利用可再生資源進行能量生產的系統的制作方法
【專利摘要】一種利用可再生資源進行能量生產的系統，包括：支承結構，該支承結構包括第一和第二桿(11)，使豎向軸線風動機(10)定位在所述桿中的每一根桿上；所述第一和第二桿中的每根桿都包括在其頂點處定位的連接元件(29)，該連接元件具有用于第一纜索(24)的第一基座、和用于第二纜索(25)的第二基座；所述第一纜索和所述第二纜索相互垂直地定位；所述第一和第二纜索的端部固定至地面；所述第一和第二桿(11)均借助于鉸鏈(13)錨定到固定進入地面中的支柱(12)上；所述風動機(10)具有用以實現在所述桿上的安裝的縱向中心通孔、以及下部和上部鎖定環(9)，該下部和上部鎖定環與軸承(18)相關聯，以使所述風動機能夠轉動。
【專利說明】利用可再生資源進行能量生產的系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用可再生資源進行能量生產的系統。
【背景技術】
[0002]通常被視為可再生能源(即，其當前使用不損害它們的將來可得到性的那些資源)的有:水電能、太陽能、風能、海洋能及地熱能。
[0003]最常用的資源是太陽能和風能。
[0004]光電設備是電氣系統，該電氣系統利用太陽能通過光電效應來生產電能。
[0005]太陽跟隨器是以電子方式控制的機械裝置，該裝置將光電面板、熱太陽面板或太陽光聚集器相對于太陽的光線有利地定向。
[0006]風力設備利用豎向或水平軸線的渦輪機將風的動能轉換成電能。
[0007]為了實現有價值的電能生產，上述設備必須具有可觀的尺寸。
[0008]這意味著需要牢固的支架和非常大的基礎，因為系統必須能夠耐受不利的氣候條件，并且特別是必須耐受風力。結果是:巨大的結構重量、可觀的基礎尺寸、以及需要時間和專業化勞動的安裝。
[0009]此外，如果這樣的設備定位在農用地面上，則會對于在地面上作業施加相當的約束條件，導致對于這樣的作業造成干擾和妨礙。
[0010]文獻W02010103378述及一種由系帶網支承的太陽能收集系統。
【發明內容】
[0011]本發明的一個目的是提供一種利用可再生資源進行能量生產的系統，這種系統實現下方陸地的完全可接近性。
[0012]本發明的另一個目的是提供一種利用可再生資源進行能量生產的系統，這種系統具有容易建造的支承結構。
[0013]本發明的另一個目的是提供一種系統，這種系統安裝和除去簡單。
[0014]又一個目的是提供一種模塊式結構。
[0015]這些和另一些目的根據本發明由一種利用可再生資源進行能量生產的系統而實現，這種系統包括:支承結構，該支承結構包括第一桿和第二桿，該第一桿和第二桿沿豎向定位；定位在所述第一桿上的豎向軸線風動機、和定位在所述第二桿上的豎向軸線風動機；所述第一桿和所述第二桿中的每根桿都包括在其頂點處定位的連接元件；所述連接元件包括下部部分，該下部部分將被固定到所述第一桿上，并且將被固定到所述第二桿上；所述連接元件包括中間部分和上部部分；用于第一纜索的第一基座，所述第一基座定位在所述下部部分與所述中間部分之間；用于第二纜索的第二基座，所述第二基座定位在所述中間部分與所述上部部分之間；所述第一纜索和所述第二纜索相互垂直地定位；所述第一纜索的端部以及所述第二纜索的端部由固定進入地面中的支柱固定至地面；所述第一桿和所述第二桿中的每根桿都借助于鉸鏈錨定到固定進入地面中的支柱上；所述風動機具有縱向中心通孔，用以實現在所述第一桿上和在所述第二桿上的安裝；所述風動機包括用于所述風動機的下部第一鎖定環、和用于所述風動機的上部第二鎖定環；與所述第一環以及所述第二環相關聯以使所述風動機能夠轉動的相應軸承。
[0016]本發明的另一些特性在從屬權利要求中描述。
[0017]借助于本發明，可以在農用地面上建造大型設備，同時保持地面適用于其主要耕種目的。
[0018]在這方面，風動機(發電機)可被定位在離地面一定高度處，然而不使用要求的承載結構。該解決方案使用約5-6m高的非常細的桿，這些細桿由系帶保持就位。桿和系帶聯接到其上的基礎縮減成混凝土支柱，為農作物留下最大的可能空間。
