一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法与流程

本发明涉及新能源发电技术领域，更具体地说，涉及一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法。

背景技术：

太阳能、风能等作为绿色环保的新能源，取之不尽，用之不竭。在全球能源日益短缺、环境日益恶化的背景下，太阳能、风能作为一种可持续利用的清洁能源，引起各方面的高度关注。

近年来，我国光伏产业在国家大型工程项目、推广计划和国际合作项目的推动下迅速发展。作为今后能源发展的方向，太阳能、风能作为新能源，具有不受供电影响、不消耗常规电能、只要阳光充足就可以使用等特点，因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品，运行维护成本低廉，整个系统运行均为自动控制，无需人为干预，几乎不产生维护成本。然而现有的太阳能发电由于太阳能电池板大部分为平面，且安装角度是固定不变的，太阳能电池板无法充分地吸收转化太阳光，发电量得不到保证，难以持续利用，而且普通的太阳能发电装置无法利用雨水进行发电。因此，需要采取新的技术方案来解决上述问题。

关于新能源发电的技术方案已有相关的技术方案公开，如中国专利号：ZL201420431568.4，授权公告日：2015年2月4日，发明创造名称为：一种太阳能路灯，该申请案公开了一种太阳能路灯，包括灯杆，所述灯杆上设有至少一个照明灯，所述灯杆的上端部设有太阳能电池板，且太阳能电池板呈开口朝上的喇叭状结构，太阳能电池板与灯杆之间设有加强板，太阳能电池板底部设有漏孔，且与灯杆内部相通，灯杆的竖直段上设有雨水发电装置，灯杆的一侧上设有电能存储装置。该专利方案将太阳能电池板设置为喇叭状结构，这样随着太阳的转动，太阳能电池板的受光面积大，同时还可以将下雨的雨水收集进入灯杆内冲击雨水发电装置，利用雨水的重力势能进行发电。该方案虽然能够在太阳照射方位变化时保持在发电状态，但由于发电装置成锥形分布，能够接受太阳照射的面积有限。

又如中国专利申请号：201320158483.9，申请日：2014年4月2日，发明创造名称为：一种能源自供装置，包括太阳能电池板本体、风车、电线杆、路灯，所述的太阳能电池板本体设于电线杆上并与路灯电连接；所述的风车设于太阳能电池板本体上并与太阳能电池板本体电连接，属于能源应用的技术领域。该专利方案虽然能够同时利用风能和太阳能，但太阳能板发电面积小，风力发电受风向影响较大，发电效率有待提高。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中能源利用率较低的不足，提供了一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，利用太阳能、风能和雨水进行发电，在不同天气环境下均能正常工作，提高了对能源的利用率，便于推广使用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，利用光伏-风力-雨水发电一体化装置进行发电，发电一体化装置包括控制系统，以及设置在支撑机构上的光伏发电-雨水发电装置和风力发电机构，其发电方法为：

1)、光伏发电-雨水发电装置中的湿度感应装置进行信号采集，并将采集信号发送至控制器；

2)、控制器根据湿度信号进行工作模式判断，若湿度感应装置的湿度信号判定为雨天，则伞形开合机构处于收合集水状态；否则处于展开状态；控制器发出相应执行信号；

3)、若伞形开合机构收到收合执行信号，伸缩杆驱动机构控制伞形开合机构收合，收集的雨水冲击水轮发电机进行雨水发电；若伞形开合机构收到展开执行信号，伸缩杆驱动机构控制伞形开合机构展开，光伏组件利用太阳能进行光伏发电；

4)风力发电机构通过尾翼采集风向，在风力作用下风叶轮的旋转面与风向垂直，风叶轮旋转使风力发电机发电；

5)、光伏发电、雨水发电和风力发电所产生电能经过整流器整流，并把电能存储在蓄电池中供用电设备使用。

作为本发明更进一步的改进，所述风力发电机构包括风力发电机、风叶轮和尾翼，通过尾翼控制风叶轮的旋转面与风向垂直；所述风力发电机通过发电机支架与支撑机构中的第二支架相连，且风力发电机与发电机支架转动连接。

