随着中国经济的发展，能源供应、能源安全、温室效应及环境污染问题正日益成为 制约中国经济发展的重大瓶颈。根据2008BP世界能源统计年鉴，2007年中国商业能源 的总消费量为1863百万吨油当量，已相当于美国消费量的78.92％，巨大的能源需求导致 中国不得不大量使用高污染的煤炭(煤炭在中国能源消费中所占比例高达77.62％远远高 于美国的24.86％)并导致环境问题的进一步恶化。中国的温室气体排放量目前已经与美 国相差无几并且一直在快速增加中。根据世界银行报告，世界20个最严重污染城市中 国就占了16个。而中国目前的人均GDP依旧较低远远低于美日德等发达国家，在未来 相当长的一段时间大力发展经济提高人民的生活水平仍将是一种迫切的需要和优先目 标并将导致中国本已非常糟糕的能源及环境问题进一步严重恶化除非对现有的能源利 用结构进行重大调整。因此，相对清洁得多、可以不断再生及永续利用的可再生能源的 发展与应用对中国未来的经济发展及能源、环境问题的解决将具有极其重大的意义。该 结论同样适用于很多国家尤其是经济快速发展能源又较为短缺的国家。
目前，欧美发达国家对风能太阳能的利用都非常重视并不惜为此提供巨额财政补贴 高价买单培育市场和产业以促进相关技术的不断进步及发电成本的不断下降并取得了 显著的成果。大量研究结果表明，世界绩优风力发电场的发电成本自80年代以来下降 了将近90％，现在已下降到4美分/千瓦时甚至更低。太阳能光伏发电成本随着产业的发 展也不断快速降低，光伏组件成本30年来几乎降低了2个数量级。美国光伏生产商First Solar更是在2009年2月24日正式宣布其成功在四季度将发电成本降至98美分，率先 打破了1美元的价格门槛。
但目前的风能、太阳能的开发利用依旧存在很多的不足与局限性：1.风能和太阳能 的能量密度及能量利用效率都很低导致其大规模发电需要占用大量的土地，因此迫切需 要提高单位土地面积的发电量以节省土地；2.风能和太阳能发电受天气及地域的影响 较大，稳定性差，并网发电后会对电网的稳定运行以及电网的供电质量造成不良影响， 因此如何提高风能发电和太阳能发电的稳定性也是个重大问题；3.离开建筑物和荒漠 来建设光伏发电站将破坏环境和生态，大型固定式太阳能电池板下面将有相当部分区域 寸草不生。风力发电也存在一定的环保生态问题，大型的风力发电站往往建在季风的风 道上，而这往往是候鸟迁徙的最佳路线，快速旋转的扇叶往往成为候鸟的杀手；4.太阳 能电池的热岛效应导致太阳能电池板不能水平放置只能倾斜放置并导致风经过时产生 紊流，因此即使该区域的风能资源也较为丰富那么我们也难于在太阳能电池板的上方高 空放置风力发电机否则太阳能电池板倾斜放置导致风经过时产生的紊流容易损坏扇叶 并降低本已低下的风能利用效率。而低空(太阳能电池板的安装及运动轨迹空间)更是 被电池板占据已无法安装风力发电机，当风吹到电池板上面时，大量能量就白白损耗掉 了。

本发明所要解决的技术问题是提供一种同时利用风能和太阳能发电并尽可能消除 或者减小现有风能发电和太阳能发电方式不利影响的发电系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种发电系统，其特征在于，包括：
光电转化板，用于将光能转化为电能；
往复运动装置，用于限制所述光电转换板在风力的作用下做往复运动；以及，
发电装置，用于由所述光电转化板驱动，发出电能。
采用上述技术方案，能够在尽量利用太阳能发电的前提下，也采集风能进行发电， 这样提高了单位面积上的发电效率。同时，在没有日光的时候，可以通过风力进行发电， 或者，在风力不足的时候，可以通过太阳能进行发电，其发电对环境的依赖度要比单纯 的太阳能发电要低，有利于提高发电系统的稳定性和可靠性。其工作过程如下：当风力 吹到所述光电转化板上的时候，所述光电转化板将沿着往复运动装置做往复的运动，以 带动所述发电装置发出电能。同时，当受到阳光照射时，所述光电转化板能将太阳能转 换为电能进行光伏发电。
