一种阵列式的波浪能光伏混合发电装置

技术领域

本发明涉及海上能源技术领域，具体涉及一种阵列式的波浪能光伏混合发电装置。

背景技术

在可再生能源中，太阳能光伏具有能源储量大、开发成本低、环保低碳等优点，在很多国家都得到了广泛的应用，成为世界上规模最大、发展潜力最大的资源。而波浪能是海洋能的一种具体形态，也是海洋能中最主要的能源之一，它的开发和利用对缓解能源危机和减少环境污染是非常重要的。

混合能源系统是指在同一时间和地点利用多种来源的能源，多种可再生能源系统可以连接在同一系统中，用以改善系统性能和能源供应平衡。据相关研究表明，海上光伏与其他海上能源的结合能大大提高设备的能量收集密度，一定程度上甚至能与传统化石燃料进行竞争。同时混合型海上光伏系统能通过其他能源和光伏项目进行相互补偿，使得系统更加可靠，提高系统的生产力。

将波浪能发电和光伏发电结合起来，组成光伏波浪能复合发电系统，是一种崭新的设想，但目前尚未实现大规模运行。现拟提出一种阵列式的波浪能光伏混合发电装置，能够同时利用波浪能和太阳能进行发电，并解决部分已有的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种阵列式的波浪能光伏混合发电装置，该装置能够同时利用波浪能和光伏能进行发电，并且能够有效提高波浪能和光伏转换效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阵列式的波浪能光伏混合发电装置，包括多个发电单元，多个发电单元通过连接体相互连接形成发电阵列，发电阵列的底部连接有多个系泊装置，每个发电单元均能够相对其连接的连接体做垂荡运动；发电单元包括浮体、波浪能发电系统和光伏发电系统，浮体上设有凹槽，波浪能发电系统安装在凹槽中，光伏发电系统安装在凹槽顶部。

进一步的，连接体包括连接体主体和顶板，连接体主体上对称设有四个光轴，顶板位于四个光轴顶部，顶板通过螺栓连接在连接体主体顶部。

进一步的，浮体的四个角处均设有连接轴承，连接轴承滑动连接在光轴上。

进一步的，光伏发电系统包括透镜、反射镜和光伏板，透镜安装在凹槽顶部，透镜与凹槽的连接处涂有防水胶，透镜的底部四周均倾斜连接有反射镜，光伏板连接反射镜底部。

进一步的，波浪能发电系统包括壳体、定子和动子，壳体固定安装在凹槽中，定子固定连接在壳体内，动子通过两根支撑轴套设在定子外部，动子滑动连接在两根支撑轴上，动子的上下两端分别通过弹簧连接在壳体上。

进一步的，定子包括钕铁硼磁铁，钕铁硼磁铁的左右两侧设置有夹板，夹板固定连接在壳体上。

进一步的，动子包括硅钢片和绕制在硅钢片上的线圈，硅钢片的左右两端均安装有滑动轴承，两个滑动轴承分别套装在两根支撑轴上，硅钢片的上下两端均连接有弹簧，弹簧与壳体连接。

进一步的，连接轴承包括轴承座和直线轴承，轴承座固定连接在浮体的四个角处，直线轴承安装在轴承座上，直线轴承滑动连接在光轴上。

进一步的，轴承座的侧壁为凹弧形，连接体主体在光轴处设有与轴承座的凹弧形相配合的弧形面。

进一步的，连接体呈圆柱状，浮体的四个角均为凹弧形，浮体的凹弧形与连接体的侧壁相配合。

总的说来，本发明具有如下优点：

一、本发明将多个发电单元通过连接体相互连接形成发电阵列，每个发电单元仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。发电单元包括波浪能发电系统和光伏发电系统，能够同时利用波浪能和光伏能进行发电。当受到波浪作用时，发电单元通过独立的升沉来响应自由水面变化，将整体的多自由度运动转换为发电单元间的垂荡运动，有效提高了波浪能的收集效率，同时由于发电单元仅能进行垂荡运动，不会改变光伏板的朝向，提高了光伏的收集效率。

