专利名称：风光互补景观风车的制作方法
技术领域：
本实用新型属于可再生能源利用技术领域，具体涉及一种以风 能、太阳能为原动力的创新性景观设施。
背景技术：
在我国经济发展的推动下，各式各样的人造景观设施在街心公 园、村庄、公路两侧涌现，点亮了我们的生活。这些设施或只能在白 天观赏，或通过缠绕、投射的灯光帮助才能在夜间工作，这样在夜间 要消耗大量电能，且功能较为单一。
而在我国广阔的北方地区，风能、太阳能资源丰富，且二者在全 年呈互补态势。风光互补发电技术已经在西藏、内蒙古应用于解决偏 远牧民的供电问题，它结合了风力发电与太阳能光伏发电技术的优 点，有效提高了风、光资源及设备的综合利用效率。目前此项技术主 要应用风光互补发电系统，系统中的风车仅工作于发电状态，在风速 较低时停止转动，且外观工艺简单，无景观效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种风光互补景观风车。
为了达到本实用新型的目的所采取的技术包括风轮机1和太阳
能发电装置，其特征在于，通过连接轴承2与风轮机1相接有一电机 3，该电机3经过AC/DC双向变换器6与一蓄电池12的正负极相连接， 在风轮机1与电机3之间设置了一个转速传感器13，太阳能发电装 置通过DC /DC变换器与蓄电池12的正负极相连接，与AC/DC双向变 换器6相连的还有一个控制器23。
上述的风光互补景观风车中，AC/DC双向变换器6包含由控制器23控制的IGBT桥18和开关K1、开关K2， IGBT桥18通过开关Kl和 开关K2与蓄电池12相连，通过其输入端子与电机3相连。
上述的风光互补景观风车中，所述的控制器23包含数字信号处 理器，其信号源为电流互感器CT1、电压互感器PT1、 PT2和转速传 感器13所采集的信号。
上述的风光互补景观风车中，在控制器23与IGBT桥18之间设 有IGBT驱动。
上述的风光互补景观风车中，在风轮机1上设有灯16，在AC/DC 双向变换器6与灯16之间设有灯光控制器14，该灯光控制器14执 行附图2中控制器23给出的控制信号。
上述的风光互补景观风车中，风轮机1的塔架15为上小下大的 变截面体，无需四周牵拽，这使得风车整体新颖美观。
上述的风光互补景观风车中，在风轮机1上设置的灯16为设在 风轮机1的叶片和塔架上的L E D发光二极管，具体灯光配置需根据 现场应用情况设计，附图l中仅作示意说明。
上述的风光互补景观风车中，电机3为可交替工作在发电机和电 动机两种状态下的电机。
本风光互补景观风车新颖美观、没有害物质排放，无污染、灵活、 高效、电能输出稳定。日常运行成本低，无须从外部取电，年维护量 小，可承载公益宣传、企业及产品广告等功能，适合在公园、村庄、 公路两侧使用。
本实用新型改进了风光互补发电系统中风轮机仅用于发电的传 统运行模式，使风轮的转动方向和速度得到了准确的控制，较为理想 地实现了风车的景观效果。在夜间通过风车的旋转与灯光的配合，使 风车更加绚丽多彩。
图1为本实用新型风光互补景观风车的结构示意图； 图2为本实用新型风光互补景观风车的控制电路图。 具体实施方案
如图1所示，本风光互补景观风车包括风力发电/驱动部分、太 阳能发电部分和能量存储与转换部分。
风力发电/驱动部分由风轮机1 、连接轴承2 、转速传感器13、 电机3、连接导线4组成。15为风轮机1的塔架，16为设在风轮机 1的叶片和塔架15上的灯。
太阳能发电部分由光伏电池板9、连接导线组成IO。
能量存储与转换部分由AC/DC双向变换器6 、连接导线7 、DC/DC 变换器ll、连接导线8、蓄电池12组成。
风轮机1的塔架15采用无牵引设计，即通过变截面的塔架承载 风轮机，四周无需牵拉固定。
附图2表示了 AC/DC双向变换器6的详细结构。IGBT桥18通过 输入端子17与电机3相连，通过开关Kl、 K2与蓄电池12相连。IGBT 桥18与开关K1、 K2的控制信号均由控制器23给出，其中用于控制 IGBT桥18的信号还要经IGBT驱动24放大调理，转换为可直接驱动 IGBT的控制信号。CT1、 PT1、 PT2所采集的电信号及转速传感器13 所采集的信号构成了控制量输入22，为控制器23的闭环控制提供依 据。控制器的核心部分采用了运算能力超过了 100MIPS的高速数字信 号处理器，IGBT选用了开关频率高于10kHZ的高速器件，这使得IGBT 桥可以高效灵活的工作，从而保证了电能的稳定输出。
图2所述实施例中的IGBT桥使用单相电机，若采用三相电机， 仅需将现有的四桥臂增加为六桥臂。
电机3采用可工作于发电机和电动机状态的电机，通过控制装置
实现两种状态的切换。当电机Tlf賴^fe电机状态时，附图2中开关
Kl闭合，K2断开，电机3所发交流电能经IGBT桥18及Kl向蓄电池 12充电；当电机3工作在电动机状态时，Kl断开，K2闭合，蓄电池 12经K2及IGBT桥18向电机3供设定频率交流电能。控制器23根 据控制量输入22控制开关Kl和K2的开断并生成控制信号，经IGBT 驱动24控制IGBT桥18，实现发电机状态下充电电压的稳定及电动 机状态下输出设定频率的交流电能。