进一步而言，所述光电转化板采用太阳能电池板；
所述往复运动装置包括：
光电转化板支撑装置，包括：通过转轴与所述太阳能电池板轴接的支架、用于驱动 所述转轴转动的电动机，和，控制并驱动所述电动机转动的控制单元；以及，
往复驱动装置，包括：用于限制所述支架沿其滑动的直线导轨、分别设置在所述直 线导轨两端的第一限制边及第二限制边，和，分别用于将靠近所述第一限制边及第二限 制边的所述支架推离的第一弹回装置及第二弹回装置。
由于进一步采用上述技术措施，初始状态的时候，所述太阳能电池板在所述电动机 的带动下成尽可能大的迎风面积。当风力吹到所述太阳能电池板上的时候，所述太阳能 电池板将沿着所述直线导轨滑动，并带动所述发电装置发电。所述第一限制边及第二限 制边是所述太阳能电池板沿着所述直线导轨运动的极限位置，当所述太阳能电池板达到 或接近其运动极限位置时候，所述太阳能电池板在所述电动机的带动下成尽可能小的迎 风面积，同时第一弹回装置或第二弹回装置将其弹回，以进行往复运动。
进一步而言，所述太阳能电池板为矩形平面，所述转轴设置于所述太阳能电池板的 中间位置。
由于进一步采用上述技术措施，在理想状态下，即风力平均吹到所述太阳能电池板 上的时候，其以所述转轴为轴，两边的风力的力矩是相同的，这样在风力的作用下，所 述电动机转动所述转轴，以带动所述太阳能电池板转动，其不耗费过多的能量。
进一步而言，所述发电装置采用发电机，一端固定连接于所述支架的卷簧另一端卷 绕于所述发电机的轴，以带动所述发电机转动。
进一步而言，所述光电转化板采用太阳能电池板；
所述往复运动装置包括：
光电转化板支撑装置，包括：通过转轴与所述太阳能电池板轴接的支架、用于驱动 所述转轴转动的电动机，和，控制并驱动所述电动机转动的控制单元；以及，
往复驱动装置，包括：用于限制所述支架沿其滑动的直线导轨、分别设置在所述直 线导轨两端的第一限制边及第二限制边；所述直线导轨倾斜于水平面设置。
由于进一步采用上述技术措施，这样，首先，所述太阳能电池板在所述电动机的带 动下成尽可能大的迎风面积，风力将所述太阳能电池板吹动，直到所述直线导轨所限制 的极端的位置的之后，，所述太阳能电池板在所述电动机的带动下成尽可能小的迎风面 积，则所述面板支撑装置上的所述太阳能电池板能够在重力的作用下回复到初始所在直 线导轨的一端。
进一步而言，在所述直线导轨上设置有，用于使得所述直线导轨旋转的旋转装置。
由于进一步采用上述技术措施，这样便于所述发电系统获取尽量多的风力和阳光来 进行发电。
进一步而言，所述控制单元包括：用于获得所述支架分别靠近所述第一限制边及第 二限制边状态的位置传感器单元，以及，根据所述位置传感器输入的信号来驱动所述电 动机转动的电机驱动单元。
由于进一步采用上述技术措施，这样能够便于系统正确的获知所述往复运动装置上 的所述太阳能电池板的运动状态，能够更好的控制其做往复运动。
进一步而言，在所述支架与所述直线导轨滑动连接处设置有滚轮。
由于进一步采用上述技术措施，减少了摩擦损耗，提高了运动发电效率。
进一步而言，所述发电装置采用发电机，至少一所述滚轮带动所述发电机同轴转动。
进一步而言，所述发电装置采用发电机，一段固定连接于所述支架的齿条与所述发 电机的轴啮合，以带动所述发电机转动。
进一步而言，所述的发电系统还包括：能够调节其角度的光学平面镜，用于将阳光 反射到所述光电转化板上。
由于进一步采用上述技术措施，可较大幅度地降低太阳能光伏发电成本。
