CN118836112A - 一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置，包括浮球、密封筒体、动力转换机构和发电模块；其中，浮球漂浮于海面上，且表面配置有用于光伏发电的曲面光伏板；密封筒体通过能跟随浮球上下运动的连接件悬挂于浮球下方；动力转换机构和发电模块均置于密封筒体内，且发电模块通过动力转换机构与连接件相连，将连接件的上下运动转换为旋转运动以用于发电。此发电装置集成发电模块和光伏于一体，分别利用海浪运动和太阳能来产生电能，从而解决了传统能源单一、效率不高的问题。

Description

一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置

技术领域

本发明属于海浪能发电技术领域，具体涉及一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置。

背景技术

随着全球对能源和电力需求的逐步增加，在当前发展趋势下，人类逐渐将目光转移至广阔的海洋能领域，从海洋中获取能量成为替代能源的主要方式之一，在多种海洋能中，海浪能作为储量最大、品位最高的清洁能源，将其通过各种形式转化为电能的过程中产生的污染远小于传统化石能源，可利用的前景广阔。然而，在开发海上可再生能源发电装置时，由于装置造价成本高，面积不易太大，故需要考虑在有限的空间内尽量提高能量利用率，对于现有的浮子式海浪能发电装置存在以下技术问题：1、发电模块多为外置化，存在容易受到海洋环境的侵蚀损坏的风险；2、由于不能准确的捕捉海浪变化，导致现有发电装置的能量利用效率较低；3、现有的浮子式海浪能发电装置多只利用海浪能进行发电，大多使用液压系统进行能量传递，其传递效率较低，发电效率有待提高。为此，本发明本旨在提出一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置，集成光伏发电模块和海浪能发电模块，利用海浪运动和太阳能来产生电能，解决传统能源单一、发电效率不高的技术问题，并优化自身的稳定性和结构可靠性。

发明内容

为了克服上述现有技术所述的技术问题，本发明的目的在于提供一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置。

本发明提供一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置，包括浮球、密封筒体、动力转换机构和发电模块；其中，

所述浮球漂浮于海面上，且表面配置有用于光伏发电的曲面光伏板；

所述密封筒体通过能跟随所述浮球上下运动的连接件悬挂于所述浮球下方；

所述动力转换机构和所述发电模块均置于所述密封筒体内，且所述发电模块通过所述动力转换机构与所述连接件相连，将所述连接件的上下运动转换为旋转运动以用于发电。

作为优选的技术方案，所述动力转换机构包括与所述连接件末端铰接的连接件，所述连接件末端铰接有第一连杆，所述第一连杆末端固接有竖直圆锥齿轮，所述竖直圆锥齿轮配置有与其啮合的水平圆锥齿轮。

作为优选的技术方案，所述浮球与所述连接件的连接处设有若干加强肋。

作为优选的技术方案，所述密封筒体内设有横向齿轮连杆，所述横向齿轮连杆上套设有所述竖直圆锥齿轮。

作为优选的技术方案，所述动力转换机构还包括齿轮增速器，所述齿轮增速器输入轴通过深沟球轴承连接所述水平圆锥齿。

作为优选的技术方案，所述第一连杆、所述竖直圆锥齿轮、所述水平圆锥齿轮以及所述齿轮增速器均配置为两组；其中，两组所述竖直圆锥齿轮相对设置，两组所述水平圆锥齿轮均对应配置有棘轮机构。

作为优选的技术方案，所述发电模块固定于所述密封筒体内底部，所述齿轮增速器的输出轴与发电模块的动力输入端连接。

作为优选的技术方案，所述发电模块还包括储能及充电系统，所述密封筒体侧部靠近所述发电模块的位置开设有插接槽，所述储能及充电系统通过所述插接槽接入所述发电模块，用于对所述发电模块产生的能量进行储存和管理。

综上所述，本发明的有益效果在于：

采用上述结构的发电装置，具有如下技术优势，1、此发电装置集成发电模块和光伏板于一体，分别利用海浪运动和太阳能来产生电能，从而解决了传统能源单一、效率不高的问题；2、此发电装置能够完美拟合海浪运动，将海浪实时高度变化转化为浮球的垂向运动，并通过连接件和动力转换机构转换为旋转运动，从而带动发电模块转动产生电能；3、此发电装置将曲面光伏板铺设在浮球表面，可以避免传统固定式光伏板无法根据太阳位置捕获光能的缺陷，确保任意太阳高度角下的能量捕获，提高了光伏板发电的稳定性和效率；4、将动力转换机构和发电模块内置于密封筒体中，不仅降低装置整体重心，提高装置稳定性，还避免了传统振荡浮子式海浪能发电装置机械结构外置化导致容易被海洋环境侵蚀、破坏的缺陷，有效的延长了此发电装置的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置的立体结构示意图；

