发电构件、除冰装置及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风电设备技术领域，尤其涉及一种发电构件、除冰装置及风力发电机组。


背景技术：

2.风力机叶片是现代风力机用来捕获风能的核心部件，叶片的空气动力学特性对风力机的发电效率有着至关重要的影响。目前，我国的风资源基本分布在冰天雪地的北方以及湿气非常大的南方，环境均极其恶劣。风力发电机在摄氏零度以下低温条件下运行，如果遇到潮湿空气、雨水、盐雾、冰雪，特别是遇到过冷却水滴时，常常发生冻冰现象。
3.风力发电机组叶片覆冰后，会对风力发电机组的正常运行造成严重的危害。叶片覆冰后会产生较大的冰载，大大降低叶片使用寿命。同时，由于加载在每个叶片上的冰载荷不尽相同，使得风力发电机组平衡载荷增大，若机组继续运行，对机组将产生极大的危害；若停机，则机组利用率大大降低。叶片表面覆冰后，各个位置的翼型均有不同程度的变化，影响翼型的升阻力系数，将极大地影响了机组的出力，降低了机组的发电效率。
4.现有技术中关于风力发电机叶片的防冰技术主要是使用电加热方式除冰。通过在叶片表面或者内层布置加热层，在叶片将要发生结冰时启动加热系统提升叶片表面温度从而防止其表面结冰，或者在叶片表面已结冰后启动加热系统使得表面的冰层融化达到除冰的目的。
5.目前电加热供电电源有两种方式：第一种方法是单独配置电加热除冰配电箱，从变流器网侧引电；第二种方法是从风力发电机的机舱控制柜引电。这种供电电源设置方式都需要从风力发电机内部引出电缆，使得风力发电机组的供电电路更加复杂。


技术实现要素：

6.本实用新型实施例提供一种发电构件、除冰装置及风力发电机组，旨在解决使用除冰装置对风力发电机组的叶片进行加热除冰时，如何更好的给除冰装置供电。
7.本实用新型第一方面的实施例提供了一种发电构件，发电构件包括光伏部件，用于将光能转换为电能；聚光部件，用于将太阳光反射至光伏部件。
8.根据本实用新型第一方面的实施方式，光伏部件的个数为多个，多个光伏部件沿第一方向和第二方向阵列分布；
9.聚光部件为多个，各聚光部件分别位于相邻的两个光伏部件之间。
10.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，在第一方向上相邻的两个光伏部件之间设置有聚光部件，和/或，在第二方向上相邻的两个光伏部件之间设置有聚光部件。
11.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，多个光伏部件和多个聚光部件在第一方向和第二方向所在平面呈层铺设，且多层光伏部件和聚光部件沿第三方向间隔分布，第三方向和第一方向、第二方向均相交。
12.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，还包括：支架，用于支撑光伏部件
和/或聚光部件，且光伏部件和/或聚光部件相对支架可转动设置。
13.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，光伏部件和/或聚光部件呈球状。
14.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，聚光部件包括：
15.透光壳体，具有容纳腔；
16.透明介质，位于容纳腔；
17.标记介质，位于容纳腔并沿预设方向延伸。
18.本实用新型第二方面的实施例还提供了一种除冰装置，用于风力发电机组，除冰装置包括：加热膜，用于产生热能；上述任一第一方面实施例的发电构件，与加热膜电连接以向加热膜提供电能。
19.根据本实用新型第二方面的实施方式，加热膜包括高分子导电材料层及包裹于高分子导电材料层外表面的绝缘层。
20.本实用新型第三方面的实施例还提供了一种风力发电机组，包括：叶片；上述任一第二方面实施例的除冰装置，加热膜设置于叶片。
21.根据本实用新型第三方面的实施方式，加热膜设置于叶片的前缘。
22.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，加热膜为多个，多个加热膜在叶片间隔分布。
23.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，在叶片叶根至其叶尖的方向上，加热膜的分布面积逐渐增大。
24.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，各加热膜上分别设置有两个以上的温度传感器。
25.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，加热膜设置于叶片的外表面，或者加热膜位于叶片内。
