Ветро-солнечная установка

(51) 03 3/00 (2006.01) 03 3/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, в верхней части устройства расположен диск,соответствующий диаметру ветроколеса, или превышающий его,предназначенный для размещения на нем тонкопленочных панелей солнечных элементов. Технический результат упрощение конструкции,повышение КПД ветрового потока за счет уменьшения нагрузки ветра на нерабочую часть поверхности ветроколеса с возможностью регулирования частоты вращения ротора при высоких скоростях ветра использование всей верхней части ветро-солнечной установки для расположения солнечных элементов дает возможность более полно комплексно использовать энергию солнца и ветра для выработки электрической энергии и, соответственно, повышать мощность установки по сравнению с устройствами подобного типа. Установка отличается простотой изготовления.(72) Журинов Мурат Журинович Надиров Надир Каримович Ширинских Александр Васильевич Солодова Елена Владимировна(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(57) Ветро-солнечная установка, предназначенная для выработки электрической энергии, содержащая ветроколесо с вертикальной осью вращения,фотоэлектрические элементы,генератор электрического тока,лопасти ветроколеса выполнены в виде плоскостей или с плавным изгибом в нижней части и закреплены на осяхкронштейнах в вертикальном положении с Изобретение относится к ветро-солнечной энергетике, предназначено для преобразования энергии ветра и солнца в электрическую энергию и может быть использовано в ветроэнергоагрегатах с вертикальной осью вращения для увеличения КПД ветрового потока и комплексного использования солнечного излучения с большей поверхности. Известен роторный ветродвигатель, содержащий вертикальную мачту с крыльями ротора,размещенные на вертикальных валах, закрепленных на торцах трубчатой траверсы, проходящей через отверстия в этих крыльях, при этом цапфы наружных крыльев снабжены кривошипами,установленными на концах связующего стержня с буферными пружинами,упирающимися в кривошипы наружных крыльев ротора Шпади А.Л.,Митрюхин В.В.Пат. РФ, 2269028, 03 3/00 12.11.2002. Недостатком данного устройства является его предназначение прежде всего как генератора только механической энергии, хотя и с потенциальной возможностью использования дополнительно генератора электрической энергии. Кроме того имеет место также определенное тормозящее действие тех лопастей (крыльев) ротора, которые перемещаются против ветра, кроме того наличие буферных пружин создает некоторую дополнительную нагрузку для складывания крыльев, что в целом сказывается на снижении КПД использования ветрового потока отсутствует также возможность использования энергии солнечного излучения. Известна ветроэнергетическая установка,сочетающая в себе ветродвигатель и фотоэлектрический преобразователь световой энергии Зазимко В.Н.Пат. РФ 2251022, 03 3/00,03 3/04. 2005. К недостаткам известного устройства относится неполное использование его свободной площади поверхности для расположения фотопреобразователей ввиду наличия надстройки в виде трубы,и соответственно,неполная возможность использования светового потока,отсутствие возможности регулирования скорости вращения ветроколеса, относительно сложное изготовление устройства и его малая мощность,поскольку оно предназначено для использования в условиях ограниченных площадей, например на крыше дома, и др. Технический результат предлагаемого изобретения - более полное использование энергии ветрового потока и солнечной энергии,соответственно, повышение мощности устройства, а также упрощение его изготовления. Поставленная цель достигается тем, что в ветроустановке, содержащей вал с радиально закрепленными на валу кронштейнами, - лопасти ветроколеса установлены на осях-кронштейнах в висячем положении с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Такое расположение лопастей, имеющих форму плоскости, или плавно изогнутые в нижней части,позволяет снизить тормозящее действие ветра на ветроколесо в его нерабочей зоне за счет изменения 2(уменьшения) площади фронтальной нерабочей поверхности колеса, на которую воздействует ветровой поток. Это повышает КПД использования ветропотока и мощность ветроустановки по сравнению с известными устройствами, поскольку энергия ветропотока в большей степени расходуется на вращение ветроколеса. При этом чем меньше массы лопасти, тем в большей степени снижается тормозящее действие ветра на ветроколесо. Наличие плоскости в виде диска в верхней части устройства позволяет использовать солнечную энергию с максимально возможной плоскости поверхности ветро-солнечной установки. На фиг.1 изображен общий вид ветро-солнечной установки в нерабочем положении, на фиг.2 фрагмент работающего устройства, на фиг.3 