作为本发明更进一步的改进，所述风叶轮设置在风力发电机的转轴上，尾翼通过尾翼连杆固定在风力发电机的壳体上，且尾翼的面板垂直于风叶轮的旋转面而竖直设置。

作为本发明更进一步的改进，所述的光伏发电-雨水发电装置包括光伏组件和伞形开合机构，在伞形开合机构展开状态下，光伏组件接受太阳光进行发电；在伞形开合机构收合状态下，形成雨水收集口，所收集雨水经过水轮发电机进行发电。

作为本发明更进一步的改进，所述伞形开合机构包括伞架中心杆、开合驱动机构、上压缩套筒、下压缩套筒、压缩弹簧和伞架底座，所述伞架底座与伞架中心杆滑动连接，下压缩套筒、压缩弹簧和上压缩套筒由下至上依次套装在伞架中心杆上，且上压缩套筒与伞架中心杆相固定；所述下压缩套筒和上压缩套筒上均连接有撑丝，开合驱动机构控制伞架底座上下运动实现伞形开合机构的收拢与展开。

作为本发明更进一步的改进，所述光伏组件包括单晶硅太阳能组件和柔性薄膜太阳能组件，所述伞形开合机构中的撑丝上设置有防雨布；在防雨布向上的一侧设置有柔性薄膜太阳能组件，所述单晶硅太阳能组件通过抽拉滑杆或折角方式设置在防雨布的外缘；所述单晶硅太阳能组件与柔性薄膜太阳能组件上均设置有与控制系统中控制器电连接的湿度感应装置。

作为本发明更进一步的改进，所述伞形开合机构通过导流支架与支撑机构中的第一支架铰接；所述开合驱动机构包括伸缩杆，所述第一支架与第二支架相对设置，伸缩杆一端与第二支架铰接，伸缩杆的伸缩端与伞架底座相连接，该伞架底座与伞架中心杆滑动连接，伸缩杆驱动机构与控制器电连接，通过伸缩杆驱动机构控制导流支架摆动。

作为本发明更进一步的改进，所述伞架底座通过内滑套与伞架中心杆滑动连接，在伞架底座外周与内滑套之间形成至少5个底座入水口；伞架底座下端连接有导流管，该导流管与设置在导流支架上的输水套管配合而疏导水流进入导流支架的内部空腔。

作为本发明更进一步的改进，所述导流支架的两个铰接支脚为导流支架出水口，该导流支架出水口与第一支架中的水流管连通；所述水流管的出水口通向水轮发电机的水轮，水流冲击水轮旋转而发电。

作为本发明更进一步的改进，所述控制系统还包括整流器和控制器，太阳能、风力、水力所发电能被整流后经控制器传到蓄电池中存储，通过蓄电池向用电设备供电。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，在晴朗天气下能够利用太阳能和风能进行发电，在雨天可利用风能和雨水进行发电，保证了用电设备在不同天气下均能够正常工作；

(2)本发明的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，在风力发电机构中通过尾翼连杆连接有尾翼，而且尾翼面板垂直于风叶轮的旋转面而竖直设置，通过尾翼连杆增加了尾翼与发电机间的距离，在有风的情况下，尾翼面板受风力影响会转动到与风向平行的位置，此时风叶轮的旋转面与风向垂直，具有较大的迎风面，使风叶轮的转速最大，风力发电效率最高；

(3)本发明的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，所设置的光伏组件位于伞形开合机构，所采用的柔性薄膜太阳能组件能够帖附于防雨布表面，能够折叠收合；在伞形开合机构展开的状态下，具有较大的光能吸收面，并能够通过伸缩杆调节伞形开合机构的倾斜度，提高了太阳能的利用率；

(4)本发明的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，在伞形开合机构收合的状态下，形成了雨水收集口，该雨水收集口开口向上，所收集的雨水通过底座入水口进入导流支架，最后冲击水轮旋转而发电，保证了装置在雨天也能够正常发电使用。