[0019]按這種方式，支柱排形成在地面上，具有約4.5m的通過空隙。這保證為了農用車輛的環行對于下方陸地的完全接近，或者如果這種結構建造在道路上，保證對于使用道路的車輛的良好通過。
[0020]風動機通常是逐個桿地分別固定至地面。相反，本 申請人:已經認識到，通過使用用于幾根桿的共用固定系統，可以實現輕量化，并且能避免必需的巨大基礎(所述必需的巨大基礎干擾下方農作物)。
[0021]另外，在一個有利實施例中，太陽能設備的結構也協同地用來定位風動機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]本發明的特性和優點由其一個實施例的隨后詳細描述將更為顯明，該實施例作為非限制性例子在附圖中示出，在這些附圖中:
[0023]圖1表示按照本發明的一種利用可再生資源進行能量生產的系統，這種系統具有兩個兀件；
[0024]圖2表示按照本發明的一種利用可再生資源進行能量生產的系統，這種系統具有兩個兀件；
[0025]圖3表示按照本發明的一種結構，這種結構用來將支承桿和系帶固定至地面；
[0026]圖4表示按照本發明的安裝在支承桿上的風動機(windgenerator)的前視圖；
[0027]圖5表示按照本發明的安裝在支承桿上的風動機的立體圖；
[0028]圖6表示按照本發明的風動機的半凸緣；
[0029]圖7表示按照本發明的系統的纜索連接系統的細節的分解圖；
[0030]圖8表示按照本發明的系統的可滑動伸縮接頭的細節的分解圖；
[0031]圖9表示組合式風力和太陽能生產系統；
[0032]圖10表示穿過渦輪機固定系統的截面；
[0033]圖11表示穿過潤輪機固定系統的截面,包括發電機(electricalgenerator)；
[0034]圖12表示用來將風力桿固定到支承桿上的系統。
【具體實施方式】
[0035]參照附圖，按照本發明的一種利用可再生資源進行能量生產的系統包括多臺風動機10，這些風動機10特別是豎向軸線的，由伸張結構支承。
[0036]每臺風動機10由約10-12cm直徑的鐵支承桿11支承，其具有3_4mm的厚度。[0037]支承桿11由系帶網保持就位。
[0038]支承桿11和系帶優選地由支柱12固定到地面中，這些支柱12埋在地面中。支柱12包括長度為2-3m并且直徑為約30cm的混凝土管，該混凝土管楔入地面中。
[0039]支承桿11由在它們的基部處定位的聯接點13固定到支柱12上。
[0040]基礎有利地包括楔入地面中的支柱12、或在現場形成的微型樁，即大體在地面中在一定深度處形成的混凝土栓樁。
[0041]支柱12在其頂部設有聯接點13，該聯接點13包括帶鉆孔的豎向板14。支承桿11在它們的基部處的末端優選地是兩塊間隔開的帶鉆孔的豎向板15，這兩塊間隔開的帶鉆孔的豎向板15與板14配合。板14插入到板15中。
[0042]銷16穿過板14和15的相互面對的孔插入，以使支承桿11能夠繞與支承桿11的軸線相平行的軸線轉動。聯接點13所以形成鉸鏈。
[0043]每臺風動機10包括豎向軸線的渦輪機17，該豎向軸線的渦輪機17例如是Savonius型的,與支承桿11同軸地定位。潤輪機17例如是2m高,并且具有Im的直徑。
[0044]渦輪機17具有用來安裝在支承桿11上的中心縱向通孔。
[0045]在一個端部處，它也包括發電機19。
[0046]為了將渦輪機17固定到支承桿11上，使用兩個半凸緣(half-flange)9，這兩個半凸緣9螺接到其上，即一個在上部并且一個在下部，這兩個半凸緣9將渦輪機17固定到支承桿11上。每對半凸緣9起到用于軸承18的支架的作用，這使渦輪機17能夠轉動。優選地，將三個或四個結構40固定到所述軸承18上，以將那些風擊表面限定和保持就位，這些風擊表面形成風力葉片。這些柔性表面通過張緊而保持形狀。
[0047]所述張緊通過按順序修改在用于葉片表面的相對的所述支承結構，相對于第一中心的上部與相對于下部的第二中心，之間的距離而實現。張緊通過調整適當螺釘而施加，這些適當螺釘插入到中心環中。
[0048]每對半凸緣9形成直徑比支承桿的外徑稍大的環，該環由至少三個等距離徑向螺釘固定，該至少三個等距離徑向螺釘使環能夠聯接到桿上，并且使桿的任何非線性能夠被補償。這使桿能夠使用，這些桿不必是完全直線的，并因而避免為保證它們的直線性在特定公差內的高成本桿加工。
