專利名稱：風能與太陽能集成一體的垂直風力發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機，尤其涉及風能與太陽能集成一體的垂直風力發(fā)電機
直O(jiān)
背景技術：
照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供 全球人類一年能量的消費。可以說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能 發(fā)電絕對干凈，不產(chǎn)生公害。所以太陽能發(fā)電被譽為是理想的能源。從太陽能獲得電力,需通過太陽電池進行光電變換來實現(xiàn)。它同以往其他電源發(fā) 電原理完全不同，具有以下特點①無枯竭危險；②絕對干凈(無公害)；③不受資源分布 地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取 能源花費的時間短。不足之處是①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的 能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽能具有 極大優(yōu)點，因此受到世界各國的重視。

地球上的風能資源非常豐富，開發(fā)潛力巨大，可利用的風能資源達到200億千瓦， 是地球上可利用的水能20倍，風能也是可再生的清潔能源，不會污染環(huán)境，全球已有不少 于70個國家在利用風能，風力發(fā)電是風能的主要利用形式。近年來，風電裝機容量增長迅猛。到2008年底，全球風電累計裝機總量已超過12080萬千瓦，中國風電累計裝機總 量突破1300萬千瓦。從2003年到2008年，中國風電裝機容量快速增長累計裝機容量從 2003年末的56. 7萬千瓦增加到了 2008年末的1324. 22萬千瓦，增加了 22. 3倍；年新增裝 機容量從2003年的9. 8萬千瓦增加到了 2008年的719. 02萬千瓦，增加了 72. 4倍。風力發(fā)電機有多種多樣，但歸納起來可分為兩類①水平軸風力發(fā)電機，風輪的旋 轉(zhuǎn)軸與風向平行；②垂直軸風力發(fā)電機，風輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向，垂直軸風 力發(fā)電機又分為，在風對準的葉片上產(chǎn)生風阻差的阻力型和葉片上產(chǎn)生的升力而旋轉(zhuǎn)的升 力發(fā)電機兩種?，F(xiàn)有的風力發(fā)電機以水平軸式為主，有許多不足之處。如要求按裝高度高， 占用空間大，需要迎風的偏航系統(tǒng)，抗風能力差，運行時噪音大，啟動風速高。啟動后易產(chǎn)生 高速轉(zhuǎn)動，導致電壓急劇變化，對發(fā)電機造成沖擊。與水平相比，垂直風力發(fā)電機按裝高度 很低，占用空間小，整體穩(wěn)定好，抗風性好?，F(xiàn)有的風光互補風力太陽能發(fā)電設備的風力發(fā)電與太陽能發(fā)電板是兩個不同的 組件分立的，安裝不方便，總的裝配成本高，占地大，另外要有特殊的架子可按裝太陽能板 與風力發(fā)電機。另外，太陽能板上的灰塵與污染，影響太陽能發(fā)電，并很難清洗。本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術存在的缺點，風葉上裝有太陽能電池片的垂直風力發(fā) 電機本發(fā)明技術方案是，在現(xiàn)有的垂直風力發(fā)電機的每個葉片上粘接多個太陽能電池片， 風葉即是風力發(fā)電機的葉片，也是收集太陽光發(fā)電的太陽能電池板，太陽能板的電通過電 刷將電引到中心軸的電線引出。
本發(fā)明是將太陽能發(fā)電板與風力發(fā)電機集成一體，是風光互補發(fā)電機可廣泛用于路燈照明，家庭發(fā)電等。本設計結(jié)構(gòu)簡單，成本低，裝配容易，使用方便，可大規(guī)模使用。最 為重要的優(yōu)點是風葉帶自動清洗功能，灰塵與污染很難沾在風葉上的電池片上。為實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采用的技術方案是由1.垂直風力發(fā)電機由下列部件A 燈籠型風力發(fā)電機風機葉片，B，圓盤永磁電機，C兩個磁懸浮磁鐵，與D主軸所組成。帶太 陽能電池發(fā)電的風機葉片帶動上下磁鐵盤，固定在轉(zhuǎn)軸上的線圈在運動磁場下感應產(chǎn)生電 流。