附图说明

图1为本发明中光伏-风力-雨水发电一体化装置整体结构示意图；

图2为本发明中光伏-风力-雨水发电一体化装置具体结构示意图；

图3为本发明中伞形开合机构的结构示意图；

图4为本发明中伞形开合机构上太阳能组件的分布结构示意图；

图5为本发明中底座入水口的结构示意图；

图6为本发明中上、下压缩套筒的位置结构示意图；

图7为本发明中导流管与输水套管的位置关系示意图；

图8为本发明中输水套管的内部结构示意图；

图9为本发明中输水套管与伞架中心杆的连接结构示意图；

图10为本发明中导流支架与第一铰接座的连接结构示意图；

图11为本发明中伸缩杆的结构示意图；

图12为本发明中水轮发电机的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、光伏发电-雨水发电装置；11、单晶硅太阳能组件；12、柔性薄膜太阳能组件；121、雨水收集口；13、抽拉滑杆；141、伞架中心杆；142、上压缩套筒；143、下压缩套筒；144、压缩弹簧；145、撑丝；15、伞架底座；151、底座入水口；152、内滑套；153、导流管；16、导流支架；161、导流支架出水口；17、第一铰接座；171、第一铰接轴；18、输水套管；181、中心杆连接板；182、导流套筒；2、风力发电机构；21、风力发电机；22、风叶轮；23、轮毂；24、尾翼；25、尾翼连杆；26、发电机支架；3、支撑机构；31、主支杆；32、第一支架；33、水流管；34、第二支架；35、伸缩杆；351、伸缩杆外管；352、伸缩杆内管；353、第二铰接座；354、第三铰接座；355、伸缩杆驱动机构；36、结构增强杆；4、底座；41、底座箱体；42、水轮发电机；421、水轮电机支座；43、整流器；44、控制器；45、蓄电池；46、排水管。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，包括光伏发电-雨水发电装置1、支撑机构3、风力发电机构2和控制系统，本实施例中的光伏发电-雨水发电装置1、风力发电机构2均固定在支撑机构3上，光伏发电-雨水发电装置1和风力发电机构2所转化的电能存储在控制系统的蓄电池45中为其他用电设备供电。

本实施例中的支撑机构3包括主支杆31、第一支架32和第二支架34，第一支架32和第二支架34设置在主支杆31的上端，且两者相对设置，风力发电机构2设置在第二支架34上，光伏发电-雨水发电装置1设置在第一支架32上，为了增强结构，在第二支架34与主支杆31之间设置有结构增强杆36。

结合图2，本实施例中的风力发电机构2包括风力发电机21、风叶轮22和尾翼24，通过尾翼24控制风叶轮22的旋转面与风向垂直。更为具体地，风叶轮22通过轮毂23与风力发电机21相连，风力发电机21通过发电机支架26与支撑机构3中的第二支架34相连，且风力发电机21与发电机支架26转动连接，使风力发电机21能够相对发电机支架26转动，可根据风向调整风叶轮22的旋转面，该旋转面为风叶轮22旋转时形成的圆周面。

为了达到较大的风力发电效率，风叶轮22设置在风力发电机21的转轴上，尾翼24通过尾翼连杆25固定在风力发电机21的壳体上，且尾翼24的面板垂直于风叶轮22的旋转面而竖直设置。尾翼连杆25增加了尾翼24与风力发电机21间的距离，相当于增加了力臂，即便有较小的风力，也能促使风力发电机21转动而调整旋转面方位。本实施例把尾翼24的面板垂直于风叶轮22的旋转面而竖直设置，一方面，通过竖直设置可具有较大的受力面积；另一方面，尾翼面板垂直于风叶轮22，当风力促使尾翼24与风向平行时，风叶轮22的旋转面与风向垂直，具有较大的迎风面，风叶轮22转速最快，发电效率最高。

实施例2

本实施例的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例的光伏发电-雨水发电装置1包括光伏组件和伞形开合机构，在伞形开合机构展开状态下，光伏组件接受太阳光进行发电；在伞形开合机构收合状态下，形成雨水收集口121，所收集雨水经过水轮发电机42进行发电。

具体地，结合图3，伞形开合机构包括伞架中心杆141、开合驱动机构、上压缩套筒142、下压缩套筒143、压缩弹簧144和伞架底座15。所述伞架底座15与伞架中心杆141滑动连接，如图6所示，下压缩套筒143、压缩弹簧144和上压缩套筒142由下至上依次套装在伞架中心杆141上，且上压缩套筒142与伞架中心杆141相固定，防止其上下滑动而导致整个机构无法展开。所述下压缩套筒143、上压缩套筒142上均连接有撑丝145，开合驱动机构控制伞架底座15上下运动实现伞形开合机构的收拢与展开。