26.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，还包括：检测装置，检测装置用于确定叶片上的结冰位置。
27.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，聚光部件可转动地设置；
28.风力发电机组还包括：控制装置，用于控制聚光部件转动以使聚光部件能够将太阳光反射至结冰位置。
29.在本实用新型实施例提供的供电装置中，供电装置包括光伏部件和聚光部件。光伏部件能够将光能转换为电能，从而为风力发电机组的除冰装置提供电能，不仅能够节省风力发电机组产生的电能，而且能够简化风力发电机组的供电电路。另外，供电装置还包括聚光部件，聚光部件能够将太阳光反射至光伏部件，提高光伏部件的光照亮，进而提高光伏部件转换的电能，使得发电构件能够产生足够的电能以供除冰装置使用。因此，在本实用新型中，使用除冰装置对风力发电机组的叶片进行加热除冰时，能够更好的给除冰装置供电。
附图说明
30.通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
31.图1是本实用新型第一方面实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图；
32.图2是本实用新型第一方面实施例提供的一种风力发电机组的除冰装置的结构示
意图；
33.图3是图1中i处的局部放大结构示意图；
34.图4是本实用新型第一方面实施例提供的一种风力发电机组的叶片的结构示意图；
35.图5是本实用新型第二方面实施例提供的一种除冰装置中加热膜的局部剖视图；
36.图6是本实用新型第三方面实施例提供的一种发电构件的结构示意图；
37.图7是本实用新型第三方面实施例提供的一种发电构件中光伏部件和聚光部件的分布示意图；
38.图8是本实用新型第三方面另一实施例提供的一种发电构件中光伏部件和聚光部件的分布示意图。
39.附图标记说明：
40.100、发电构件；110、光伏部件；120、聚光部件；121、透光壳体；122、透明介质；123、标记介质；130、支架；131、支撑杆；132、防护部；
41.200、除冰装置；210、加热膜；211、高分导电材料层；212、绝缘层；213、温度传感器；220、蓄电部件；230、充电控制器；240、逆变器；250、滑环；260、电源转接部件；270、加热控制柜；
42.300、叶片；310、前缘；320、叶尖；330、叶根；
43.400、塔架；
44.500、机舱；
45.600、轮毂。
具体实施方式
46.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
47.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
49.为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图8对本实用新型实施例的发电构件、除冰装置及风力发电机组进行详细描述。
50.请一并参阅图1和图2，图1是本实用新型第一方面实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图。图2是本实用新型第一方面实施例提供的一种风力发电机组中除冰装置200的结构示意图。
51.根据本实用新型第一方面的实施例提供一种风力发电机组，风力发电机组包括：叶片300；除冰装置200，除冰装置200的加热膜210设置于叶片300，以为叶片300除冰。
52.可选的，除冰装置200还包括发电构件100，发电构件100用于为加热膜210提供电能，使得加热膜210能够将电能转换为热能，以达到除冰的目的。
53.可选的，风力发电机组还包括塔架400、设置于塔架400顶端的机舱500、连接于机舱500的轮毂600，叶片300连接于轮毂600。
54.请一并参阅图3，图3是图1中i处的局部放大结构示意图。
55.除冰装置200例如还包括蓄电部件220，以使发电构件100产生的电能能够储存于蓄电部件220中，以供加热膜210在不同时间进行使用。蓄电部件220例如可以设置于风力发电机组的机舱500内或机舱500上。
56.发电构件100中的光伏部件110可以通过充电控制器230连接于蓄电部件220。充电控制器230可以位于机舱500内部，或者充电控制器230可以位于机舱500顶部。除冰装置200还可以包括逆变器240，逆变器240将直流电转化为交流电以供加热膜210使用。逆变器240也可以为机舱500内或机舱500顶部。