[0049]按這種方式固定的環使得能夠與支承桿的直線性無關地在一定極限內得到同軸固定點。
[0050]這些環的組裝由簡單的可除去式支承結構而簡化，該可除去式支承結構在外部固定到環上，這些環使它們在螺釘的擰緊期間保持同軸，這些螺釘將環固定到桿上。
[0051]渦輪機17在上部或下部環9的附近包括環型的發電機19，該發電機19直接安裝在桿11上。具體地說，永磁體41固定到軸承18上，以在葉片轉動之后在定子的繞組42內引發電場，這些繞組42連接到對應環9上，以整體形成多相環發電機。
[0052]固定元件(或連接冠)29固定到支承桿11的上部端部上。
[0053]固定元件29具有用于其固定到桿11上的下部部分21、中間部分22及上部部分23。
[0054]在下部部分21與中間部分22之間為纜索24提供基座。
[0055]在中間部分22與上部部分23之間，為纜索25提供基座，該纜索25布置成與纜索24相垂直。
[0056]如此形成固定元件29，使它能夠安裝在桿11的頂部上，并且由兩根相互垂直的拉緊的金屬纜索24和25橫過。
[0057]基本上，兩根拉緊的金屬纜索24和25被包括到固定元件29的構成元件中。
[0058]部分21、22及23由螺釘相互接合。之前，將鎖定套管26 (它增大纜索直徑)在工廠中以預定距離和高精度，按由設計計劃的尺寸，施加到纜索上并且壓接在其上。按這種方式，這些套管形成一種組裝模板，因為套管的位置已經以高精度限定各支承管11之間的距離。
[0059]用于纜索24和25 (所述纜索24和25定位在下部部分21中、在中間部分22中并且在上部部分23中)的基座被形成為能夠保持鎖定套管26。
[0060]從而，纜索用來不僅將桿支承就位，而且也以高精度將它們按間隔開的正確距離保持就位，從而避免在桿的頂部之間的距離的任何調整。這種系統能夠降低成本，簡化支承桿的組裝，并且保證高精度。
[0061]兩根相互垂直的纜索25和25到達每根桿11處。如處理側部桿，則將纜索在支柱12處固定至地面。如處理中間桿，則纜索轉到下根桿。
[0062]對于具有六根桿11的設備，使用18mm直徑的鋼纜索。
[0063]在本發明的一個特別有利的實施例中，在固定元件29的上部部分23的上方并且在其側部處，設有兩個凸緣，這兩個凸緣包括幾個孔，對于螺釘需要這幾個孔，這些螺釘將固定元件固定到管30上。
[0064]一個凸緣27用來將固定元件29固定(支承)到管30上，與第一個凸緣相對的另一個凸緣28用來將固定元件29固定(支承)到另一根相鄰管30上，該相鄰管30與第一管30共線。按這種方式，可形成連續成排的管30。水平定位的管30可以繞其自己的軸線轉動。對于它連接有多根副管31，這些副管31垂直地固定到主管30上，并且能夠憑借軸承繞它們的自己軸線轉動。
[0065]太陽能收集面板32固定到各個副管31中的每一根副管上。
[0066]主管30優選地由擠壓鋁制成(減小重量)，具有12mm的長度，并且內部是空心的，具有約30-40cm的直徑。
[0067]副管31在主管的兩側上的末端都是凸緣，以使面板32能夠通過螺釘安裝和拆卸。
[0068]主管30的兩端固定到兩根支承桿11上，這兩根支承桿11由系桿網保持就位。
[0069]對于兩根相互對準的主管30，需要兩根側部支承桿11和僅一根中間支承桿11。
[0070]在主管30的一個端部處，設有馬達，該馬達適當地固定到管上，其齒輪嚙合在帶齒半圓輪(或帶齒輪)中，該帶齒半圓輪固定到固定元件29上。這個馬達使主管30繞其軸線轉動。
[0071]在主管30上的更內部，有另一個馬達，該馬達驅動齒條，該齒條使剛性小齒輪轉動，該剛性小齒輪具有固定到副管31上的軸。這種結構對于固定到主管30上的每對副管重復。
[0072]作為對于上述解決方案的可選擇例，齒輪可由齒條替換，該齒條具有皮帶輪和皮帶(或鏈條)。
[0073]在主管30的另一個端部處，設有可滑動伸縮接頭33，該可滑動伸縮接頭33設有可伸縮元件，以實現其伸縮。
