ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИЙ

Энергетический модуль с использованием ветровой и солнечной энергий.
Предлагаемый энергетический модуль, далее (ЭМ), относится к области альтернативных источников тока, а именно к солнечным панелям и ветрогенераторам, и предназначен для бытового применения как источник электроэнергии.
Класс HO2J 7\35,FO3D 3\00.
Известна Многофункциональная гибридная альтернативная электростанция, патент РФ2528627 опубл. 20.09.2014, содержащая опору, ветрогенератор, фотоэлектрические модули, аккумуляторную батарею, светодиодную лампу и релерегулятор. Недостатком такой станции является ее неподвижность по отношению к направлению ветра, и необходимость обслуживания, особенно в осенне-зимний период.
Известна энергетическая установка по использованию ветровой и солнечной энергии по патенту РФ 2347942, опубл 27.02.2009, содержащая расположенный на фундаменте вертикальный вал с электрогенератором, состоящим из статора и ротора и коромыслами, на которых установлены лопасти. Причем лопасти состоят из нескольких параллельных ярусов, разделенных промежутками.
Верхняя часть неподвижной оси снабжена площадкой, на которой установлена солнечная батарея. Установка содержит аккумулятор и инвертор. Недостатком установки является ее металлоемкость, шумность при работе. В осенне-зимнее время работа установки вряд-ли возможна. Множество лопастей, которые имеют еще ряд параллельных пластин, среди которых гибкие, зимой неизбежно будут забиты снегом и льдом. По такой же причине нарушится работа солнечной батареи. Необходимо обслуживание, а при расположении установки на высоте, такая работа затруднительна.
Известен уличный светильник с питанием от ветровой и солнечной энергии по патенту РФ 2283985, опубл 20.09.2006, содержащий вертикальную стойку, консольный опорный рычаг, и размещенный на нем единый модуль. Модуль состоит из фотоэлектрических панелей ветрогенератора с колебательным движением, аккумулятора, блока управления и светильников. Недостатки - низкий КПД ветрогенератора, для работы которого необходим фронтальный порывистый ветер достаточной силы, и также низкий КПД солнечных панелей, вследствие их вертикального положения.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по своей конструкции к предлагаемому ЭМ, принята вышеупомянутая энергетическая установка по патенту РФ 2347942
Общим недостатком известных энергетических установок является их недостаточная надежность в зимнее время.
Целью конструкции ЭМ, является попытка устранить указанные выше недостатки известных энергетических устройств. ЭМ представляет собой законченную автономную конструкцию, состоящую из ротора ветрогенератора, установленного на ось, смонтированной над ним солнечной панелью, генератора, соединенного с ротором ветрогенератора, и аккумулятора. В состав ЭМ входит контроллер, который обеспечивает оптимальный ток заряда аккумулятора от двух источников тока, и выходной разъем для подключения нагрузки, и контроля оптимальной ориентации солнечной панели при установке.
1. Как повысить надежность ЭМ в зимнее время. Для этого надо, в первую очередь, повысить надежность основных узлов конструкции, а это ветрогенератор и солнечная панель.
Солнечная панель имеет достаточно высокую надежность, обеспеченную конструкцией, и повысить надежность ее работы в зимнее время - значит защитить ее от снега и льда.
Солнечная панель, имеющая форму конуса, закрыта прозрачной, хорошо отполированной снаружи оболочкой, имеющей форму конуса, у которого угол при вершине определяется опытным путем для лучшей самоочистки.
Ветрогенератор. Его ротор вращается на подшипниках, которые и являются самой ненадежной частью конструкции. Повысить надежность ветрогенератора - значит повысить, в первую очередь, надежность подшипников его ротора Подшипники не должны требовать обслуживания, сохранять работоспособность при любых климатических и эксплуатационных условиях.
Ротор ветрогенератора установлен на магнитных подшипниках.
В качестве ветрогенератора принята простая, с минимальной площадью поверхностей и не имеющая сложных профилей, схема вертикального ортогонального(карусельного) ротора. Количество лопастей - три. Вертикальные лопасти ротора не имеют плоских горизонтальных поверхностей. Связывающие их с осью спицы круглого сечения установлены под углом к оси. Все поверхности ветрогенератора хорошо продуваются, отполированы и покрыты гидрофобной полимерной пленкой, имеющей очень низкую адгезию ко льду. (Панюшкин А.В экспериментальное определение адгезии льда к конструкционным материалам, труды АЛНИИ 1972 т 298 с. 71-77) Расположенные в специальном отсеке аккумулятор и контроллер герметичны и имеют зимнее исполнение, обмотки статора герметизированы. Такая конструкция ветрогенератора повысит его работоспособность в зимнее время.
Для того, чтобы конструкция ЭМ была законченной с точки зрения дизайна, желательно, чтобы диаметр ротора и защитной оболочки солнечной панели были соизмеримы. В таком случае оболочка приобретает дополнительную функцию защиты ротора от осадков.
Предлагаемый ЭМ может работать самостоятельно. Но если установить несколько таких ЭМ в тех местах участка, которые хорошо освещены в определенные часы дня, и учесть силу ветра, то при соединении таких ЭМ, система будет "перекачивать" избыток энергии в соседние ЭМ, и вся систем; будет сбалансирована и иметь повышенную надежность и мощность
Состав ЭМ на Фиг 1.: 1 - стойка с вертикальной осью; 2 - ротор; 3 - солнечная панель; 4 - прозрачная оболочка; 5 - неподвижная площадка; 6 - пассивный магнитный подшипник; 7 - отсек для: 8 - ротора генератора, 9 - статора генератора, 10 - аккумулятора, 11 - контроллера, 12 - выходного разъема. Блок-схема ЭМ на Фиг. 2: 3 - солнечная панель; 9 - статор генератора, 10 - аккумулятор, 11 - контроллер, 12 - разъем. ЭМ может применяться как основной, так и резервный источник тока на приусадебных участках. Вертикальные ветрогенераторы могут работать при небольшом, поверхностном ветре, поэтому высота их установки может быть ограничены высотой строений, деревьев, и быть малозаметными. Кроме того, такие сравнительно малошумящие ЭМ могут найти применение в городском хозяйстве - освещение, дорожные знаки, паркоматы, пункты зарядки, и другое.