вариант лопасти, на фиг.4 - варианты упора для лопасти. Ветро-солнечная установка (фиг.1) содержит ветроколесо с вертикальной осью вращения - валом 1, лопастями 2, подвижно закрепленными на осяхкронштейнах 3, впереди каждой лопасти (вращение по часовой стрелке) располагается закрепленный на оси-кронштейне 3 упор 4, в нижней части ветросолнечной установки расположено зубчатое колесо 5, редуктор 6, электрогенератор 7, основание вала опирается на подшипник 8. Лопасти выполнены в виде прямоугольных плоскостей, однако в качестве варианта - могут быть изогнутыми в нижней части(фиг.3). Упор 4 выполнен в виде подвижно закрепленного на оси-кронштейне 3 груза, при этом масса груза подбирается с таким расчетом, чтобы груз удерживал лопасть в вертикальном положении при оптимальной частоте вращения ветроколеса, т.е. при допустимой скорости ветра. В качестве варианта технического решения упор 4 может быть выполнен в виде стержня 9, одним концом подвижно закрепленного на оси-кронштейне 3 и соединенного с пружиной 10 (фиг.4),обеспечивающей вертикальное расположение стержня, соответственно и лопасти, при допустимом значении скорости ветра (фиг.4 а - пружина работает на скручивание, 4 б - на сжатие). Верхняя часть установки (фиг.1) содержит плоскость 11 в виде диска, закрепленного на валу 1,с размещенными на нем панелями тонкопленочных солнечных элементов 12,диаметр диска соответствует диаметру ветроколеса или превышает его. Вариантом технического решения может быть изготовление вала 1 неподвижным вместе с расположенным на нем диском -плоскостью 11. Разумеется, в этом случае вал 1 становится уже не валом, а опорой и закрепляется на фундаменте, а подвижным элементом является труба,располагаемая снаружи вала 1,которая насаживается на вал 1 с помощью подшипников и играет роль подвижной оси ветроколеса, и к ней крепятся оси-кронштейны 3 и лопасти 2 (здесь не показано). В случае больших габаритов ветро-солнечной установки предусмотрено дополнительное ее крепление с помощью растяжек (тросов или арматурных прутьев) одним концом прикрепленных к валу (с помощью муфты), а другим прикрепленных к опоре на земле. Если вал 1 выполнен неподвижным и фактически становится опорой ветро-солнечной установки, то в этом варианте крепление растяжек можно осуществлять к кронштейнам, на которых неподвижно закреплен диск 11 (здесь не показано). Ветро-солнечная установка работает следующим образом. В нерабочем положении все лопасти ветроколеса находятся в вертикальном положении,фиг.1. Под напором ветра ветроколесо начинает вращаться, при этом лопасти 2 с левой стороны ветроколеса (вращение по часовой стрелке) остаются в вертикальном положении, в то время как с правой стороны лопасти, не встречая сопротивления упора, стремятся занять близкое к горизонтальному положение (фиг.2). При этом правая (нерабочая) сторона ветроколеса испытывает существенно меньшее давление ветра. Этот эффект проявляется в большей степени в том случае, когда масса лопасти заметно меньше оказываемого на нее силового воздействия ветра, т.е. при малой инерционности лопасти. Основная сила ветрового потока приходится на левую часть ветроколеса, что положительно сказывается на его вращении,способствуя повышению КПД ветропотока и,соответственно,возрастанию мощности ветродвигателя по сравнению с известными устройствами. С целью большей стабильности вращения ветроколеса его массу можно увеличить за счет балластного груза, размещаемого на кронштейнах (здесь не показано), т.е. повысить инерционность ветроколеса. В случае значительного повышения скорости ветра (при буревых порывах) - лопасти и в левой части ветроколеса, преодолевая сопротивление упора, - совместно с упором - стремятся занять флюгерное (близкое к горизонтальному) положение,способствуя замедлению вращения ветроколеса или его полной остановке. Ослабление ветропотока вновь переводит ветроколесо в рабочее состояние на штатный режим работы. Электроток,вырабатываемый солнечными фотоэлементами, по кабелю, расположенному внутри вала 1, отбирается по известным электрическим схемам отбора электроэнергии с использованием токосъемного, аккумулирующего и других устройств и используется по назначению. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ветро-солнечная установка,содержащая ветроколесо с вертикальной осью вращения, с фотоэлектрическими элементами,генератор электрического тока, отличающаяся тем, что лопасти ветроколеса выполнены в виде плоскостей или с плавным изгибом в нижней части, закреплены на осях-кронштейнах в вертикальном положении с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, в верхней части установки расположен диск,соответствующий диаметру ветроколеса или превышающий его, с размещенными на нем тонкопленочными панелями солнечных элементов.