ВЕТРОГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к гелио- и ветроэнергетике и может быть использована для преобразования солнечной и ветровой энергии в электрическую [F03D 303/00, F03G 6/00, H02N 6/00].
Известен ГЕЛИОАЭРОБАРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОБЛОК [патент РФ №2422732], образованный вытяжной прозрачной трубой, ветротурбинами с электрогенераторами и прозрачными ветровыми ловушками. Вытяжная труба снабжена подвижным светоотражающим экраном, а воздушный поток, приводящий ветротурбины с электрогенераторами во вращение, регулируется и активизируется прозрачными ветровыми ловушками, снабженными шиберами, которые направляют воздушный поток при солнечном нагреве от основания вытяжной трубы и ее вершине, а при отсутствии солнечного нагрева - в обратном направлении.
Недостатком аналога является сложная конструкция, а также низкая эффективность преобразования ветровой и солнечной энергий.
Также из уровня техники известна ГЕЛИОВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА [патент РФ №2187693], содержащая ветроагрегат, электрогенератор которого установлен на вертикальном стволе, и солнечные батареи. К тыльной части электрогенератора прикреплена балка на подвижном шарнире, при этом одна горизонтальная и две боковые солнечные батареи, связанные между собой поворотными шарнирами и подпружиненные с обоих концов, прикреплены на шарнирах к верхней части балки, а дугообразные солнечные батареи прикреплены на шпильках и стержнях к стволу по его высоте, причем между тыльной частью электрогенератора и глухим днищем балки установлен клин, связанный с ручным приводом через сухарь, прикрепленный к нижней части электрогенератора с помощью планки.
Недостатком гелиоветровой энергетической установки является низкая эффективность при использовании ветровой энергии и сложная конструкция для ориентирования по направлению ветра.
Наиболее близким по технической сущности является ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ВЕТРОВОЙ И СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ [патент РФ №2347942], содержащая платформу на которой в подшипниковых опорах установлен вертикальный вал, сообщающийся с ротором электрогенератора, при этом на вертикальном валу жестко закреплены коромысла на концах, которых размещены аэродинамические лопасти, также установка содержит солнечные батареи.
Недостатком прототипа является низкая эффективность преобразования солнечной энергии связанная с расположением солнечных батарей в одной плоскости, а также сложная конструкция и большие габаритные размеры.
Цель полезной модели состоит в повышении удельной энергетической мощности установки.
Достигаемым техническим результатом заявленной полезной модели является увеличение эффективности использования ветровой и солнечной энергий, а также уменьшение массо-габаритных показателей и усовершенствование конструкции установки.
Технический результат достигается за счет того, что установка содержащая платформу, на которой в подшипниковой опоре установлен вертикальный вал, сообщающийся с ротором электрогенератора и солнечные батареи, размещенные сверху, отличающаяся тем, что на вертикальном валу жестко закреплена неподвижная аэродинамическая конструкция, содержащая вертикально установленные панели, на которых размещены солнечные батареи, электрические выходы которых, параллельно соединены с обмоткой ротора электрогенератора и блоком преобразования напряжения, к которому также подключена обмотка стартера электрогенератора.
Предпочтительно, аэродинамическая конструкция состоит из нижнего и верхнего основания, которые соединены вертикальными аэродинамическими лопастями, вокруг аэродинамической конструкции на платформе установлен корпус, который состоит из нижнего основания, жестко установленного на платформе, и верхнего основания, соединенного с нижнем основанием направляющими панелями, при этом на поверхности верхнего основания корпуса и на поверхности направляющих панелей размещены солнечные батареи.
В частности, электрические выходы солнечных батарей и/или стартера электрогенератора могут быть подключены к аккумуляторной батареи, к выходу которой подключен блок преобразования напряжения.
В частности, направляющие панели могут быть расположены на окружности с центром на продольной оси вертикального вала под углом к касательной.
В частности, корпус может содержать вертикальные опоры-усилители, выполненные с возможностью усиления конструкции при значительных ветровых нагрузках.
В частности, в горизонтальном сечении аэродинамические лопасти могут быть выполнены с толстой хордой и имеют симметричный (квазисимметричный) носок и закрылок.
В частности, вертикальный вал предпочтительно сообщается с ротором электрогенератора зубчатой передачей.