图2是本发明实施例的一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置的剖视示意图；

图3是本发明实施例的动力转换机构和发电模块的结构示意图；

其中，附图标记含义如下：

1-浮球、11-曲面光伏板、12-加强肋；

2-密封筒体、21-插接槽、22-横向齿轮连杆；

31-连接件、32-第一连杆、33-第二连杆、34-竖直圆锥齿轮、35-水平圆锥齿轮、36-齿轮增速器、361-输入轴、362-输出轴；

4-无刷电机、41-发电机固定件。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中的描述的本实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本发明的保护范围，因此应当理解，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以对本实施例进行各种修改和改变。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何组合和所有组合。除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

进一步的，在本发明的描述中，需要理解的是，本实施例中所描述的方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实施例的限定。还需要理解的是，在上下文中，当提到一个元件或特征与另外元件(一个或多个)连接时，其不仅能够直接与另外(一个或多个)元件连接，也可以通过中间元件间接与另外(一个或多个)元件连接。

在介绍本发明的技术方案之前，有必要阐述下本发明的发明创造的创立背景。已为普遍存在的是，在开发海上可再生能源发电装置时，由于装置造价成本高，面积不易太大，故需要考虑在有限的空间内尽量提高能量利用率，对于现有的浮子式海浪能发电装置存在以下技术问题：1、发电模块多为外置化，存在容易受到海洋环境的侵蚀损坏的风险；2、由于不能准确的捕捉海浪变化，导致现有发电装置的能量利用效率较低；3、现有的浮子式海浪能发电装置多只利用海浪能进行发电，大多使用液压系统进行能量传递，其传递效率较低，发电效率有待提高。

有鉴于此，本发明提出了一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置，集成光伏发电模块和海浪能发电模块，利用海浪运动和太阳能来产生电能，解决传统能源单一、发电效率不高的技术问题，并优化自身的稳定性和结构可靠性。请参阅图1至图3，此发电装置包括包括浮球1、密封筒体2、动力转换机构和发电模块；具体的，浮球1漂浮于海面上，且表面配置有用于光伏发电的曲面光伏板11；密封筒体2通过能跟随浮球1上下运动的连接件31悬挂于浮球1下方；动力转换机构和发电模块均置于密封筒体2内，且发电模块通过动力转换机构与连接件31相连，将连接件31的上下运动转换为旋转运动以用于发电。应当理解的是，浮球1为中空封闭结构，能够随海浪运动进行上下竖直运动，当浮球1捕获海浪能时，动力转换机构能够将浮球的上下竖直往复运动转化为旋转运动，以带动发电模块做功发电。

下面对动力转换机构和发电模块进行说明：

对于动力转换机构：在一些实施例中，请参阅图1至图3，动力转换机构自上至下依次包括第一连杆32、第二连杆33、竖直圆锥齿轮34以及水平圆锥齿轮35，其中，第一连杆32与连接件31末端铰接。

具体的，连接件31竖直布置，其一端部分伸出密封筒体2顶部并与浮球1相连，优选的，连接件31与浮球1的连接处设有若干加强肋12，以提升连接件31与浮球1的连接强度；然后，连接件31末端与第一连杆32的一端铰接，第一连杆32的另一端与第二连杆33的一端铰接，第二连杆33的另一端固接有竖直圆锥齿轮34，同时，竖直圆锥齿轮34配置有与其啮合的水平圆锥齿轮35。需要说明的是，在一些实施例中，密封筒体2内设有不干涉其他部件的横向齿轮连杆22，竖直圆锥齿轮34套设于此横向齿轮连杆22上。进一步的，请参阅图2或图3，所动力转换机构还包括齿轮增速器36，齿轮增速器36的输入轴361通过深沟球轴承实现连接水平圆锥齿，通过设置齿轮增速器36，其输出轴362转速大于输入轴361的水平圆锥齿轮35转速，以实现赋予发电模块动力输入端更大的转速，进而提升发电效率。当然，作为一种优选的实施方案，请参阅图2和图3，所述第二连杆33、所述竖直圆锥齿轮34、所述水平圆锥齿轮35以及所述齿轮增速器36均配置为两组，其中，两组所述竖直圆锥齿轮34相对设置，两组所述水平圆锥齿轮35均对应配置有棘轮机构。采用这样的设计，棘轮机构能够避免两组水平圆锥齿轮35在浮球1的上行和下行过程中发生倒转；同时，当连接件31随浮球1上下运动，相对设置的竖直圆锥齿轮34配合棘轮机构，以使得两组水平圆锥齿轮35可以保持发电装置的连续运转。此外，上述设计以使密封筒体2内的中下部具有对称结构，使得密封筒体2整体重心下移，能够有效减少此发电装置装置受到波浪的侧向冲击，延长了此发电装置的寿命。需要说明的是，在配置齿轮加速器的基础上，为使得密封筒体2内部空间利用更加紧凑，横向齿轮连杆22设有中空孔以间隙配合方式套设于齿轮减速器的输入轴361上，采用的这样的设计，使得密封筒体2内部纵向结构趋于集中，进一步降低整体结构的重心。

