一种风光互补的能源塔的制作方法

1.本发明涉及一种风光互补的能源塔，属于新能源发电设备技术领域。


背景技术：

2.为了解决环境恶化的问题，现有技术在风、光、水的能量转化上进行了多种研究。比如现有的太阳能发电站，或风能发电机，或大坝截流的水力发电等。但是，对于太阳能发电站，需要占用大量的土地面积；而风能发电机则需要建设在风口，因此，对这些能源的利用都存在一定的阻碍。


技术实现要素：

3.近年来随着光伏技术的进步和材料成本的下降，使得大力开发光伏发电的前景更加广阔，但是由于光伏发电占用土地的问题与现有土地面积不足之间的矛盾，促进本发明要研发一种占地面积小，能源利用率高的风光互补的能源塔。
4.为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种风光互补的能源塔，包括塔架、光伏架和发电组件，发电组件包括风力发电组件和太阳能发电组件，其中风力发电组件至少包括安装在塔架顶部的垂直式风力发电机，太阳能发电组件包括安装在塔架两侧光伏架上的若干太阳能光伏板，在光伏架上设置若干太阳能光伏板安装框，在太阳能光伏板安装框内设置板转轴，太阳能光伏板安装再太阳能光伏板安装框内且能以板转轴转动。
5.实际制造中，能源塔遇到的最大问题是风，当风力超过一定级别后，光伏架宛如一面墙，因其阻挡风而使得风对塔体产生巨大的推力，如何解决这种推倒的可能，需要将风阻降低，而又不至于过度增加制造和安装成本，发明人巧妙的涉及了板转轴，由于太阳能光伏板自身具有的重量，设计板转轴，让风力超过一定级别后，可以推动太阳能光伏板以板转轴旋转，让垂直的面变成与风近似水平或呈现一定角度，减少风阻。对于垂直式风力发电机，现有技术已经可以根据风力级别解决发电问题，保护发电机，无需再设计。
6.进一步的，所述垂直式风力发电机包括垂直风力发电机，和连接垂直风力发电机输出轴的弧形扇叶组。
7.除去考虑太阳能光伏板安装框带来的风阻外，还需要考虑塔架的设计，主要是架体自身的强度和地基承载能力。
8.因此，我们设计的，所述塔架为圆柱体立柱和辅助加强支架组合而成，辅助加强支架安装在圆柱体立柱下部，对圆柱体立柱形成支撑结构，辅助加强支架的底部分别连接所在位置的水泥基础，圆柱体立柱插入水泥基础的一端，深入地面水泥基础以下，在圆柱体立柱位于基础部分的中空腔内设置配重；或塔架采用架体，包括倾斜架体和四方架体，倾斜架体由底部四方形向顶部四方形倾斜，并与四方架体在顶部连接，倾斜架体的底部四方形及向上的一部分架体设置在水泥基础中。
9.更进一步的，所述倾斜架体的底部四方形为8米*8米，位于地面以下4米，水泥基础
为10米*10米，厚2米，在倾斜架体的四根支架上，从水泥基础到地面的2米高度，分别设置四个水泥配重块，配重块为2米*2米*2米，其余部分填土。
10.两种塔架的设计，均考虑上部受力基础能否承受。例如，倾斜塔架的设计中，按上述体积计算，下部基础设计重量达400吨，足以满足上部需要。
11.更进一步的，所述四方架体的高度等于光伏架的高度，四方架体的中空架内分层，在中空分层内安装垂直式风力发电机，在四方架体顶部安装垂直式风力发电机。
12.更进一步的，所述四方架体的高度高处光伏架，在高出光伏架的四方架体中设置垂直式风力发电机。
13.进一步的，所述板转轴水平安装在太阳能光伏板安装框内，并位于太阳能光伏板背板处，板转轴两端分别安装在太阳能光伏板安装框两个竖直边框上；或板转轴竖直安装在太阳能光伏板安装框内，并位于太阳能光伏板背板处，板转轴两端分别安装在太阳能光伏板安装框两个水平边框上，在板转轴与水平边框上设置扭矩弹簧用于复位。
14.更进一步的，所述板转轴水平安装时，安装高度高于1/2竖直边框的高度；板转轴竖直安装时，板转轴安装在水平边框的中间。
15.本发明的有益效果在于：结构简单，制造成本低，实现分光互补，一次投资，两至三年即可收回成本，将这种风光互补的能源塔建设在村镇边、道路边或河沟边、海岛或海边是极有价值的。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。图1 为本发明的结构示意图；图2 为本发明实施例1的太阳能光伏板安装结构示意图；图3为本发明实施例3的太阳能光伏板安装结构示意图。
17.图中：1、塔架，2、光伏架，3、风力发电组件，4、太阳能发电组件，5、太阳能光伏板安装框，6、板转轴，7、太阳能光伏板。
具体实施方式