二、本发明的发电阵列能够吸收来自各个方向来的入射波，有效提高了发电阵列的发电效率，也能减轻波浪对发电阵列的破坏，使得该发电阵列能够应对复杂多变的海上环境。

三、本发明的波浪能发电系统和光伏板均位于浮体凹槽中，即浮体内部，使得波浪能发电系统和光伏板免于与海水接触，有效避免了海水对波浪能发电系统和光伏板的腐蚀破坏，有效的提高本发明的可靠性。

四、本发明的轴承座的侧壁与连接体主体之间为弧形配合，浮体与连接体的侧壁之间也为弧形配合，弧形配合使得浮体和连接体发生相对垂荡运动的过程更加顺滑，避免结构出现卡死。

五、本发明的基础部件仅有发电单元和连接体，生产加工简单，并且发电单元和连接体的安装简单方便，若发电阵列中的单个发电单元或连接体发生损坏，可以直接进行更换，能够有效降低装置的安装和维护成本，工程应用范围广，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的发电单元的内部结构示意图。

图2是本发明的发电单元的俯视结构示意图。

图3是本发明的连接体的结构示意图。

图4是本发明的发电单元与连接体连接的结构示意图。

图5是本发明的发电阵列在受到波浪作用时各部件相对垂荡运动的效果图。

图6是本发明的发电阵列在受到波浪作用时各部件相对垂荡运动的正视图。

其中：1为浮体，1-1为凹槽，2为波浪能发电系统，2-1为壳体，2-2为支撑轴，2-3为定子，2-3-1为钕铁硼磁铁，2-3-2为夹板，2-4为动子，2-4-1为硅钢片，2-4-2为线圈，2-4-3为滑动轴承，2-5为弹簧，3为光伏发电系统，3-1为透镜，3-2为反射镜，3-3为光伏板，4为连接体，4-1为连接体主体，4-2为顶板，4-3为光轴，5为连接轴承，5-1为轴承座，5-2为直线轴承。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

如图1至图6所示，一种阵列式的波浪能光伏混合发电装置，包括多个发电单元，多个发电单元通过连接体相互连接形成发电阵列，发电阵列的底部连接有多个系泊装置，每个发电单元均能够相对其连接的连接体做垂荡运动；发电单元包括浮体、波浪能发电系统和光伏发电系统，浮体上设有凹槽，波浪能发电系统安装在凹槽中，光伏发电系统安装在凹槽顶部。

如图3和图4所示，连接体包括连接体主体和顶板，连接体主体上对称设有四个光轴，顶板位于四个光轴顶部，顶板通过螺栓连接在连接体主体顶部。浮体的四个角处均设有连接轴承，连接轴承滑动连接在光轴上。使用时，将顶板取下，将浮体上的连接轴承套装在连接体主体的光轴上，然后再用螺栓将顶板连接固定在连接体主体顶部。

如图2和图4所示，连接轴承包括轴承座和直线轴承，轴承座固定连接在浮体的四个角处，直线轴承安装在轴承座上，直线轴承滑动连接在光轴上。直线轴承可在光轴上上下滑动，使得浮体可以相对于连接体主体做垂荡运动。

如图2至图4所示，轴承座的侧壁为凹弧形，连接体主体在光轴处设有与轴承座的凹弧形相配合的弧形面。连接体呈圆柱状，浮体的四个角均为凹弧形，浮体的凹弧形与连接体的侧壁相配合。轴承座的侧壁与连接体主体之间为弧形配合，浮体与连接体的侧壁之间也为弧形配合，弧形配合使得浮体和连接体发生相对垂荡运动的过程更加顺滑，避免结构出现卡死。