為了減少軸承與軸的摩擦力，在風機的底部軸上裝上相互排斥的磁鐵環(huán)，上面的磁鐵與 風葉的底盤聯(lián)接，下面的磁鐵套在軸上的螺絲上。兩磁鐵的間距用下面的螺紋調(diào)節(jié)到相互 排斥力與，風葉與兩磁鐵盤的總重量相等，由于磁體的排斥力，風機呈懸浮狀態(tài)。由于軸承 沒有支撐重力，旋轉(zhuǎn)減少了軸承與軸的重力。風機的旋轉(zhuǎn)摩擦力被減少將導致風機啟動速 度降低，轉(zhuǎn)換效率提高。太陽能板在風機轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動均能在太陽光下發(fā)電。本發(fā)明有如下優(yōu)點1)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，裝配方便2)磁懸浮的裝置可克服風葉的重量，無重力作用在風機的軸承上，減少了軸承摩 擦力，可有效地降低啟動風速，并提高了風能轉(zhuǎn)換率。3)設計方法先進，造型美觀，風能利用率高，啟動風速低，無噪音，壽命長等優(yōu)點4)風葉在白天有太陽光下，風機轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動均可發(fā)電。5)風葉帶自動清洗功能，灰塵與污染很難沾在風葉上的電池片上。


圖1風葉帶太陽能電池的垂直風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖。圖2電刷結(jié)構(gòu)3帶太陽能電池的葉片正視4風力發(fā)電機的電機俯視5太陽能電池的葉片在金屬，玻璃，與有機薄膜結(jié)構(gòu)圖與工藝圖6太陽能發(fā)電的硅小球的結(jié)構(gòu)7風葉帶太陽能硅小球陣列的垂直風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖。圖8帶太陽能硅小球陣列的葉片正視9太陽能電池硅片粘接在風葉板上圖10電池硅片粘接在風葉板上的垂直風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖。圖11太陽能模組裝在太陽能葉片的垂直風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)12太陽能電池硅片粘接在風葉板上圖13風葉上裝有太陽能模塊設計圖具體實施公式如圖1所示，本發(fā)明風力發(fā)電機由下列中心軸1，磁體法蘭盤2，發(fā)電線圈盤3，主 轉(zhuǎn)軸4，上磁鐵環(huán)5，下磁鐵環(huán)6，帶太陽能電池的風葉12，微調(diào)螺絲8，上軸承9，10下軸承， 與電刷25所組成。圓盤式發(fā)電機由帶有強磁鐵的上下法蘭盤2(由上下法蘭盤的內(nèi)側(cè)裝有 三個以上的永磁鐵，形成封閉的磁場)，與發(fā)電線圈盤3所組成。如圖2所示，電刷25由固 定在絕緣管18上的電刷14，15與固定在絕緣管17上的銅環(huán)16，17所組成。絕緣管18固定在中心軸1上，而絕緣管17固定在主轉(zhuǎn)軸4的管內(nèi)。風力發(fā)電機磁懸浮裝置由上磁鐵環(huán) 5，下磁鐵環(huán)6，與微調(diào)螺絲8所組成。多片風葉12固定在主轉(zhuǎn)軸4上，并固定在發(fā)電機的磁 鐵法蘭盤2上。發(fā)電線圈盤3固定在中心軸1上。風葉12與磁鐵法蘭盤2在風吹動下繞 中心軸1旋轉(zhuǎn)，磁鐵法蘭盤2的磁場切割線圈盤3的線圈，線圈3感應發(fā)電。為了減少軸承 摩擦力，提高轉(zhuǎn)速，在中心軸1的下方裝有磁懸浮裝置如圖4所示，由上磁鐵環(huán)5，下磁鐵環(huán) 6，與微調(diào)螺絲8所組成。微調(diào)螺絲8用來調(diào)節(jié)磁場排斥力的大小。用上下磁鐵所形成的磁 場排斥力，克服風葉12與磁鐵法蘭盤2的重力。風力發(fā)電機可軸向懸浮在中心軸1上。減 少了摩擦，風葉12可輕松自然旋轉(zhuǎn)，在微風下可以發(fā)電。由于減少了摩擦力，增加了電機使 用壽命。 太陽能板的風葉在太陽照射下產(chǎn)生電通過電刷引進中心軸1的中心引出。帶太陽能的風葉(12)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，在鋁片或不銹鋼上的太陽能電池10陣 列通過電極20，21與電刷相連。圖4是風力發(fā)電機的俯視圖。