与现有技术相比本发明的优点在于，同时利用风能和太阳能发电并尽可能消除或者 减小风能发电和太阳能发电不利影响。
附图说明
图1是本发明发电系统一种实施例的结构示意图；
图2是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图；
图3是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图；
图4是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图；
图5是本发明发电系统另一种实施例的结构示意图。

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例的风光一体化发电设备，包括：太阳能电池板21、发电机 41、电动机31、电动机32、支架51、转轴52、滚轮60、第一限制边71、第二限制边 72、直线导轨73、第一弹回装置61和第二弹回装置62。
太阳能电池板21是一种能将太阳能转换成电能的器件，在目前的技术条件下太阳 能电池板上一般会装有多片太阳能电池片，当然随着科技的发展未来也有可能整合成一 片。太阳能电池板21的形状可为平面也可为曲面，曲面太阳能电池板的特殊形式还包 括抛物镜及位于焦点处的太阳能电池片这样的结构，太阳能电池片可占据太阳能电池板 21的全部或仅部分面积。太阳能电池21是一种利用光生伏特效应而将太阳光能直接转 化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极 管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有 比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
矩形的太阳能电池板21中心装有圆形的转轴52，转轴52的一端直接固定于电动机 31的转子上，太阳能电池板21在电动机31的带动下可绕转轴52前后转动，从而能够 跟踪太阳照射角度的变化。电动机31可以采用步进电动机或者伺服电动机。转轴52和 电动机31固定于支架51上，支架51的底部装有4个圆形的滚轮60，其中，发电机41 的转子固定在其中一个滚轮60上。滚轮60被限制在直线导轨73的凹槽731内滚动。
在本实施例中，直线导轨73可以设置为固定式导轨，其方向尽量与本地的常年主 导风向相关，以便尽量利用风能。
太阳能电池板21除了可将光能转换为电能外还可同时充当风能接收器，当风速达 到一定值时比如大于4m/s时(该数值取决于设备的各种具体参数，目前普通风力发电 机的启动风速一般为3m/s至4m/s，而本实施例的启动风速也可设置为3m/s至4m/s或 者略高一点)，太阳能电池板21可将空气的部分动能转化为电池板的动能并带动发电机 旋转切割磁力线产生电能。具体风力发电过程如下：太阳能电池板21闭合垂直于地面， 空气以一定的速度撞击太阳能电池板21并促使其沿直线导轨73向后运动并带动4个滚 轮60滚动。直线导轨73上与滚轮接触的地方具有U型槽731以防止滚轮脱轨。由于发 电机41的转子固定在其中一个滚轮60上，当所述滚轮60在直线导轨73上滚动时会带 动发电机41的转子滚动从而旋转切割磁力线，当把外电路连接起来时就会有电流产生。
直线导轨73的两端装有第一限制边71和第二限制边72。并在第一弹回装置81和 第二弹回装置82分别设置了第一弹回装置81和第二弹回装置82。其中，第一弹回装置 81和第二弹回装置82可以采用氮气弹簧或者是压缩弹簧以及其它形式的弹性元件。当 太阳能电池板21及其面板支撑装置导轨73的末端时，如到达第一限制边71时，会碰 到第一弹回装置81，并将其部分动能转化为第一弹回装置81的弹性势能并促使太阳能 电池板21及所在的面板支撑装置停止运动。
