[发明专利]利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及利用太阳能的系统和方法，更具体地，涉及用于发电的系统和方法。

背景技术

近年来，为了用诸如阳光和风力的自然能源产生能量，已经进行了大量研究和开发。尝试减少对诸如来自外来能源的油和煤的依赖性已变成一个重要问题。能源专家担忧这些资源中的一些(包括油、气和煤)某天会变得耗尽。

已知太阳能是可被转换以产生电力的各种清洁能源中的一种。然而，太阳能发电系统的输出功率对天气状况的依赖程度大。例如，许多太阳能面板被设计成只在阳光充足的白天时间转换太阳能。它们在多云的日子或者在夜间不产生大量的能量。

虽然太阳热能可能是最公知的自然能源，但还存在利用大量风能的可能性。在许多有风自然吹动的地区建造了例如风电场。使用风能进行发电对于传统的基于石油的能源供给而言是一种清洁、可再生和生态友好的替代。

然而，使用风力作为能源的一个缺点在于，不会一直有风吹动，即使是有风吹动，它也不会一直以相同速度吹动，即，它并不总是可靠的。风也不会在每年的某日、某周、某月和各季节的不同时间内始终一致地吹动，即，它并不总是可预测的。因此，由于风速度和动力的季节性和日变化，风力发电机的输出功率经常波动，并不可靠。

因此，大规模接入风能和太阳能的主要障碍是太阳能和风力可再生资源的可变和间歇的性质。间歇性导致电力输出不稳定，从而为通过电网进行分配带来重大挑战。这种挑战还显露在电力削减问题中，现今在风力行业中这些问题变得越来越明显。由于某些地区中的风能在需求低的夜间是最可用的，因此需要削减来自风电场的电力以防止电网过载。

在本领域中已知用于提供能够转换用于发电机的风能和太阳能的一体互补能量产生系统的系统和方法。在白天的时间内，这种混合系统可同时用风能和太阳能的能源获取能量。在夜间，这些系统可连续地获取风能，而不管天气状况如何。因为往往会在每日和一年的不同时间出现风流动和阳光的峰值(例如，在阳光较少的冬天，风较强，在夜间风也较强)，这两种能源可彼此互补。

例如，授予Hope的美国专利No.4,229,941描述了一种用太阳能和风力的能源产生电能的整体系统。该系统包括收集太阳光线的太阳能收集器，这些光线被抛物面反射镜聚焦，之后被通过菲涅尔管(fresnel tube)引导到容器，从而该容器使与外部环境的热交换最小。容器内的光线的热能被锅炉和蒸汽动力涡轮机转换成机械能。风力收集器将气流转换成机械能，该机械能选择性地与从太阳能收集器得到的机械能以机械方式结合，之后被转换成电能。

美国专利No.6,661,113描述了一种发电系统，该发电系统包括具有下部和上部的基体组件。下部用于支承基体组件的上部。太阳能组件联接到基体组件的上部。电力存储组件可操作地联接到太阳能组件。电力存储组件用于存储来自太阳能组件的电力。电力存储组件定位在基体组件的下部中，使得基体组件的下部用于保护电力存储组件免受不利天气的影响。涡轮机组件联接到基体组件的上部。涡轮机组件用于利用风力产生电力。涡轮机组件可操作地联接到电力存储组件，使得电力存储组件用于存储利用涡轮机组件所产生的电力。

授予Sosonkina等人的美国专利No.7,172,386描述了一种产生电能的风能和太阳能发电站。该系统包括安装在车库状建筑物的平屋顶上的转子系统，各转子系统具有定位在保护罩和风道之间的多个转子。在风从高入口向着更高和更宽的出口流动时，风在风道的中下部加速。转子的叶片突出到风道的中部中，从而造成钻子绕着水平轴快速旋转。超扩散器、增压器和风道数百倍地增加了风和转子的动力。各转子系统包括与十二个发电机连接的高达六个转子。还可由安装在阳台和建筑物屋顶上的太阳能面板产生电能。

授予Tsao的美国专利No.7,964,981描述了一种能够转换用于发电机的风能和太阳能的一体式混合能量产生系统。该系统包括风力动力子系统，该风力动力子系统包括：转子，其用于接收风力，以产生机械能；第一轴，其用于提供转子和发电机之间的永久机械连接，用于将产生的机械能传递到发电机。该系统还包括太阳能动力子系统，所述太阳能动力子系统包括：太阳能收集器，其用于接收太阳能以产生热能；热-机械发动机，其联接到太阳能收集器，用于将产生的热能转换成机械能；第二轴，其机械地联接到热-机械发动机；互连子系统，其用于要么将第二轴联接到第一轴从而组合风能和太阳能动力子系统产生的机械能以将其传递到发电机，要么使第二轴从第一轴脱离。在白天的时间内，系统同时用风能和太阳能源获取能量。在夜间，它连续地获取风能，而不管天气状况如何。

发明内容