18.实施例1如图1、2所示的一种风光互补的能源塔，包括塔架1、光伏架2和发电组件，发电组件包括风力发电组件3和太阳能发电组件4，其中风力发电组件3至少包括安装在塔架1顶部的垂直式风力发电机，太阳能发电组件4包括安装在塔架两侧光伏架2上的若干太阳能光伏板，在光伏架2上设置若干太阳能光伏板安装框5，在太阳能光伏板安装框5内设置板转轴6，太阳能光伏板7安装再太阳能光伏板安装框5内且能以板转轴6转动。
19.为了实现风光互补，风力发电机不能阻碍太阳能发电，因此，不能采用三叶式横轴发电机，所以采用垂直式风力发电机，垂直风力发电机和连接垂直风力发电机输出轴的弧形扇叶组，这种在现有技术中都有。本实施例中采用宽度（圆周直径）不大于6米。
20.采用垂直式风力发电机的好处还在于，光伏板的位置固定后（南北设置），垂直风力发电机的弧形扇叶组能够接收任意方向的来风，实现真正的风光互补。
21.实际制造中，能源塔遇到的最大问题是风，当风力超过一定级别后，光伏架宛如一
面墙，因其阻挡风而使得风对塔体产生巨大的推力，如何解决这种推倒的可能，需要将风阻降低，而又不至于过度增加制造和安装成本，发明人巧妙的涉及了板转轴，由于太阳能光伏板自身具有的重量，设计板转轴，让风力超过一定级别后，可以推动太阳能光伏板以板转轴旋转，让垂直的面变成与风近似水平或呈现一定角度，减少风阻。对于垂直式风力发电机，现有技术已经可以根据风力级别解决发电问题，保护发电机，无需再设计。
22.板转轴水平安装在太阳能光伏板安装框内，并位于太阳能光伏板背板处，板转轴两端分别安装在太阳能光伏板安装框两个竖直边框上；为了满足采光和放风阻的需要，根据光伏板的重量，本实施例优选板转轴安装高度高于1/2竖直边框的高度，此时，自然状态下，光伏板在重力的作用下是不动的，以安装的一块光伏板长2米，高1米为例，将板转轴安装在0.6米高处，此时下部的光伏板0.6米，上部的光伏板0.4米，风吹在两个面上，以板转轴形成力差，风级越高，力差越大，这样就可以使得太阳能光伏板旋转倾斜，使得风被放走，从而减小了风阻。
23.除去考虑太阳能光伏板安装框带来的风阻外，还需要考虑塔架的设计，主要是架体自身的强度和地基承载能力。
24.因此，本实施例中，塔架采用架体，包括倾斜架体和四方架体，倾斜架体由底部四方形向顶部四方形倾斜，并与四方架体在顶部连接，倾斜架体的底部四方形及向上的一部分架体设置在水泥基础中。
25.倾斜架体的底部四方形为8米*8米，位于地面以下4米，水泥基础为10米*10米，厚2米，在倾斜架体的四根支架上，从水泥基础到地面的2米高度，分别设置四个水泥配重块，配重块为2米*2米*2米，其余部分填土。倾斜塔架的设计中，按上述体积计算，下部基础设计重量达400吨，足以满足上部需要。
26.四方架体的高度等于光伏架的高度，四方架体的中空架内分层，在中空分层内安装三组垂直式风力发电机，在四方架体顶部安装垂直式风力发电机。
27.我们把平铺在地面上的太阳能光伏组件转化成立体空间中，这样，使用39米高的塔架体，塔基占地面积100（10米*10米）平方米，为了减少遮挡地面农作物阳光的时间，在其上安装的太阳能收集板从15米高度开始设计，以在塔架两侧各做长度12米，高度24米（39
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15），可获得576平方米的面积，较在地面上建光伏发电场节约476平米的地面面积。同时，太阳能发电组件在白天工作，风力发电组件在白天和晚上都工作，实现了风光互补，提高了发电量，让立体空间的发电更具有实质意义，以每平方每小时发电0.8度计算6小时的日发电量2765度，风力发电采用4个20千瓦的发电机，小时发电量为60千瓦，16小时（排除风力不够的时间）的发电量为960度，总和日发电量在3725度，该设备的整体投资在120～150万左右，设备一次安装可工作30年，扣除人工维护成本，2～3年即可收回成本，可见，这个发电量在村镇边、道路边或河沟边、海岛或海边的使用是极有价值的。
28.实施例2与实施例1的设计不同在于，所述塔架为圆柱体立柱和辅助加强支架组合而成，辅助加强支架安装在圆柱体立柱下部，对圆柱体立柱形成支撑结构，辅助加强支架的底部分别连接所在位置的水泥基础，圆柱体立柱插入水泥基础的一端，深入地面水泥基础以下，在圆柱体立柱位于基础部分的中空腔内设置配重。
29.实施例3
如图3所示，与实施例1不同之处在于：板转轴6竖直安装在太阳能光伏板安装框5内，并位于太阳能光伏板7背板处，板转轴6两端分别安装在太阳能光伏板安装框5两个水平边框上，在板转轴6与水平边框上设置扭矩弹簧8用于复位。板转轴竖直安装时，板转轴安装在水平边框的中间。
30.尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。