[发明专利]一种蝴蝶翼型风光能源复合型发电装置及其用途

说明书

技术领域 本发明涉及风力发电技术领域、太阳能光电技术领域和仿生学虫鸟飞行空气动力学技术领域，确切而言，是一种蝴蝶翼型风光能源复合型发电装置及其用途。

背景技术 周所周知，风力发电和太阳能发电作为绿色再生能源技术，近年在全球范围得到了快速的发展。但由于风力受到天气、风速的不同影响，而太阳能也受到白天晴天或黑夜阴雨天的不同影响，因而各自的能源利用能力和能源保障能力都受到较大的制约。

而现有的所谓风能和太阳能互补发电系统装置，往往只是把两类技术装置分别设置，各自安装，然后在电路上连接起来，起到互补作用。这样，材料装置的利用效率和天然能源利用效率较低，而土地及空间的利用效率也较低，经济成本和维护成本均较高。开发一种风光能源复合型发电装置，即在一种装置上既可利用风能发电，同时又可利用光能发电，实现风能发电和太阳能发电两类技术的综合和交叉，实现风光再生能源高水平的结构复合和功能复合，正是本发明人追求的目标。

经过多年的研究开发，本发明人自2007年先后提出了3项有关风光能源复合发电装置的中国发明专利申请，并先后已获得2项授权，其中，第1项ZL200710056828.8；是在垂直轴阻力型(S或C型)或升力型(H型)风桨上附加光电膜板来实现风能光能发电的结构和功能复合，第2项ZL200710056848.6；是垂直轴平流平盘式装置，将阻风阻力型构件和扬风升力型构件结合(包括螺旋桨翼构件)，并同光电膜板构件复合，第3项专利申请号200710058815.5；是大功率大规模的立体型多层次垂直轴塔式装置，是立帆型桨叶结构和平流平盘型桨叶结构同光电膜板结构的复合。但由于受到当时技术水平的限制，依然存在着不足和需要进一步改进之处，关键之一就是风力桨叶表面的太阳能电池技术膜板材料当选用具有不透明性质的膜板材料时，在风力旋转或静止条件下，由于迎光背光或相互遮挡时的较大差别，会造成各个桨叶之间不透明太阳能电池膜板结构的发电能力不平衡，特别会造成背光时遮挡时的不透明桨叶太阳能电池膜板的发电效率下降损失。关键其二，就在于受到当时垂直轴风力发电桨翼型空气动力学的机理及选型限制，难以实现提高风能利用效率的新结构桨翼的突破性革新，难以实现阻力型桨翼和升力型桨翼高功能高效率的有机复合。

随着近两年光电材料的技术进步，可透明柔性太阳能电池膜板技术材料有了工业性的生产和应用。特别由于本发明人另辟蹊径，在对于仿生虫鸟飞行空气动力学方面的研究过程中，而终于产生了对于风力发电新结构桨翼的创意灵感和思维，这些都对本申请一种蝴蝶翼型风光能源复合发电装置的技术特征提供了科学依据和发明空间。

发明内容 本发明是对风电空气动力学技术、光电透明柔性电池材料技术、仿生虫鸟翅翼飞行空气动力学技术，以及工艺美术造型创意设计技术的综合集成。

在进行仿生虫鸟特别是蝴蝶飞行空气动力学方面的研究过程中，体会到蝴蝶的飞行机理关键在于由蝴蝶蝶翼形成的前缘涡、起动涡及翅端涡构成的强力空气“涡环”结构，蝴蝶可以巧妙地利用自己翅膀的张合，使前面一对翅膀形成一个空气气流收集汇聚器，后面一对翅膀形成一个漏斗状的喷气射流通道。两对翅间的空气由于翅膀连续不断地扇动而被从前翅收集而向后翅挤压出去，形成一股喷气射流。一部分收集的气流及喷气射流的能量用以维持飞行的升力高度，另一部分喷气射流的能量所产生的水平推力则用来加速。于是，借鉴蝴蝶的这一仿生空气动力学模型机理，本发明人产生了将目前的风力发电桨翼改进为蝴蝶翼型桨翼结构的发明方案。

同风电领域目前包括水平轴和垂直轴两大类型所涉及的升力型飞机机翼型即H型桨翼分流压差机理，以及阻力型的S型桨翼或C型桨翼的阻风气压湍流机理等均不相同，本发明人将本申请风电转换系统的风轮结构风力桨翼设计构造为蝴蝶蝶翼的D型(蝴蝶蝶翼侧剖面近似为D形特征)桨翼结构，在蝴蝶蝶翼D型桨翼结构上，有独特的结构性复合动力型风能涡流功能结构区：分布为：A、上翼集风阻力涡流结构区；B、中翼旋风升力涡流结构区；C、下翼喷射动力涡流结构区。面对风向吹来的风力气流，在蝴蝶蝶翼D型桨翼结构的上部，随着上翼面积的曲度和收拢的变化，风力气流被导向被集中而形成阻力型涡流结构功能作用区A；伴随风力气流的下移，风力气流在蝴蝶蝶翼D型桨翼结构中部的相对凹陷圆形中翼区域，形成气流旋转湍动的旋风升力型涡流结构功能作用区B；再进而随着风力气流的下行，在蝴蝶蝶翼D型桨翼结构的下部，风力气流在逐渐变形狭窄而成蝶翅翅尾管状翘起的下翼，被形成喷射气流的反风向反作用动力涡流功能作用区C。在风力气流作用于蝴蝶蝶翼D型桨翼结构的短瞬过程中，风能利用被充分表现于集风阻力、旋风升力、喷射动力这三个蝴蝶蝶翼D型结构复合动力型的不同微观功能区域或阶段。