57.除冰装置200中的加热膜210通常设置于叶片300，发电构件100设置于机舱500，发电构件100需要使用电缆与加热膜210相互连接。在风力发电机组的运行过程中，风向改变时会进行偏航，那么电缆会发生扭转。可选的，除冰装置200还包括滑环250，发电构件100侧的电缆通过滑环250与加热膜210侧的电缆相互连接，滑环250能够实现旋转，避免发电构件100侧的电缆和加热膜210侧的电缆发生扭转而影响除冰装置200的使用。滑环250例如可以设置于机舱500和轮毂600的连接处。
58.风力发电机组中通常包括三个叶片300，那么需要三路电缆以连接位于不同叶片300上的加热膜210。可选的，除冰装置200还包括电源转接部件260，电源转接部件260用于将三相电转换为三路单相电，从而将用于传输三相电的一路三相电缆转换为用于传输单相电的三路单相电缆，该三路单相电缆分别连接于三个叶片300上的加热膜210。电源转接部件260可以设置于滑环250处，通过滑环250和电源转接部件260将一路三相电缆转换为三路单相电缆。
59.除冰装置200还可以包括加热控制柜270，加热控制柜270可以为一个或多个。例如加热控制柜270为三个，各加热控制柜270分别设置于各叶片300的叶根330处，以通过各加热控制柜270分别控制各叶片300上的加热膜210。上述的单相电缆可以连接于加热控制柜270。
60.除冰装置200中的发电构件100例如设置与机舱500顶部，以使发电构件100中的聚光部件120和光伏部件110能够接触到更多阳光，提高发电构件100的光电效应和发电量。
61.请一并参阅图4，图4是本实用新型第一方面实施例提供的一种风力发电机组的叶片300的结构示意图。
62.加热膜210在叶片300上的设置位置有多种，可选的，加热膜210设置于叶片300的前缘310。在风力发电机组的运行过程中，叶片300的前缘310更加容易结冰，将加热膜210设置于前缘310能够提高除冰装置200的除冰效果。
63.一个叶片300上可以设置有一个或多个加热膜210。加热膜210为多个，多个加热膜210在叶片300上间隔分布。例如，多个加热膜210在叶片300的前缘310间隔分布。
64.在这些可选的实施例中，用一个叶片300的不同位置均设置有加热膜210，便于根据叶片300不同位置的结冰情况控制各加热膜210的运行情况，在保证除冰装置200的除冰效果的同时还能够降低能耗。
65.叶片300上叶尖320位置相对叶根330位置更加容易结冰。当加热膜210为多个，多个加热膜210在叶片300上间隔分布时，可以根据叶片300上叶尖320和叶根330处的结冰情况，分别控制叶尖320处加热膜210的开启和关闭、及叶根330处加热膜210的开启和关闭。
66.例如，当叶尖320处发生结冰，而叶根330处尚未发生结冰时，可以控制叶尖320附近的加热膜210开启，保持叶根330附近加热膜210处于关闭状态。这样既能够达到除冰的目的，还能够节省能源。
67.或者，当叶尖320和叶根330处均发生结冰，但是叶尖320处的结冰情况更加严重时，可以控制叶尖320和叶根330附近的加热膜210均处于开启状态，并使得叶尖320附近加热膜210的运行功率较大，叶根330附近加热膜210的运行功率较小。既能够达到除冰的目的，还能够节省能源。
68.可选的，在叶片300叶根330至其叶尖320的方向上，加热膜210的分布面积逐渐增大。如上所述，叶片300的叶尖320位置更加容易结冰，在靠近叶尖320的方向上，加热膜210的分布面积逐渐增大，即叶尖320附近的加热膜210分布面积较大，能够提高除冰装置200的除冰效果。
69.可选的，加热膜210上还可以设置有传感器，以获取加热膜210的温度，进而获取加热膜210所处位置的叶片300的温度，根据该温度可以推测出叶片300上是否出现结冰或者是否完成除冰，进而控制除冰装置200的开启和关闭。
70.可选的，加热膜210上可以设置有两个以上的温度传感器213。在加热膜210的使用过程中，即使其中一个温度传感器213发生损坏，也可以通过加热膜210上其他的传感器获取加热膜210所处位置的环境温度信息。
71.加热膜210可以在叶片300制造成型时，布设于叶片300内部，例如当叶片300包括蒙皮时，加热膜210可以布置于叶片300的蒙皮下。能够提高加热膜210的使用寿命。
72.在另一些实施例中，加热膜210还可以设置于叶片300的外表面。即使在叶片300制造成型以后，也可以将加热膜210设置于叶片300上，便于加热膜210的布置。
73.风力发电机组用于获取叶片300上结冰情况的方法有多种，可选的，风力发电机组包括检测装置，检测装置用于确定叶片300上的结冰位置。检测装置可以为传感器、视频检测仪等。在另一些实施例中，风力发电机组还可以通过其运行功率曲线判断结冰情况。例如，风力发电机组的控制装置可以根据风力发电机组的运行功率曲线推测环境、风速、温度和机组运行等数据信息，并根据这些数据信息推测出叶片300是否发生结冰。