对于发电模块：在一些实施例中，请参阅图2或图3，发电模块包括无刷电机4以及发电机固定件41；其中，选用无刷电机，是因其具有良好的调速性能，且结构简单无换向火花，易于后续维护；无刷电机4通过发电机固定件41固定安装于密封筒体2内底部，同时，齿轮增速器36的输出轴362与发电模块的动力输入端连接，即齿轮增速器36的输出轴362与无刷电机内部的转子传动连接，利用电磁发电原理进行发电。

本发明的一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置的工作原理：

当本发明装置在波浪中工作时，整个装置悬挂在水面，在海浪作用下，浮球1能够完美拟合海浪运动发生纵荡、横荡、垂荡、横摇和纵摇运动，因密封筒体2结构限制，将海浪实时高度变化转化为浮球1的垂向运动，浮球1将推动连接件31进行上下往复运动，连接件31的运动通过动力转换机构和齿轮增速器36的配合，转化为发电模块动力输入端的输入，从而带动发电模块转动产生电能；同时，浮球1顶部的曲面光伏板11能够将太阳能转换为电能以提升此发电装置的发电效率，其中，采用曲面状的光伏板铺设在浮球1顶部，可以避免传统固定式光伏板无法根据太阳位置捕获光能的缺陷，确保任意太阳高度角下的能量捕获。

作为优选的技术方案，此发电装置还包括储能和充电系统，密封筒体2侧部靠近发电模块的位置开设有插接槽21，储能和充电系统通过插接槽21接入发电模块，用于对发电模块产生的能量进行储存和管理。具体的，当此发电装置进行发电时，储能和充电系统的操作端通过插接槽21接入发电模块以进行储能作业，当需能航行器靠近时，储能和充电系统的操作端接入航行器以进行充电作业。

综上所述，采用上述结构的一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置，具有如下技术优势：

1、此发电装置集成发电模块和光伏于一体，分别利用海浪运动和太阳能来产生电能，从而解决了传统能源单一、效率不高的问题；

2、此发电装置所设计结合浮球的动力转换机构，能够完美拟合海浪运动，将海浪实时高度变化转化为浮球的垂向运动，通过动力转换机构转化为齿轮增速器输入轴的水平转动，从而带动发电模块转动产生电能；

3、此发电装置将曲面光伏板铺设在浮球顶部，可以避免传统固定式光伏板无法根据太阳位置捕获光能的缺陷，确保任意太阳高度角下的能量捕获，提高了光伏板发电的稳定性和效率；

4、将动力转换机构及发电模块内置于密封筒体中，不仅降低装置整体重心，提高装置稳定性，还避免了传统振荡浮子式海浪能发电装置机械结构外置化导致容易被海洋环境侵蚀、破坏的缺陷，有效的延长了此发电装置的寿命。

因此，相较于现有的海浪能发电技术，本发明的一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置具有明显的技术优势。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种结合光伏的振荡浮子式海浪能发电装置，其特征在于，包括浮球、密封筒体、动力转换机构和发电模块；其中，

所述浮球漂浮于海面上，且表面配置有用于光伏发电的曲面光伏板；

所述密封筒体通过能跟随所述浮球上下运动的连接件悬挂于所述浮球下方；

所述动力转换机构和所述发电模块均置于所述密封筒体内，且所述发电模块通过所述动力转换机构与所述连接件相连，将所述连接件的上下运动转换为旋转运动以用于发电。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述动力转换机构包括与所述连接件末端铰接的连接件，所述连接件末端铰接有第一连杆，所述第一连杆末端固接有竖直圆锥齿轮，所述竖直圆锥齿轮配置有与其啮合的水平圆锥齿轮。

3.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述浮球与所述连接件的连接处设有若干加强肋。

4.根据权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述密封筒体内设有横向齿轮连杆，所述横向齿轮连杆上套设有所述竖直圆锥齿轮。

5.根据权利要求2所述的发电装置，其特征在于，所述动力转换机构还包括齿轮增速器，所述齿轮增速器输入轴通过深沟球轴承连接所述水平圆锥齿。

6.根据权利要求5所述的发电装置，其特征在于，所述第一连杆、所述竖直圆锥齿轮、所述水平圆锥齿轮以及所述齿轮增速器均配置为两组；其中，两组所述竖直圆锥齿轮相对设置，两组所述水平圆锥齿轮均对应配置有棘轮机构。

7.根据权利要求6所述的发电装置，其特征在于，所述发电模块固定于所述密封筒体内底部，所述齿轮增速器的输出轴与发电模块的动力输入端连接。

8.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述发电模块还包括储能及充电系统，所述密封筒体侧部靠近所述发电模块的位置开设有插接槽，所述储能及充电系统通过所述插接槽接入所述发电模块，用于对所述发电模块产生的能量进行储存和管理。