Гелиоветровая энергетическая установка

Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования ветровой и солнечной энергии в электрическую с целью обеспечения электроэнергией автономных потребителей различной мощности и назначения. Гелиоветровая энергетическая установка содержит первый электрогенератор, имеющий статор и ротор, ветродвигатель, лопасти которого связаны с ротором, и солнечную батарею. Статор установлен внутри полого ротора. Корпус установки выполнен в виде поворотного цилиндра, соединенного со стволом опоры через упорный подшипник. Перед входной частью корпуса установлен конфузор, а после выходной части - раструб. Внутри самого корпуса расположен диффузор, за которым установлено ветроколесо, связанное со вторым электрогенератором, при этом над выходной частью корпуса прикреплен флюгер, на котором установлен третий электрогенератор, соединенный с ветроколесом. Солнечная батарея установлена над третьим электрогенератором. Использование изобретения позволит обеспечить более полное использование энергии ветра, а также увеличение энергоемкости установки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области гелио- и ветроэнергетики и может быть использовано для преобразования ветровой и солнечной энергии в электрическую с целью обеспечения электроэнергией автономных потребителей различной мощности и назначения.

Известен ветроагрегат, содержащий наружный и внутренний конфузоры, сообщенную с ними выбросную трубу, а также воздушную турбину, установленную во внутреннем конфузоре и связанную с генератором (А.С. 1666801, кл. F03D 1/04, БИ №28, 1991 г., СССР).

Конструкция ветроагрегата не предусматривает преобразования энергии солнца в электрическую энергию.

Известна ветроэнергетическая установка с ускорением потока, содержащая ветронаправляющий канал, который имеет сужение между входной частью и выходной частью. Лопастный ротор расположен в центре сужения и связан с устройствами, преобразующими энергию ветра в другой вид энергии (патент 2256818, кл. F03D 1/04, БИ №20, 2005 г., РФ).

Конструкция ветроэнергетической установки не предусматривает преобразования энергии солнца в электрическую энергию и недостаточно использует энергию ветра.

Известен безредукторный ветроагрегат, содержащий ветродвигатель, снабженный лопастями, и электрогенератор, имеющий статор и полый ротор, связанный с лопастями, причем статор установлен внутри ротора (А.С. 1263904, кл. F03D 1/00, БИ №38, 1986 г., СССР).

Однако конструкция безредукторного ветроагрегата не предусматривает преобразования энергии солнца в электрическую и недостаточно использует энергию ветра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является гелиоветровая энергетическая установка. Гелиоветровая энергетическая установка содержит электрогенератор, имеющий статор и ротор, ветродвигатель, лопасти которого связаны с ротором, и солнечную батарею (патент 2187693, кл. F03D 9/00, 2002, RU).

Однако конструкция гелиоветровой энергетической установки прототипа недостаточно использует энергию ветра и имеет сложное устройство для ориентировки по ветру.

Для устранения перечисленных недостатков предлагается гелиоветровая энергетическая установка с поворотным цилиндрическим корпусом, выполненным в виде выбросной трубы. Корпус установки укреплен на стволе опоры через упорный подшипник. Перед входной частью корпуса установлен конфузор, а после выходной - раструб. Снаружи корпуса, за конфузором, установлен ветродвигатель, снабженный лопастями, которые связанны с ротором первого электрогенератора. Ротор установлен на корпусе при помощи подшипников, а статор установлен внутри ротора, выполненного полым и закрытым обтекателем, переходящим в конфузор. Внутри корпуса, во входной части, расположен диффузор, за которым установлено ветроколесо, связанное механически со вторым электрогенератором. Над выходной частью корпуса прикреплен флюгер, выполненный в виде вертикального киля. Сверху флюгера установлен третий электрогенератор, соединенный механически с ветроколесом. Над третьим электрогенератором установлена солнечная батарея. Солнечная батарея имеет коробчатое сечение, причем две боковые стороны и торцевая сторона соединены с верхней стороной под углом 30-45 градусов.

В предлагаемой гелиоветровой энергетической установке энергия ветра теперь преобразуется в электрическую не только безредукторным ветроагрегатом, но и ветроколесом, которое механически связано с электрогенератором, установленным сверху флюгера. Кроме этого, часть воздушного потока, сужаясь, проходит через конфузор и поступает внутрь корпуса, где дополнительно сужается в диффузоре, а затем плотным потоком воздействует на ветроколесо, которое механически связано со вторым электрогенератором.

Для автоматической ориентировки гелиоветровой энергетической установки навстречу воздушным потокам используют флюгер.