74.本发明第二方面的实施例还提供一种除冰装置200，除冰装置200可以为上述任一第一方面实施例中的除冰装置200。
75.请继续参阅图2，本实用新型第二方面实施例的除冰装置200，用于风力发电机组。除冰装置200包括：加热膜210，用于产生热能；上述任一第一方面实施例的发电构件100，与加热膜210电连接以向加热膜210提供电能，使得加热膜210能够将电能转换为热能，以达到除冰的目的。
76.请一并参阅图5，图5是本实用新型第二方面实施例提供的一种除冰装置200中加热膜210的局部剖视图。
77.加热膜210的设置方式有多种，可选的，加热膜210包括高分子导电材料层211及包裹于高分子导电材料层211外表面的绝缘层212。加热膜210中的高分子导电材料层211具有较强的稳定性，不易讲解、老化和衰减，且具有较高的电热转换效率。高分子导电层外的绝缘层212能够保证加热膜210与外界绝缘，当加热膜210设置于风力发电机组的叶片300时，避免叶片300受雷击风险。
78.高分子导电材料层211的材料设置方式有多种，例如高分子导电材料层211为导电材料涂覆于高分子材料基材上，导电材料例如为导电油墨、导电金属材料等。高分子材料的基材例如为聚酯膜。
79.请一并参阅图6，图6为本实用新型第三方面实施例提供的一种发电构件100的结构示意图。该发电构件100可以为上述任一第一方面实施例的风力发电机组中的发电构件100，和/或，该发电构件100可以为上述任一第二方面实施例中除冰装置200的发电构件100。
80.发电构件100包括光伏部件110，用于将光能转换为电能；聚光部件120，用于将太阳光反射至所述光伏部件110。
81.在本实用新型实施例提供的供电装置中，供电装置包括光伏部件110和聚光部件120。光伏部件110能够将光能转换为电能，从而为风力发电机组的除冰装置200提供电能，不仅能够节省风力发电机组产生的电能，而且能够简化风力发电机组的供电电路。另外，供电装置还包括聚光部件120，聚光部件120能够将太阳光反射至光伏部件110，提高光伏部件110的光照亮，进而提高光伏部件110转换的电能，使得发电构件100能够产生足够的电能以供除冰装置200使用。因此，在本实用新型中，使用除冰装置200对风力发电机组的叶片300进行加热除冰时，能够更好的给除冰装置200供电。
82.光伏部件110的形状设置方式有多种，光伏部件110例如可以呈板状。可选的，光伏部件110呈多面体结构，以使光伏部件110能够接受多个方向的光照。进一步的，光伏部件110例如呈球状。光伏部件110可以呈光滑的球状，或者光伏部件110包括多块光伏板，多个光伏板相互拼接呈球状。此外，光伏部件110呈球状还不容易集聚灰尘，也有助于散热，能够进一步提高光伏部件110的光电效应。
83.聚光部件120的设置方式有多种，可选的，聚光部件120可以呈板状，聚光部件120例如为反射镜，以将太阳光反射至光伏部件110。在另一些实施例中，聚光部件120例如可以为多面体结构，使得聚光部件120能够对不同方向的光进行反射。或者，聚光部件120呈球状，使得聚光部件120对各个方向的光均能够进行反射。
84.在一些可选的实施例中，聚光部件120包括：透光壳体121，具有容纳腔；透明介质122，位于所述容纳腔；标记介质123，位于所述容纳腔并沿预设方向延伸。
85.在这些可选的实施例中，聚光部件120具有透光壳体121和透明介质122，使得透过
透光壳体121和透明介质122可以辨别出标记介质123，通过标记介质123可以标记聚光部件120的反射光路径，进而便于根据标记介质123布置聚光部件120，使得聚光部件120反射的光能够抵达光伏部件110。
86.透明介质122例如为纯净水。标记介质123例如为荧光介质，荧光介质在透光壳体121内沿预设方向延伸，例如，聚光部件120呈球状，透光壳体121呈球状，荧光介质呈直线状并经过透光壳体121的球心位置。
87.在一些可选的实施例中，发电构件100还包括支架130，用于支撑光伏部件110和/或聚光部件120，且光伏部件110和/或聚光部件120相对支架130可转动设置。
88.在这些可选的实施例中，光伏部件110和/或聚光部件120通过支架130支撑于目标物体。例如当发电构件100用于风力发电机组的除冰装置200时，光伏部件110和/或聚光部件120通过支架130可以支撑于风力发电机组的机舱500、塔架400和塔架400平台等位置。光伏部件110和/或聚光部件120相对支架130可转动设置，通过支架130能够改变光伏部件110和/或聚光部件120的朝向，通过调整光伏部件110和/或聚光部件120可以改变其与太阳光的接触面积，进而提高光电效应或者聚光效应。
89.可选的，支架130用于支撑光伏部件110，光伏部件110相对支架130可转动设置。通过调整光伏部件110和支架130的相对位置，可以调整光伏部件110的朝向，进而提高光伏部件110的光电效应。