發(fā)電風力發(fā)電機的葉片可以 做成不同形狀，本專利是用燈籠形為實例，也可以用螺旋型，H-型等。如圖5所示，是風葉 上的太陽能非硅薄膜結(jié)構(gòu)與工藝圖。風葉的材料可以是鋁，玻璃，塑料，或不銹鋼。在此基材上1)由真空濺射方法鍍上 0. 5-1. 5微米的的鉬(Mo) 2)可由真空共蒸發(fā)法與真空濺射加硒化法或非真空方法電鍍加 硒化法，印刷加硒化法鍍上1. 5-2. 0微米的CuInGaSe薄膜，3)用化學蒸鍍上0. 05微米的 CdS薄膜，最后用真空濺射方法鍍0. 05微米i-ZnO與0. 5-1. 5微米TCO(ZnC):Al)與0. 1微 米MgF2。最后鍍上Ni/Al的電極。上述工藝是成熟的工藝。在做風葉時，由于葉片不是平 面，為了保證鍍膜的均勻性，鍍膜設備要專門改造，可再曲面上鍍上膜與絲網(wǎng)印刷上電極。太陽能發(fā)電風葉的另一個方法是在葉片上貼上1. -1. 5毫米的硅球如圖6所示。 硅球的結(jié)構(gòu)是高摻雜的N型硅球12-1在外面裹上P型的硅球殼在球外度上氮化硅保護層 12-3，在球的上下端電極12-4與12-5。如果葉片的基材是鋁合金或不銹鋼，葉片的兩面固 定了小球陣列如圖7所表示，如果葉片是透明材料，小球?qū)⒙裨谕该鞑牧系睦锩妗D8是葉 片12的接線圖，小球20的正極與引線23相連，負極與引線24相連。這些正極引線聯(lián)到22 接頭，負極引線到21。接頭21與22與電刷25相連，將風葉太陽能所發(fā)的電送到中心軸1。太陽能發(fā)電風葉的另一個實用低成本的方法如圖9所示，將太陽能硅片12-1用環(huán) 氧膠粘接到葉片12上，并用光伏互聯(lián)帶連接到20，21的接口上。太陽能電池所產(chǎn)生的電通 過20，21的接口連接到圖10的電刷25上，通過電刷將風葉發(fā)的電練到中心軸1上?？梢?葉片的單面粘太陽能硅片，也可在風葉的雙面粘太陽能硅片。由于葉片不是平面，為保證太 陽能硅片可粘到曲面，太陽能硅片將分割成10毫米的硅片條，粘接連上互聯(lián)條后蓋上透明 膠，保護電池片。太陽能發(fā)電風葉的另一個實用低成本的方法如圖11，12，與13所示。將太陽能電 池做成長方形的層壓模組13-1，在PCB板上粘接上太陽能電池條，連線后，加透明膜后層 壓。可以在雙面或單面裝電池片。如圖12所示，風機的每片葉片12開上可放進模組的三 個或多個窗口，將太陽能模組13-1裝上。通過互聯(lián)條接到葉片下的接口 13-2，與13-3上， 太陽能電池所產(chǎn)生的電通過13-2，13-3的接口連接到電刷25上，通過電刷將風葉發(fā)的電連 到中心軸1上。圖13是模組的實例，太陽能硅片14-1貼到PCB板13-1上，通過互聯(lián)條并 聯(lián)后連接到接口 13-2與13-3上。蓋上PET或玻璃，層壓后成為模組。
以上 僅表述了將風力發(fā)電機風葉變成為太陽能發(fā)電板的特例，除了上述方法，還 可用其他方法鍍上太陽能薄膜，或裝上太陽能板，太陽能電池片。風力發(fā)電機葉片12可以 是也可以用帶有太陽能膜的螺旋型，螺旋雙-S型，H-型，與扇型等。
權(quán)利要求
1.一種太陽能風能集成一體的垂直風力發(fā)電機，由下列中心軸1，磁體法蘭盤2，發(fā)電 線圈盤3，主轉(zhuǎn)軸4，上磁鐵環(huán)5，下磁鐵環(huán)6，帶太陽能電池的風葉12，微調(diào)螺絲8，上軸承9， 10下軸承，與電刷11所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能風能集成一體的垂直風力發(fā)電機，其特征在于電 刷11由固定在絕緣管18上的電刷14，15與固定在絕緣管17上的銅環(huán)16，17所組成。絕 緣管18固定在中心軸1上，而絕緣管17固定在主轉(zhuǎn)軸4的管內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能風能集成一體的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶 太陽能電池的風葉12的材料可以是鋁，玻璃，塑料，或不銹鋼。在此基材上1)由真空濺射 方法鍍上0. 5-1. 5微米的的鉬(MoU)可由真空共蒸發(fā)法與真空濺射加硒化法或非真空方 法電鍍加硒化法，印刷加硒化法鍍上1. 5-2. 0微米的Cuhfe^e薄膜，3)用化學蒸鍍上0. 05 微米的CdS薄膜，最后用真空濺射方法鍍0. 