此时太阳能电池板21在电动机31的带动下旋转90度与地面平行从而将其受风面 积大幅度减小。由于第一弹回装置81所受到的压力大幅度减小，第一弹回装置81的弹 性势能将转换为太阳能电池板21及面板支撑装置的动能，使其弹离第一限制边71复位 到初始位置。在复位过程中太阳能电池板21一直保持与地面平行的状态且发电机41外 电路断开以避免产生大的复位阻力。当太阳能电池板21及面板支撑装置运动到第二限 制边72时会碰到第二弹回装置82并逐步停止运动。此时太阳能电池板21在电动机31 的带动下转动到如垂直于地面或其他尽可能多的迎风面积，以重新接受风能向后运动带 动发电机41发电。
除了用弹回装置外，还可以在滚轮60上安装电动机32来驱动其复位。电动机32 及电动机31可以由控制单元在分别采集了系统的运动信息的基础上，进行控制。同时， 由于复位的时候阻力很小，所耗费的能量也很小，因此系统在整体上是有发电效率的。
控制单元一种实施例包括：用于获得所述支架分别靠近所述第一限制边及第二限制 边状态的位置传感器单元，以及，根据所述位置传感器输入的信号来驱动所述电动机转 动的电机驱动单元。此外，整个发电场还可以设立一个中央统一控制系统以用来统一收 集整个发电场的相关实时数据及信号并将相关信号传输给控制单元以方便其控制电动 机32及电动机31的运动。
另外一个不同的进行复位方式的实施例是，直线导轨73还可设置为前低后高的形 式或者前后高低可根据需要调节的形式，如在直线导轨73的某一端的底部安装一套液 压系统通过调节液压缸来调节直线导轨73前后端的相对高度。则可以直接由重力及弹 性体提供其往复运动的复位所需要的能量。
利用上述发电系统的实施例，我们就能在白天阳光照射强烈且风速较小时利用太阳 能电池板上的太阳能电池进行太阳能光伏发电，在夜晚和阴雨天风速达到一定值(如 3m/s或者4m/s或略高)时利用风能来发电，当风速较大且阳光照射较强时则可同时进 行太阳能光伏发电和风力发电，从而在技术上实现了太阳能光伏发电与风力发电功能的 一体化。
由于太阳能电池板21在电动机31的带动下可绕转轴52前后转动，因此太阳能电 池板21可随时跟踪太阳照射角度的变化且底下植物可间歇性受到阳光的照射，相对于 固定式太阳能电池板，本实施例中的太阳能电池板21能长期处于一种高效使用状态从 而大幅度提高其寿命期限内的发电量。即使相对于普通可转动式太阳能电池板，如果是 在非沙漠或者非荒漠地区应用，本实施例中的太阳能电池板21也能有更多的时间处于 高效使用状态。这是因为在非沙漠或者非荒漠地区，对于普通可转动式太阳能电池板我 们不能让其实际有效利用面积比例一直保持在高效率利用状态比如95％以上，否则下面 会有相当部分地方照射不到阳光导致植物无法生存。因此只有让它在白天的某一两个小 时使其实际有效利用面积比例由95％以上变为0％(电池板旋转成与阳光平行的角度)，这 显然会降低其效率。当然由于电池板的旋转也要花费能量因此为了节省能量，本实施例 中的太阳能电池板21并不是每分每秒都在转动而是由控制系统比如单片机控制固定一 小段时间转动一次(跟发电系统的各种参数及所在地区的太阳能资源有关，至于所在地 区的太阳能资源及每天的太阳照射角度变化等相关资料可从当地的气象部门取得或者 事先测量)。这样需要控制系统进一步采集太阳位置的信息。
如图2所示，本实施例的发电系统可以看成由两个图1所示的实施例合并而成。太 阳能电池板21和太阳能电池板22呈一前一后放置，可先后接收风能带动发电机发电： 当太阳能电池板22接收风能向后运动并带动发电机发电时，太阳能电池板21在外力或 者重力分力的作用下复位；当太阳能电池板22运动到导轨终点时，此时换成太阳能电 池板21接收风能并带动发电机发电，太阳能电池板22则在外力或者重力的作用下复位。