如图1和图2所示，光伏发电系统包括透镜、反射镜和光伏板，透镜安装在凹槽顶部，透镜与凹槽的连接处涂有防水胶，透镜的底部四周均倾斜连接有反射镜，光伏板连接反射镜底部。通过在透镜与凹槽的连接处涂抹防水胶，能够防止海水进入浮体凹槽中腐蚀破坏光伏板和波浪能发电系统。

在阳光的照射下，光线可直接透过透镜直接被光伏板吸收，也有部分角度的光线能够通过反射镜反射后再被光伏板吸收，反射镜能够起到聚光的作用，能够增加光伏板表面的能量密度。

如图1所示，波浪能发电系统包括壳体、定子和动子，壳体固定安装在凹槽中，定子固定连接在壳体内，动子通过两根支撑轴套设在定子外部，动子滑动连接在两根支撑轴上，动子的上下两端分别通过弹簧连接在壳体上。弹簧不仅能够对动子起到悬挂支撑的作用，还能起到一定的限位作用，防止动子移动过大破坏装置。

如图1所示，定子包括钕铁硼磁铁，钕铁硼磁铁的左右两侧设置有夹板，夹板固定连接在壳体上。动子包括硅钢片和绕制在硅钢片上的线圈，硅钢片的左右两端均安装有滑动轴承，两个滑动轴承分别套装在两根支撑轴上，硅钢片的上下两端均连接有弹簧，弹簧与壳体连接。

在波浪的作用下，浮体会做垂荡运动，会带动波浪能发电系统做垂荡运动，进而带动动子沿着支撑轴上下滑动，从而切割磁感线进行发电。

波浪能发电系统和光伏板均位于浮体凹槽中，即浮体内部，使得波浪能发电系统和光伏板免于与海水接触，有效避免了海水对波浪能发电系统和光伏板的腐蚀破坏，有效的提高本发明的可靠性。

本发明的工作原理如下：

将多个发电单元通过连接体相互连接形成发电阵列，将发电阵列通过多个系泊装置进行锚固，每个发电单元仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。当受到波浪作用时，发电单元通过独立的升沉来响应自由水面变化，将整体的多自由度运动转换为发电单元间的垂荡运动，该效果对于各个方向来的入射波都能适用，有效提高了波浪能的收集效率，能够增加波浪能发电系统的发电量，同时也能减轻波浪对发电阵列的破坏。同时由于发电单元仅能进行垂荡运动，垂荡运动不会引起倾斜，不会影响光伏板的朝向，提高了光伏的收集效率。

总的说来，本发明将多个发电单元通过连接体相互连接形成发电阵列，每个发电单元仅能够相对其连接的连接体做垂荡运动。发电单元包括波浪能发电系统和光伏发电系统，能够同时利用波浪能和光伏能进行发电。当受到波浪作用时，发电单元通过独立的升沉来响应自由水面变化，将整体的多自由度运动转换为发电单元间的垂荡运动，有效提高了波浪能的收集效率，同时由于发电单元仅能进行垂荡运动，不会改变光伏板的朝向，提高了光伏的收集效率。本发明的发电阵列能够吸收来自各个方向来的入射波，有效提高了发电阵列的发电效率，也能减轻波浪对发电阵列的破坏，使得该发电阵列能够应对复杂多变的海上环境。本发明的波浪能发电系统和光伏板均位于浮体凹槽中，即浮体内部，使得波浪能发电系统和光伏板免于与海水接触，有效避免了海水对波浪能发电系统和光伏板的腐蚀破坏，有效的提高本发明的可靠性。本发明的轴承座的侧壁与连接体主体之间为弧形配合，浮体与连接体的侧壁之间也为弧形配合，弧形配合使得浮体和连接体发生相对垂荡运动的过程更加顺滑，避免结构出现卡死。本发明的基础部件仅有发电单元和连接体，生产加工简单，并且发电单元和连接体的安装简单方便，若发电阵列中的单个发电单元或连接体发生损坏，可以直接进行更换，能够有效降低装置的安装和维护成本，工程应用范围广，具有广阔的应用前景。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。