽切割、沖切或該技術(shù)領(lǐng)域已知的其它方法將金屬切割成特定要求的尺寸。可使用計算機數(shù)控刀具軌跡或現(xiàn)有技術(shù)已知的任何類似方法。可通過鋸切、切割、水射流切割、成形、模塑或該技術(shù)領(lǐng)域已知的其它方法將塑料制成特定要求的尺寸。剛性光伏太陽能電池板可按模板或樣本定制成特定要求的尺寸。柔性光伏太陽能電池板可通過切割、切片或成形以與模板或樣板相符合。圖4A-4C所示的是裝配前捕風主體基本部件的分解圖。圖A4所示的兩個三角形模板(90)是風光互補設備一個實施例的中心尾翼或翼板。它們可插入狹長槽輕易劃入彼此的相對位置，從上面觀察形成一個“X”形。中心尾翼固定在基座圓盤t旲板上(95 )，固定完成后，如圖4B所不。圖4C中，四個三角形模板(97)成約30°至約150°的角度固定在中心尾翼上，但最好與中心尾翼成約90°的角度以確保捕風效率最佳。一個較小的三角形支架(98)可用于將這四個模板的底部固定到基座圓盤模板上，從而形成四個明顯的腔用于封裝和捕獲風能，這是與其它動能驅(qū)動渦輪機的不同之處。全部裝配完成后，從上面觀察，捕風組件類似于一個紙風車，如圖5所示。捕風組件捕獲的能量(由風能和太陽能構(gòu)成)可輸送，例如，至儲能器(如電池組)，或直接供給電網(wǎng)，或轉(zhuǎn)移至浸沒式水加熱器。若無需電負載，產(chǎn)生的能量可消散到接地端。太陽能和風能可轉(zhuǎn)化成直流電(DC)以規(guī)定的電壓范圍儲存在電池組中，供以后的某一時間使用。太陽能和風能可轉(zhuǎn)化成交流電，直接并聯(lián)到電網(wǎng)上或經(jīng)過調(diào)節(jié)以供交流電器直接使用。太陽能通過光伏襯底收集，或其它某種可將陽光轉(zhuǎn)化成電能的材料。襯底附在或貼在風光互補設備的外表面上；直射陽光或漫射過來的陽光，(通常不限于陽光)撞擊襯底上的光子使電子流動。接著，形成的電流流過電路中銅或其它類型的導體，由電負載消耗或儲存在電池中。電路中會包括一系列的元件，包括充電控制器、逆變器、開關(guān)、電容器或其它無源或有源元件，來控制或調(diào)節(jié)電流以達到期望的輸出量。移動的氣團(風)或其它動力作用于捕風組件時捕獲風能，使捕風組件轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)，捕風組件轉(zhuǎn)動反過來驅(qū)動發(fā)電機。傳統(tǒng)的風車或風力發(fā)電機中，設備必須調(diào)節(jié)其位置使風葉的最大橫截面暴露于風中，因此設備為順風型或逆風型。很多設備中，證明這一點很麻煩，因為需要風機發(fā)電機進行自我調(diào)節(jié)以與風向一致的區(qū)域會限制其在很多應用中的使用。本發(fā)明的風光互補設備設計可接收并適應于任一方向的風。傳統(tǒng)風車或風力發(fā)電機中，經(jīng)過機翼(葉片)的風的動能產(chǎn)生動升力，升動力使風車或風機轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生電能。若對傳統(tǒng)三葉風力發(fā)電機掃風面積的橫截面積進行檢查，可以很明顯地看到，流過掃風面積的可利用的風，只有很少部分與風葉接觸。風葉面積與掃風面積之比小于3% ; S卩，流過風葉的可利用風能中，高達97%的風能未將其任何動能轉(zhuǎn)化為電倉泛。與傳統(tǒng)風力發(fā)電機設備不同的是，本風光互補設備通過將風能封裝在逆風側(cè)的“捕風袋”或“翼板”中并在“順風”側(cè)產(chǎn)生一個低壓區(qū)-類似于游艇搶風行駛-來捕獲風能、其所有勢能和動能。如圖6A和6B所示，分別示出了三個翼板風光互補設備在風動能的作用下轉(zhuǎn)動的分解圖和頂視平面圖。為說明起見，圖6A為設備順風向，圖6B為設備逆風向，左側(cè)捕風袋或翼板“捕獲”風時，設備順時針轉(zhuǎn)動。通過將風能封裝在左側(cè)尾翼腔內(nèi)，該設備比只能利用流過葉片的風的傳統(tǒng)風力發(fā)電機效率更高。該設計的一個效果是提供一種可捕獲并將更高百分率的可利用風動能轉(zhuǎn)化成可使用的電能的高效垂直風力發(fā)電機。該過程的結(jié)果是產(chǎn)生了一種繞中心軸或垂直軸轉(zhuǎn)動的設備，該設備通過機械方式直接或間接地連接到能將動能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機或機器上。捕風裝置起到原動機的作用驅(qū)動電機軸轉(zhuǎn)動，電機軸通常連接在鐵芯上有一套繞組的電樞上。通過電磁感應，轉(zhuǎn)軸使導體中產(chǎn)生一個電壓，形成電動勢(EMF)和電子流動。產(chǎn)生的電流通常為直流電或DC，進入電池儲存前，通過按要求對電流進行調(diào)節(jié)和控制的電路輸送。經(jīng)逆變器的信號調(diào)節(jié)(如圖7中的示例性電路圖所示)，AC輸出也直接或間接使用。該風光互補設備僅需要一個能源管理系統(tǒng)對風能和太陽能進行管理，如以下所述。圖7為風光互補設備和其它系統(tǒng)元件之間的基本電路的圖示。風光互補設備提供由風力發(fā)電和/或太陽能發(fā)電產(chǎn)生的直流電，且電流流過“充電控制器”或“能源管理系統(tǒng)(EMS)”?！