如图4所示，本实施例中的光伏组件包括单晶硅太阳能组件11和柔性薄膜太阳能组件12，所述伞形开合机构中的撑丝145上设置有防雨布，根据伞形开合机构的结构设置，防雨布可选择不同的设置方式，可以为普通防水材料，也可为弹性材料或通过层叠设置使其能够上下开合。在防雨布向上的一侧设置有柔性薄膜太阳能组件12，撑丝145将防雨布等分为八块，柔性薄膜太阳能组件12设置在每块防雨布上，每块柔性薄膜太阳能组件12由柔性薄膜太阳能电池带分多行贴在防雨布上组成，实际使用时具体行数及防雨布块数可根据实际需要进行选择。柔性薄膜太阳能组件12之间采用串联或并联方式联结，本实施例优选为串联联接。

所述单晶硅太阳能组件11设置在防雨布的外缘，当伞形开合机构收合时，相邻撑丝145外缘间的间距必定会减小，因此在相邻撑丝145顶端之间设有抽拉滑杆13，单晶硅太阳能组件11设置在抽拉滑杆13上，通过撑丝145可控制抽拉滑杆13缩短或拉长，单晶硅太阳能组件11的长度等于伞形开合机构收合后相邻撑丝145顶端的间距，在伞形开合机构收合收合状态下，各单晶硅太阳能组件11不会相互干涉。单晶硅太阳能组件11也分为八块发电片设置在防雨布外缘，发电片之间串联联接。单晶硅太阳能组件11与柔性薄膜太阳能组件12所产生电能汇流后进行传输，经过整流后存储至蓄电池。

需要说明的是，在单晶硅太阳能组件11与柔性薄膜太阳能组件12上均设置有湿度感应装置，感应装置将感知信号传输到控制系统中的控制器，然后控制器发布相应的执行信号驱动伞形开合机构展开或收合，实现智能控制。

实施例3

结合图3，本实施例的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例中单晶硅太阳能组件11的设置方式不同，单晶硅太阳能组件11由左右两部分组成，单晶硅太阳能组件11中间部位可弯曲折叠，通过折角方式形成一个夹角，类似于三角形两边之和大于第三边原理。需要注意的是，单晶硅太阳能组件11的长度与相邻撑丝145顶端的间距相同，保证伞形开合机构展开后单晶硅太阳能组件11被完全展开。当伞形开合机构收合时，相邻撑丝145顶端间距减小，单晶硅太阳能组件11左右两部分朝向与伞形开合机构相反的方向弯折而避免干涉，不影响伞形开合机构展开或收合，同时不影响雨水的手收集。这种结构设计相对于实施例2具有更大的受光面积，发电效率更高。

实施例4

本实施例的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：所述伞形开合机构通过导流支架16与支撑机构3中的第一支架32铰接，所述开合驱动机构包括伸缩杆35，伸缩杆35一端与第二支架34铰接，伸缩杆35的伸缩端与伞架底座15相连接，该伞架底座15与伞架中心杆141滑动连接，通过伸缩杆驱动机构355控制导流支架16摆动。

更为具体地，伸缩杆35包括伸缩杆外管351和伸缩杆内管352，如图11所示，在伸缩杆外管351上设置有伸缩杆驱动机构355，伸缩杆驱动机构355与控制器44电连接，通过伸缩杆驱动机构355控制伸缩杆内管352伸缩。此外，伸缩杆外管351通过第三铰接座354与第二支架34相连，伸缩杆内管352通过第二铰接座353与伞架底座15相连。当伸缩杆内管352伸出时，导流支架16会向右摆动，同时伞架底座15被向上推动，伞形开合机构展开；当伸缩杆内管352收合时，导流支架16向左摆动，直到处于竖直位置时停止，此时雨水收集口121恰好朝向上方，便于雨水收集。

实施例5

结合图4、图5，本实施例的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，其基本结构与实施例4相同，其不同之处在于：在伞形开合机构中，伞架底座15通过内滑套152与伞架中心杆141滑动连接，在伞架底座15外周与内滑套152之间通过栅片相连接，栅片之间形成底座入水口151，为了保证水流速度，一个伞架底座15上至少有5个底座入水口151，本实施例中设置有8个。伞架底座15下端连接有导流管153，该导流管153与底座入水口151相连通。导流管153下端与设置在导流支架16上的输水套管18配合而疏导水流进入导流支架16的内部空腔。