90.当光伏部件110呈球状时，支架130例如包括支撑杆131，光伏部件110连接于支撑杆131并相对支撑杆131可转动设置。例如支撑杆131可以经过光伏部件110的球心，支撑杆131贯穿光伏部件110设置。
91.可选的，支架130还可以包括防护部132，防护部132呈弧状，防护部132的两端连接于支撑杆131上伸出于光伏部件110的部分。通过防护部132向光伏部件110提供保护，提高光伏部件110的使用寿命。防护部132可以呈曲面状，以增大防护部132对光伏部件110和/或聚光部件120的防护面积。或者，防护部132可以呈杆状，以减小防护部132对光伏部件110和/或聚光部件120的遮挡面积。
92.或者，支架130用于支撑聚光部件120，聚光部件120相对支架130可转动设置。通过调整聚光部件120和支架130的相对位置，可以调整聚光部件120的朝向，提高聚光部件120反射至光伏部件110的光量，提高聚光部件120的聚光效应。
93.当聚光部件120呈球状时，如上所述，支架130可以包括支撑杆131，聚光部件120相对支撑杆131可转动设置。例如，支撑杆131经过聚光部件120的球心并贯穿聚光部件120设置。支架130还可以包括防护部132，防护部132呈弧状，防护部132的两端连接于支撑杆131上伸出于聚光部件120的部分。通过防护部132向聚光部件120提供防护。
94.光伏部件110和聚光部件120的个数设置方式有多种，当光伏部件110为一个时，聚光部件120也可以为一个或多个，当光伏部件110为多个时，聚光部件120也可以为一个或多个。
95.请一并参阅图7，图7是本实用新型第三方面实施例提供的一种发电构件100中光伏部件110和聚光部件120的分布示意图。
96.可选的，光伏部件110的个数为多个，多个光伏部件110沿第一方向和第二方向阵列分布；聚光部件120为多个，各聚光部件120分别位于相邻的两个光伏部件110之间。
97.在这些可选的实施例中，光伏部件110为多个，多个光伏部件110能够提高发电构件100的发电量。聚光部件120为多个，各聚光部件120分别位于相邻的两个光伏部件110之间，使得聚光部件120能够向不同的光伏部件110提供反射光。
98.请一并参阅图8，图8是本实用新型第三方面另一实施例提供的一种发电构件100中光伏部件110和聚光部件120的分布示意图。
99.可选的，当光伏部件110沿第一方向和第二方向成行成列排布时，聚光部件120可以与光伏部件110同行同列排布，或者聚光部件120可以位于相邻的两列光伏部件110之间，和/或，聚光部件120位于相邻的两列光伏部件110之间。
100.在一些可选的实施例中，在第一方向上相邻的两个光伏部件110之间设置有聚光部件120，和/或，在第二方向上相邻的两个光伏部件110之间设置有聚光部件120。
101.在这些可选的实施例中，当在第一方向上相邻的两个光伏部件110之间设置有聚光部件120时，聚光部件120可以向其在第一方向上两侧的光伏部件110提供反射光。当在第二方向上相邻的两个光伏部件110之间设置有聚光部件120时，聚光部件120可以向其在第二方向上两侧的光伏部件110提供反射光。
102.可选的，在第一方向上相邻的两个光伏部件110之间设置有聚光部件120，且在第二方向上相邻的两个光伏部件110之间设置有聚光部件120。那么同一个聚光部件120的周侧设置有四个光伏部件110，同一个光伏部件110的周侧也设置有四个聚光部件120，能够进一步提高聚光效应。
103.在一些可选的实施例中，多个光伏部件110和多个聚光部件120在第一方向和第二方向所在平面呈层铺设，且多层光伏部件110和聚光部件120沿第三方向间隔分布，第三方向和第一方向、第二方向均相交。
104.在这些可选的实施例中，多个光伏部件110和多个聚光部件120呈多层排布形成立体结构，能够进一步提高发电构件100的发电量。
105.可选的，请继续参阅图5，当多层光伏部件110和聚光部件120沿第三方向间隔分布时，支架130的支撑杆131沿第三方向延伸成型，在第三方向上分布的光伏部件110和聚光部件120、或者在第三方向上分布的多个光伏部件110或聚光部件120被同一支撑杆131支撑。
106.在一些可选的实施例中，当聚光部件120可转动设置时，例如聚光部件120通过支架130设置于机舱500，聚光部件120相对支架130可转动时，风力发电机组的控制装置还可以控制聚光部件120转动以使聚光部件120能够将太阳光反射至结冰位置，通过光热效应除冰，进一步提高除冰效果。
107.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。