[0074]一個可伸縮元件34固定到發電機29的凸緣上，并且另一個可伸縮元件35固定到主管30上。兩個可伸縮元件由聚四氟乙烯(PTFE)環36分離。在組裝期間，將可滑動端部固定到支承結構上，從而實現最大膨脹和最大收縮。
[0075]伸縮接頭33使主管30能夠通過熱膨脹延長，而不壓在支承點上，這些支承點是固定元件，或者反之亦然，使固定元件在固定點處具有一定運動彈性，按這種方式補償纜索的彈性。
[0076]由于主管30是承載的，它支承其自己的重量、內部連桿的重量、旋轉軸(面板連接到這些旋轉軸上)的重量、以及面板的重量。管的機械特性能夠與軸的位置無關地耐受風力和雪負載。
[0077]用于各個面板32和/或渦輪機17的連接電纜定位在主管30的內部，并將由此產生的電流帶走。
[0078]用于跟隨器的控制系統(該控制系統集成到主管30中)能夠恒定地保持面板這樣指向，從而通過已知技術使太陽光與面板的收集表面相垂直，這些已知技術按照算法由天體力學的可預測性導出，該算法基于日期和時間、地理安裝坐標、及對于與地面相平行的主軸線的北方的方位。
[0079]每根主管30包括集成到管本身中的控制系統、和能夠與附近主管30通信的接收
器/發射器。
[0080]控制系統設有優選為ZigBee類型的接收器-發射器，借助于該接收器_發射器，它能夠在網絡內通信，該網絡包括幾臺發電機和一個或更多個控制中心。每個接收器-發射器在網絡內形成節點，該節點能夠直接傳達其自己的消息，或者重新傳輸從附近節點接收的消息。接收器-發射器的作用半徑必須是這樣的，從而能夠不僅與最近接收器-發射器通信，而且在它們中的一個或更多個有故障的情況下，能夠與更遠的接收器-發射器通信。為此目的，每個接收器-發射器的作用半徑將至少等于主管30的四倍長度。
[0081]典型情況可以是與跟隨器32和渦輪機17相組合的結構的使用，該結構具有長度12m的主管30，這些主管30在與高度5m的桿間隔開12m的平行排中，該結構在主管30的第一側上包括五個面板，并且在主管30的另一側上在與第一側幾個相對的位置中包括五個面板，以避免平衡問題，這些面板具有lmX2m(或甚至更大)的尺寸，間隔開約1.5m。借助于這種構造，對于農作物的類型和農業機械(這些農業機械能夠在設備下面通過)的尺寸沒有限制。
[0082]通過將設備安裝得很高，發電機和電氣系統保持遠離地面，能夠提高對于人員的安全水平，并且使得可能形成洪澇或沼澤的地方能夠使用。
[0083]具有系桿的結構可以僅借助于有限的基礎工程通過使用待插入到地面中的微型桿或支柱而實現，所以能夠省去傳統跟蹤器(這些傳統跟蹤器位于地面上)所需的強加鋼筋混凝土基礎工程。
[0084]當已鋪設一排支柱、且將支柱排橫向連接在一起的纜索已經穿過支柱的頂部時(然后將纜索在支柱排的開始和端部處鎖定到地面上)，這種解決方案使桿通過將它們在桿的基底處的樞軸上使用簡單杠桿系統非常容易地轉動而能夠從地面升高。在桿與基礎之間的接合包括樞軸，該樞軸可退出以使桿能夠更換，并且該樞軸在設備壽命終止時使結構能夠拆除，并且使基礎能夠容易地從地面除去。基礎在固定環處在其端部處聯接到升降系統上，該升降系統將它從地面沿豎向退出。
[0085]設備沿所有的運動軸線都是平衡的，并因而使其運動所需的力被最小化。這使得能量消耗低并且機構部件較輕。
[0086]本發明的支承結構不需要鋼筋混凝土基礎工程，該鋼筋混凝土基礎工程對于下方地面形成顯著影響，并且在設備操作壽命的結束處難以除去。
[0087]憑借所研究的系統的特性，渦輪機的安裝是特別簡單而又經濟的。
[0088]它在新結構安裝的情況下、和在已經存在結構的情況下都完全發生在地面上，在新結構安裝的情況下憑借安裝系統，該安裝系統基于將桿的基底鉸接，這在安裝期間將桿保持位于地面上，僅在以后才放置在豎立位置中，在已經存在結構的情況下，所述鉸鏈使桿按能夠插入固定環和渦輪機的環形元件必需的量能夠與鉸鏈脫開。這方面在保證用來更換所述渦輪機元件的任何維護操作時是重要的，這樣的操作是經濟的，因為沒有拆卸連續伸張結構的需要(如此說是因為它包括連續纜索，這些連續纜索穿過在桿的頂部處定位的窩槽。
[0089]如指出的那樣，桿不必耐受巨大彎曲應力，所述巨大彎曲應力由在葉片上的風引起，并由此傳遞到支承支柱上；因此可使用小尺寸的鋼或甚至木材的普通桿。