更为具体地，参见图8、图9，输水套管18包括中心杆连接板181和导流套筒182，中心杆连接板181沿输水套管侧壁等间隔设置，中心杆连接板181的内侧与伞架中心杆141固连。相邻的中心杆连接板181形成流水入口，水流可进入导流支架16的内部空腔。所设置的导流套筒182位于输水套管18上端，其内壁半径与导流管153外缘半径相差0.5～1.3mm。当伞架底座15下滑至最底部时，如图7所示，导流管153可轻松插入导流套筒182内，而且其结合部分增加了结构强度，当风力较大时，可减轻对中心杆连接板181的损害，形成双重连接，保证了结构的稳定性，使用寿命长。

参见图10，所述导流支架16的两个铰接支脚为导流支架出水口161，在第一支架32上设置有第一铰接座17，该第一铰接座17由两侧耳平行设置组成，两侧耳之间部分与第一支架32的内腔相通。第一铰接座17上横向设有第一铰接轴171，导流支架16的两个铰接支脚卡住第一铰接轴171，而且导流支架出水口161与第一支架32中的水流管33连通，水流管33的出水口通向水轮发电机42的水轮，水流冲击水轮旋转而发电，实现了利用雨水进行发电。

实施例6

本实施例的一种光伏-风力-雨水发电一体化发电方法，其基本结构与实施例5相同，其不同之处在于：主支杆31底部与底座4中的底座箱体41固连；控制系统和水轮发电机42均设置在底座箱体41内部。所述控制系统包括整流器43和控制器44，太阳能、风力、水力所发电能被整流器43整流后经控制器44传到蓄电池45中存储，通过蓄电池45向用电设备供电。水轮发电机42设置在主支杆31下部，使水轮与水流管33相对，便于水力发电。在底座箱体41侧壁还设有排水管46，该排水管46连通水轮发电机42的排水口，将雨水排出。为了防止水轮发电机42受潮而损坏，如图12所示，在水轮发电机42底部设置水轮电机支座421，以保护水轮发电机42。

以上实施例不局限于所列举内容，各方案之间可根据实际需要有机组合，对于以上所给出的装置结构，其具体的使用方法为：

1)、光伏发电-雨水发电装置1中湿度感应装置进行信号采集，并将采集信号发送至控制器44；

2)、控制器44根据湿度信号进行工作模式判断，若有湿度感应装置的湿度信号判定为雨天，则伞形开合机构处于集水状态；否则处于展开状态。这里为了准确判定是否下雨，可以设定多个湿度感应装置共同进行天气判定，若有6个湿度感应装置的湿度信号判定为雨天，则开始执行相应操作。

3)、若伞形开合机构收到收合执行信号，伸缩杆驱动机构355控制伞形开合机构收合，收集的雨水冲击水轮发电机进行雨水发电；若伞形开合机构收到展开执行信号，伸缩杆驱动机构355控制伞形开合机构展开，光伏组件利用太阳能进行光伏发电。

伞形开合机构收至集水状态过程中，伸缩杆驱动机构355控制伸缩杆内管352回缩，伞架底座15向伞架中心杆141底部滑动，导流支架16向靠近伸缩杆35一侧摆动，当导流支架16位于竖直位置时，导流管153卡入导流套筒182内，可进行雨水收集；所收集雨水由底座入水口151进入导流管153，然后从中心杆连接板181之间进入导流支架16内腔，再经过导流支架出水口161进入水流管33，最后流出冲击水轮发电机42的水轮进行发电，利用后的雨水通过排水管46排出。

伞形开合机构展开过程中，伸缩杆驱动机构355控制伸缩杆内管352伸出，伞架底座15向伞架中心杆141顶部滑动，导流支架16向远离伸缩杆35一侧摆动，防雨布展开，单晶硅太阳能组件11和柔性薄膜太阳能组件12可接受光能进行光伏发电。

4)、风力发电机构2随时处于发电状态，通过尾翼24采集风向，在风力作用下风叶轮22的旋转面与风向垂直，风叶轮22旋转使风力发电机21发电。

5)、光伏发电、雨水发电和风力发电所产生电能经过整流器43整流，并把电能存储在蓄电池45中供用电设备使用。

本发明在晴朗天气下能够利用太阳能和风能进行发电，在雨天可利用风能和雨水进行发电，保证了在不同天气下均能够正常进行发电工作，提高了能源的利用率，便于推广使用，符合国家发展新能源的政策要求。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。