风力发电/驱动部分向能量存储与转换部分储能或取能，太阳能 发电部分在有光照的条件下向能量存储与转换部分输出直流电能。
14为灯光控制器，它设在AC/DC双向变换器6与灯16之间，它
控制夜间灯光闪烁。
景观由风轮机的转动和夜间风轮机表面灯光的闪烁组成。 本实用新型利用风光互补供电技术实现了景观设施对电的自发 自用，通过电力电子控制技术实现了电机可以交替工作在发电机和电 动机两个状态，风轮机既可以带动电机发电，也可以在电机的驱动下 按设定的速度旋转。另外，通过选用外型美观且颜色亮丽的风轮机、 变截面的塔架及增加L E D灯光照明设备，实现了全天候的理想景观效果。
风轮机的工作过程-
1. 当风速高于切入风速时，风轮机1拖动电机3发电，发出电能经 AC/DC双向变换器6 ，将稳定的直流电能储存到蓄电池12中。
2. 当风速低于切入风速但高于设定转速(做为景观所要求的转速) 时，电机3停止工作。
3. 当风速低于切入设定转速时，蓄电池12经AC/DC双向变换器6向
电机3供电，电机3在发电机状态运行，拖动风轮机l按照设定 转速工作。 光伏电池工作过程
在日间有光照时，光伏电池板9经DC/DC变换器11向蓄电池充电。
景观效果说明
在日间，当风速高于设定风速时，风轮机自由转动；当风速低于 设定风速时，转速由AC/DC双向变换器6控制，此时附图2中Kl断 开，K2闭合，蓄电池12通过IGBT桥18为电机3供电，电机3的转 速通过控制器23根据控制量输入22给出，经IGBT驱动11转换为可 直接驱动IGBT桥18的控制信号，IGBT桥18在控制信号的作用下向 电机3输出与所需转速相对应频率的交流电能，展现景观效果。
在夜间，灯光开启，并由灯光控制器控制风轮机l塔架和叶面的 LED发光及闪烁。风轮机的工作与日间相同。
另外，在场地允许的情况下，可使用多台风轮机协同工作，增强 景观效果。
在风轮机工作过程中，转速的获取是由13转速传感器获得，为 控制提供依据。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方 案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本 领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修 改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均 应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1、一种风光互补景观风车包括风轮机(1)和太阳能发电装置，其特征在于，通过连接轴承(2)与风轮机(1)相接有一电机(3)，该电机(3)经过AC/DC双向变换器(6)与一蓄电池(12)的正负极相连接，在风轮机(1)与电机(3)之间设置了一个转速传感器(13)，太阳能发电装置通过DC/DC变换器与蓄电池(12)的正负极相连接，与AC/DC双向变换器(6)相连的还有一个控制器(23)。
2、 根据权利要求1所述的风光互补景观风车,其特征在于，AC/DC 双向变换器(6)包含由控制器(23)控制的IGBT桥(18)和开关 Kl、开关K2， IGBT桥(18)通过开关Kl和开关K2与蓄电池(12) 相连，通过其输入端子与电机(3 )相连。
3、 根据权利要求2所述的风光互补景观风车，其特征在于，所 述的控制器(23)包含数字信号处理器。
4、 根据权利要求2或3所述的风光互补景观风车，其特征在于， 在控制器(23)与IGBT桥(18)之间设有IGBT驱动(24)。
5、 根据权利要求1或2或3所述的风光互补景观风车，其特征 在于，在风轮机1上设有灯(16)，在AC/DC双向变换器(6)与灯(16) 之间设有灯光控制器(14)。
6、 根据权利要求1或2或3所述的风光互补景观风车，其特征 在于，风轮机(1)的塔架(15)为上小下大的变截面体。
7、 根据权利要求5所述的风光互补景观风车，其特征在于，在 风轮机(1 )上设置的灯(16)为设在风轮机(1 )的叶片和塔架上 的LED发光二极管。
8、 根据权利要求1或2或3所述的风光互补景观风车，其特征 在于，电机(3)为可交替工作在发电机和电动机两种状态下的电机。
专利摘要本实用新型属于可再生能源利用技术领域，具体涉及一种以风能、太阳能为原动力的创新性景观设施。技术方案包括风轮机(1)和太阳能发电装置，其特征在于，通过连接轴承(2)与风轮机(1)相接有一电机(3)，该电机(3)经过AC/DC双向变换器(6)与一蓄电池(12)的正负极相连接，在风轮机(1)与电机(3)之间设置了一个转速传感器(13)，太阳能发电装置通过DC/DC变换器与蓄电池(12)的正负极相连接，与AC/DC双向变换器(6)相连的还有一个控制器。本风光互补景观风车新颖美观、无污染，日常运行成本低，无须从外部取电，年维护量小，可承载公益宣传、企业及产品广告等功能，适合在公园、村庄、公路两侧使用。
文档编号H02N6/00GK201013537SQ20072010362
公开日2008年1月30日 申请日期2007年2月15日 优先权日2007年2月15日
发明者井天军, 杨明皓, 翟庆志 申请人:中国农业大学