С целью эффективного использования как прямого, так и рассеянного солнечного излучения к третьему электрогенератору, установленному на флюгере, прикрепляют солнечные батареи, которые выполнены из фотоэлектрических преобразователей.

Фиг.1 - гелиоветровая установка (общий вид) в разрезе.

Фиг.2 - гелиоветровая установка (вид сверху).

Фиг.3 - гелиоветровая установка (вид А-А).

Гелиоветровая энергетическая установка содержит поворотный цилиндрический корпус 1, выполненный в виде выбросной трубы и установленный на стволе 2 через упорный подшипник 3. Внутри корпуса 1 установлен закрытый по окружности диффузор 5, а также электрогенератор 6, связанный механически с ветроколесом 7. Перед входной частью корпуса 1 установлен конфузор 8, а после выходной части - раструб 19. На корпусе 1, за конфузором 8, установлен ветродвигатель, снабженный лопастями 9, которые связаны с ротором 10 электрогенератора. Ротор 10 установлен на корпусе 1 при помощи подшипников 11 и содержит короткозамкнутую обмотку (не показана). Статор 4 установлен внутри ротора 10, выполненного полым и закрытым обтекателем 18, переходящим в конфузор 8. Над выходной частью корпуса 1 прикреплен флюгер 12, выполненный в виде вертикального киля. Сверху флюгера установлен электрогенератор 13, соединенный механически с ветроколесом 14. Над электрогенератором 13 установлена солнечная батарея 16. Солнечная батарея имеет коробчатое сечение, причем две боковые стороны и торцевая сторона соединены с верхней стороной под углом 30-45 градусов.

Гелиоветровая энергетическая установка работает следующим образом. Часть воздушного потока, воздействуя на лопасти 9, вызывает вращение ротора 10 относительно статора 4, в цепи которого индукционно наводится ЭДС. Другая часть (центральная) проходит через конфузор 8 и поступает внутрь корпуса 1, где дополнительно сужается в диффузоре 5 и плотным потоком вращает ветроколесо 7, связанное механически с электрогенератором 6, и выходит через раструб 19 наружу. Конфузор 8 позволяет спилить воздушный поток с увеличением его скорости, а диффузор 5 направляет его на ветроколесо 7. Раструб 19 позволяет резко снизить скорость воздушного потока, выходящего из корпуса установки. Это приводит к образованию разрежения воздуха внутри корпуса, которое способствует входу ветра в конфузор 8. Наличие конфузора 8 существенно не снижает воздействия ветра на лопасти 9, так как максимальный крутящий момент находится во второй и третьей частях лопастей 9. Воздушный поток также воздействует на ветроколесо 14, механически связанное с электрогенератором 13, установленным сверху флюгера 12. К электрогенератору 13, установленному на флюгере, прикрепляют солнечные батареи 16. В дневное время суток, при наличии солнца, солнечная батарея 16 генерирует постоянный электрический ток.

Ротор 10 выполнен достаточного большого диаметра с прикрепленными к нему лопастями 9, но они не затеняют ветроколесо 14 с электрогенератором 13 и солнечные батареи 16, так как они установлены на флюгере 12 выше верхних кромок лопастей 9.

Солнечная батарея жестко прикреплена на стержнях к корпусу третьего электрогенератора.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить коэффициент использования энергии ветра. Использование солнечных батарей позволяет получать дополнительную электрическую энергию в солнечные дни. Гелиоветровая энергетическая установка является экологически безопасной, т.е. загрязнение окружающей среды минимальное.

1. Гелиоветровая энергетическая установка, содержащая первый электрогенератор, имеющий статор и ротор, ветродвигатель, лопасти которого связаны с ротором, и солнечную батарею, отличающаяся тем, что статор установлен внутри полого ротора, корпус установки выполнен в виде поворотного цилиндра, соединенного со стволом опоры через упорный подшипник, причем перед входной частью корпуса установлен конфузор, а после выходной части раструб, внутри самого корпуса расположен диффузор, за которым установлено ветроколесо, связанное со вторым электрогенератором, при этом над выходной частью корпуса прикреплен флюгер, на котором установлен третий электрогенератор, соединенный с ветроколесом, а солнечная батарея установлена над третьим электрогенератором.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что флюгер выполнен в виде вертикального киля.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что флюгер имеет высоту выше верхних кромок лопастей ветродвигателя.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что солнечная батарея имеет коробчатое сечение, причем две боковые стороны и торцевая сторона соединены с верхней стороной под углом 30-45°.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электрогенератор, расположенный на флюгере, и электрогенератор, находящийся внутри корпуса, соединены со своими ветроколесами механически.