癊MS”的作用是調(diào)節(jié)風光互補設備輸出進入電池系統(tǒng)的量，以確保不會因電池過充發(fā)生爆炸或其它危險。EMS確保電池達到峰值充電時電流轉(zhuǎn)移至IJ “人工”或“卸荷”負載中。峰值電量通常為高于電池組額定輸出約2V。圖7中電路圖所示的簡易“家庭”式系統(tǒng)包括一個備用或后備發(fā)電機，該發(fā)電機可在風光互補設備或EMS發(fā)生災難性故障時作為安全系統(tǒng)用于確保該家庭式系統(tǒng)仍能產(chǎn)生所需的電量。圖7中的電路圖是“固定、陸地”設備而非可移動或遠程發(fā)電系統(tǒng)的示例?？蔀橐苿影l(fā)電系統(tǒng)制作可替代電路布置圖。風光互補設備可以是固定式的，也可放置在車輛上，如卡車、火車或公共汽車上。固定式風光互補設備不具限制性的應用示例包括:安裝在燈柱上，利用設備產(chǎn)生的電能提供照明；安裝在屋頂上，為建筑物或居住者提供電能；安裝在基站塔或微波發(fā)射塔上，為手機的增音信號提供電能；或安裝在任何合適的風大、陽光充足的地點，使這些地方可使用本地的電能或?qū)㈦娔芄┙o電網(wǎng)。可移動風光互補設備不具限制性的應用示例包括:安裝在小型拖車上，拖運到需要電能的偏遠地點；或拖運到災難現(xiàn)場或為需要電能的部署部隊提供支持。另外，風光互補設備在運輸過程中仍能轉(zhuǎn)動發(fā)電，這樣可隨時使用電能。運輸過程中產(chǎn)生的電能可在達到現(xiàn)場時從充滿的電池中獲取?？梢苿泳G色能源可隨時用于凈化水、提供照明、電力通訊等。若風光互補設備安裝在某個固定地點，而且這個地點沒有風讓設備轉(zhuǎn)動將動能轉(zhuǎn)化為電能，因此無法利用風能發(fā)電。在這些不定期風力發(fā)電中斷情況下，該風光互補設備可利用各種類型的光伏電池板、導電外層、薄膜、電池或涂層捕獲的太陽能發(fā)電。在一天中不同時間，太陽能發(fā)電的量隨暴露于陽光中的太陽能電池面積的不同而不同。中午時分，風光互補設備的整個表面全暴露于直射陽光或漫射過來的可見光子中。太陽能的捕獲不是由風光互補設備的旋轉(zhuǎn)來決定。光伏電池板暴露于光(通常為陽光)中，太陽能因此而被捕獲，無論設備是否旋轉(zhuǎn)，總能利用光來產(chǎn)生電能。雖然以上對本發(fā)明的實施例進行了說明，但本發(fā)明并不限于此，并且，該發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員應清楚的是，很多改進只要不偏離本申請保護的本發(fā)明的范圍均可構(gòu)成該風光互補設備的一部分。結(jié)論上述內(nèi)容構(gòu)成對僅作為示例的特定實施例的說明。下面的權(quán)利要求書將對廣義上的本發(fā)明及其更具體方面進行說明和定義。
權(quán)利要求
1.一種風光互補設備,包括: a)捕風組件,包括: i)一個或多個捕風翼板，均勻分布其中心軸圓周上；及 ii)太陽能捕獲裝置，設在捕風組件外表面上； 及 b)渦輪機組件，包括錨固基座、發(fā)電機和輸出軸； 捕風組件可旋轉(zhuǎn)地安裝并連接在輸出軸上；風光互補設備可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能，其中: 一個或多個捕風翼板與風之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動；捕風組件的外表面整個白天一直暴露于陽光中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風光互補設備，其中，捕風組件具有: a)橫截中心軸的橫截面； b)沿中心軸的第一末端'及 c)沿中心軸的第二末端； 設計成橫截面自第一末端至第二末端而逐漸縮小。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1或2所述的風光互補設備，其中，太陽能捕獲裝置可從太陽能電池板、光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或它們的任一組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風光互補設備，其中，太陽能捕獲裝置為柔性或剛性太陽能電池板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的風光互補設備，其中，捕風組件為圓錐形、金字塔形或拋物喇叭形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的風光互補設備，其中，捕風翼板的數(shù)量是三個或四個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的風光互補設備，其中，捕風翼板為扁平面板、拋物弧線、圓弧或雙圓弧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的風光互補設備，其中，只有一個捕風翼板且捕風翼板為螺旋形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的風光捕獲設備，其中，電能被儲存起來，輸入到電網(wǎng)上，然后送往一個或多個電器，或其任一組合使用。