[0090]此外，桿不必轉動，而是代之以在桿本身上安裝的渦輪機轉動，所以桿是非常普通的桿。
[0091]對于非常長的桿，如在約6m的目前情況下，使用進一步固定環9或進一步軸承18，兩個或甚至三個渦輪機可以彼此上下交疊地安裝在桿上。
[0092]所使用的材料和尺寸可以根據要求和根據現有技術狀態隨意選擇。
[0093]按這種方式設計的太陽跟蹤器可以具有多種修改和變化，這些修改和變化全部都落在本發明概念的范圍內；此外，全部細節可由技術等效元件替換。
【權利要求】
1.一種利用可再生資源進行能量生產的系統，該系統包括:支承結構，所述支承結構包括第一桿和第二桿，所述第一桿和第二桿沿豎向定位；定位在所述第一桿上的豎向軸線風動機、和定位在所述第二桿上的豎向軸線風動機；所述第一桿和所述第二桿中的每根桿都包括在其頂點處定位的連接元件；所述連接元件包括下部部分，所述下部部分將被固定到所述第一桿上，并且將被固定到所述第二桿上；所述連接元件包括中間部分和上部部分；用于第一纜索的第一基座，所述第一基座定位在所述下部部分與所述中間部分之間；用于第二纜索的第二基座，所述第二基座定位在所述中間部分與所述上部部分之間；所述第一纜索和所述第二纜索相互垂直地定位；所述第一纜索的端部以及所述第二纜索的端部由固定進入地面中的支柱固定至地面；所述第一桿和所述第二桿中的每根桿都借助于鉸鏈錨定到固定進入地面中的支柱上；所述風動機具有縱向中心通孔，用以實現在所述第一桿上和在所述第二桿上的安裝；所述風動機包括用于所述風動機的下部第一鎖定環、和用于所述風動機的上部第二鎖定環；與所述第一環以及所述第二環相關聯以使所述風動機能夠轉動的相應軸承。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括鎖定套管，所述鎖定套管按預定距離壓接到所述第一纜索上并且壓接到所述第二纜索上，所述第一基座和所述第二基座能夠保持所述鎖定套管。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括與所述風動機相連接的發電機，其同軸地固定到所述第一桿上、并且固定到所述第二桿上。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括:承載水平主管，所述主管能夠繞其軸線轉動；所述主管的端部聯接到所述第一桿的上部端部以及所述第二桿的上部端部上；多根副管，所述多根副管按可運動方式與主管垂直地固定，并且能夠繞它們自己的軸線轉動；太陽能收集面板，所述太陽能收集面板固定到所述多根副管中的每一根副管上。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述鉸鏈包括:固定到所述第一桿和所述第二桿中的每一根上的鉆孔板、和固定到所述固定進入地面中的支柱上的鉆孔板；銷，所述銷穿過所述鉆孔板的孔而插入。
6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一板和所述第二板具有的高度大于3m,并且更優選地大于4m。
7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述連接元件包括第一橫向部分和第二橫向部分，所述第一橫向部分用來固定所述主管，所述第二橫向部分用來固定備選的其它主管。
8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述主管包括可滑動接頭，所述可滑動接頭使所述主管能夠伸縮。
9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一環和所述第二環中的每個環均包括兩個半凸緣，所述兩個半凸緣固定到所述第一桿上、并且固定到所述第二桿上。
【文檔編號】F03D9/00GK104040167SQ201280065894
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年11月26日 優先權日:2011年11月25日
【發明者】R·安戈利, P·帕爾馬, G·吉代思 申請人:R.E.M.革新能源制造股份公司