05微米i-ZnO與0. 5-1. 5微米TCO(ZnC):Al)與 0. 1微米MgF2。最后鍍上Ni/Al的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能風能集成一體的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶 太陽能電池的風葉12。如果葉片的基材是鋁合金或不銹鋼，小球20的正極與引線23相連， 負極與引線M相連。這些正極引線聯(lián)到22接頭，負極引線到21。接頭21與22與電刷13 相連，將風葉發(fā)電練到中心軸1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能風能集成一體的垂直風力發(fā)電機，其特征在于發(fā) 電硅球的結(jié)構(gòu)是高摻雜的N型硅球12-1在外面裹上P型的硅球殼在球外度上氮化硅保護 層12-3，在球的上下端電極12-4與12-5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能風能集成一體的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶 太陽能電池的風葉12，如果葉片的基材是鋁合金或不銹鋼，葉片的兩面固定了小球陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風葉帶太陽能電池的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶太 陽能電池的風葉12，如果葉片是透明材料，小球?qū)⒙裨谕该鞑牧系睦锩?。磁懸浮裝置由裝 在中心軸(1)的上磁鐵環(huán)(5)，下磁鐵環(huán)(6)，與微調(diào)螺絲(8)所組成。上磁鐵(5)與風葉 (7)固定一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風葉帶太陽能電池的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶太 陽能電池的風葉12，太陽能硅片12-1用環(huán)氧膠粘接到葉片12上，并用光伏互聯(lián)帶連接到 20,21的接口上。太陽能電池所產(chǎn)生的電通過20，21的接口連接到電刷25上，通過電刷將 風葉發(fā)的電練到中心軸1上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風葉帶太陽能電池的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶太 陽能電池的風葉12，可以葉片的單面粘太陽能硅片，也可在風葉的雙面粘太陽能硅片。由于 葉片不是平面，為保證太陽能硅片可粘到曲面，太陽能硅片將分割成0. 5-1. 5厘米的硅片 條，粘接連上互聯(lián)條后蓋上透明膠，保護電池片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風葉帶太陽能電池的垂直風力發(fā)電機，其特征在于帶 太陽能電池的風葉12，多組太陽能電池做成的長方形的層壓模組裝在葉片12上，太陽能電 池所產(chǎn)生的電通過13-2，13-3的接口連接到電刷25上，通過電刷將風葉發(fā)的電練到中心軸 1上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風葉帶太陽能電池的垂直風力發(fā)電機。它由帶太陽能電池風葉，圓盤式發(fā)電機，軸套，中心軸，與軸向磁懸浮裝置等組成。其特征在與，在現(xiàn)有的垂直風力發(fā)電機的葉片上裝上或鍍上太陽能薄膜，風葉即是風力發(fā)電機的葉片，也是收集太陽光發(fā)電的太陽能電池板，太陽能板的電通過電刷將電引到中心軸的電線引出。在風葉板上裝太陽能電池有下面方法1)在鋁基風葉上真空鍍CIGS/CdS/TC0太陽能膜，2)CIGS的印刷在鋁基風葉上，與3)在透明的風葉內(nèi)裝上太陽能硅球列陣，將小球列陣聯(lián)網(wǎng)通過電刷引出電。4)在葉片的單面或雙面上粘接太陽能硅片，5)在葉片上裝太陽能模組。
文檔編號F03D9/00GK102094762SQ20101027461
公開日2011年6月15日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者杭志強 申請人:杭志強