10.一種利用風光互補設備發(fā)電的方法，該方法包括: a)設置一個捕獲風能的捕風組件，其中，捕風組件包括均勻分布在其中心軸圓周上的一個或多個捕風翼板； b)捕風組件可旋轉(zhuǎn)地連接在渦輪機組件上，其中，渦輪機組件包括錨固基座、發(fā)電機和垂直輸出軸組； c)太陽能捕獲裝置設置在捕風組件的表面上，捕風組件的外表面整個白天一直暴露于陽光中； d)通過錨固基座將捕風組件和渦輪機組件組合體固定到捕風組件表面上； e)風與一個或多個捕風翼板之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動；及f)設置一個可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能的電子線路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，捕風組件具有: a)橫截中心軸的橫截面； b)沿中心軸的第一末端'及 c)沿中心軸的第二末端； 設計成橫截面自第一末端至第二末端而逐漸縮小。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，太陽能捕獲裝置可從太陽能電池板、光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或它們的任一組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，太陽能捕獲裝置為柔性或剛性太陽能電池板。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的方法，其中，捕風組件為圓錐形、金字塔形或拋物喇叭形。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項所述的方法，其中，捕風翼板的數(shù)量是三個或四個。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項所述的方法，其中，捕風翼板為扁平面板、拋物弧線、圓弧或雙圓弧。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項所述的方法，其中，電能被儲存起來，輸入到電網(wǎng)上，然后送往一個或多個電器，或其任一組合使用。
18.一種可再生能源設備，包括: a)捕風組件，包括一個或多個均勻分布在其中心軸圓周上的捕風翼板；及 b)渦輪機組件，包括錨固基座、發(fā)電機和輸出軸； 捕風組件可旋轉(zhuǎn)地安裝并連接在輸出軸上；風光互補設備可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能，其中:一個或多個捕風翼板與風之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可再生能源設備，其中，捕風組件具有: a)橫截中心軸的橫截面； b)沿中心軸的第一末端'及 c)沿中心軸的第二末端； 設計成橫截面自第一末端至第二末端而逐漸縮小。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的可再生能源設備，其中，捕風組件為圓錐形、金字塔形或拋物喇叭形。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項所述的可再生能源設備，其中，捕風翼板的數(shù)量是三個或四個。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的可再生能源設備，其中，捕風翼板為扁平面板、拋物弧線、圓弧或雙圓弧。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項所述的可再生能源設備，其中，太陽能捕獲組件進一步包括設在其表面上的太陽能捕獲裝置，捕風組件的外表面整個白天一直暴露于陽光中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可再生能源設備，其中，太陽能捕獲裝置可從太陽能電池板、光伏電池板、電池、圓盤、導電外層、薄膜、噴霧或它們的任一組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的可再生能源設備，其中，太陽能捕獲裝置為柔性或剛性太陽能電池板。
26.根據(jù)權(quán)利要求18至25中任一項所述的可再生能源設備，其中，電能被儲存起來，輸入到電網(wǎng)上，然后送往一個 或多個電器，或其任一組合使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風光互補設備，包括a)捕風組件，包括i)一個或多個捕風翼板，均勻分布其中心軸圓周上；及ii)太陽能捕獲裝置，設在捕風組件外表面上；以及c)渦輪機組件，包括錨固基座、發(fā)電機和輸出軸；捕風組件可旋轉(zhuǎn)地安裝并連接在輸出軸上；風光互補設備可將捕風組件利用的能量轉(zhuǎn)化成電能，其中一個或多個捕風翼板與風之間的相互作用使捕風組件和渦輪機組件繞中心軸轉(zhuǎn)動；捕風組件的外表面整個白天一直暴露于陽光中。
文檔編號F16M11/00GK103109084SQ201180022980
公開日2013年5月15日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者托馬斯·帕特里克·布萊森 申請人:托馬斯·帕特里克·布萊森