В частности, вертикальный вал может быть установлен в подшипниках верхнего и нижнего основания корпуса.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид ветрогелиоэнергетической установки.
На фиг. 2 представлена ветрогелиоэнергетическая установка в разрезе вид сверху.
На фиг. 3 представлено горизонтальное сечение аэродинамической лопасти.
Осуществление полезной модели
Ветрогелиоэнергетическая установка (см. фиг. 1) может устанавливаться, например, на опорных столбах 1, поверх которых размещается платформа 2. На платформе 2 неподвижно установлен корпус верхнее основание 3 и нижнее основание 4 которого соединены между собой, например, четырьмя направляющими панелями 5. На валу 6 установлена аэродинамическая конструкция 7. Во втулках верхнего 3 и нижнего 4 оснований корпуса установлены подшипники 8, в которых размещается вертикальный вал 6. Аэродинамическая конструкция 7 состоит из нижнего 9 и верхнего 10 оснований соединенных между собой аэродинамическими лопастями 11.
Для установки специально разработан профиль аэродинамической лопасти 11 (см. фиг. 3) с толстой хордой и симметричными (квазисимметричными) носком и закрылком. Такая форма при небольшом ухудшении лобового сопротивления и незначительном снижении подъемной силы позволяет существенно снизить индуктивное сопротивление лопасти и позволяет лопасти эффективно работать на всех углах атаки, во всех секторах устройства, а не в узком диапазоне ветрового фронта.
Устройство легко агрегатируется, как по вертикали, когда можно устанавливать друг на друга сразу несколько устройств, так и по горизонтали, когда несколько устройств могут образовывать энергетические ленты в несколько десятков и сотен метров и километров, например, вдоль береговой линии крупных водоемов и рек, а также по берегам морей.
Также устройство может быть расположено в неудобицах и в зонах отчуждения, например над/под автомобильными и железнодорожными дорогами. При должном исполнении и контроле над его техническим состоянием, гарантирует необходимую безопасность окружающей среде и транспортному потоку.
Ветрогелиоэнергетическая установка работает следующим образом:
Поток воздуха, проходя через направляющие панели 5 корпуса, попадает на аэродинамические лопасти 11, которые передают механическую энергию ветра валу 6. Через зубчатую передачу 12 вала 6 вращение передается на ротор электрогенератора 13. Солнечные батареи 14, расположенные в верхней части верхнего основания 3 корпуса и направляющих панелей 5, преобразуют солнечную энергию в электрическую и подают ее на обмотку ротора электрогенератора 13.
Кроме того, электрический ток от электрогенератора 13 и/или аккумуляторной батареи (на чертежах не указана) может поступать в блок преобразования напряжения (на чертежах не указан), в котором преобразуется в переменный ток заданной частоты, силы и напряжения, что позволяет отказаться от использования дополнительных преобразователей тока, если бы ток вырабатывался только ротором.
Благодаря использованию известных узлов и деталей налаживание серийного промышленного производства установки не представляется сложным технологическим процессом.
Полезными техническими эффектами от использования полезной модели являются:
- улучшение удельной энергетической эффективности до 620-640 ватт на кв. метр в сравнении с аналогами (для ветрогенераторов не более 500 ватт на кв. метр, для солнечных батарей не более 200 ватт на кв. метр) благодаря тому, что установка может одновременно преобразовывать энергию ветра и солнца;
- увеличение энергетической эффективности аэродинамической конструкции 7 за счет того, что аэродинамической лопасть 11 имеет высокое аэродинамическое качество, позволяющее работать во всех углах атаки и во всех секторах увеличивая коэффициент использования ветрового потока, а также существенно снижающее индуктивное сопротивление лопасти при незначительном ухудшении лобового сопротивления и незначительном снижении подъемной силы;
- увеличение энергетической эффективности солнечных батарей 14 за счет того, что их расположение позволяет получать ими энергию прямого и рассеянного солнечного излучения;
- упрощение конструкции за счет того, что устройство имеет внешний неподвижный корпус, внутри которого расположена аэродинамическая конструкция 7;
- уменьшение габаритных размеров установки, за счет усовершенствования конструкции, позволяющей вертикально или горизонтально ее агрегатировать.
В качестве дополнительного положительного эффекта можно выделить снижение уровня шума за счет того, что аэродинамические лопасти ротора закреплены обеими сторонами между основаниями аэродинамической конструкции.