另外，在地价较为便宜的地区，我们还可以把太阳能电池板22替换为非常廉价的 光学平面镜甚至是抛光的金属片，通过镜面反射把太阳能反射到太阳能电池板21上进 行太阳能发电。因为，光学平面镜和抛光的金属片比昂贵的太阳能电池要便宜得多这样 能大幅度降低太阳能的发电成本。虽然这样太阳能的利用效率也因此降低了不少，但在 风能丰富的地区尤其是我国的沿海地区其损失部分完全可以由风能发电所增加的部分 来进行弥补。
同时，太阳能电池板22除了可用光学平面镜代替外，还可用凸透镜或者凹透镜代 替(当然不一定是代替太阳能电池板22，代替太阳能电池板21也可以，即该系统由一 件太阳能电池板和一件透镜组成)。当受到阳光照射时透镜通过位置的调整可将相当部 分阳光聚集到太阳能电池板上。用凹透镜虽然会导致设备的整体光能-电能转换效率变 得更差但其可以更好地照顾到底下植物的生长。
如图3所示，与图2所示的实施例的有局部的改动，其主要区别是：其直线导轨 73的底部装有旋转装置74。
所述旋转装置74内部装有电动机及齿轮箱，用于带动下导轨73可360度水平旋转， 以更高效率地利用风能来发电。该旋转装置74包括旋转部分741和固定部分742。该 741旋转部分与导轨73固定在一起，当其转动时会带动导轨73一起转动，固定部分742 固定于地面上。为了增加导轨73的强度，导轨73还新增了加强筋732。加强筋732的形 状可以是十字交叉型或者网络状以及其他形式。当导轨73的长度较长时，其两端底部 还可装有数个支撑柱，该支撑柱要旋转时可收起，不旋转时可向下运动抵住地面以平衡 设备的重力，当然也可用液压系统或者电动机来实现该功能。
如图4所示的发电装置的实施例，包括：太阳能电池板21、发电机41、电动机31、 支架51、转轴52、齿条53、微型的滚轮60、直线导轨73、第二弹回装置82、第三弹 回装置83，还有设置在弹回装置82、83另一端的第一弹回装置81，但其被太阳能电池 板21所遮挡，没有图示出来。
太阳能电池板21中心处装有转轴52，两者的连接方式可为过盈配合、焊接、铆接 或者为部分截面均为长方形的轴心和套筒套合在一起，此外还可将两者一体成型。转轴 52的一端直接固定于电动机31的转子上可随着电动机31转子的旋转而旋转，转轴52 的另一端的截面为圆形截面可在支架51的圆形孔内自由旋转，当然两者之间最好是通 过滚珠轴承的方式接合在一起。太阳能电池板21在电动机31的带动下可绕转轴52前 后转动以跟踪太阳照射角度的变化。电动机31为步进电动机或者伺服电动机。转轴52 和电动机31固定于支架51上，支架51的底部装有4个微型圆形滚轮60，且每个滚轮 均可绕自身的轴心自由旋转。直线导轨73的侧面开有正方形槽，滚轮60可在直线导轨 73的正方形槽内自由滚动。正方形槽的作用为防止太阳能电池板21所在的运动组件出 现脱轨、倾斜等异常运动状况。导轨73的两端还装有弹回装置81、82、83，其中，第 一弹回装置81的主要作用是起缓冲作用，第二弹回装置82和第三弹回装置83除了起 缓冲作用外还与重力(导轨倾斜放置)共同提供太阳能电池板21复位所需要的能量。 齿条53为直齿条，固定连接于支架51上，发电机41上411部分为圆柱齿轮，其模数 与齿条53的模数一样。当太阳能电池板21接收风能向后运动时会带动齿条53运动并 通过齿轮传动机构带动发电机41转子运动从而切割磁力线产生电能。当齿条53复位时 发电机外电路断开以减小复位时的系统阻力，当然还可以在发电机41的内部增加一个 内棘轮机构从而起到仅仅单向传递扭力的作用。
如图5所示的发电装置的实施例，与图4所示的实施例结构方案的区别是：该实施 例用卷簧54代替了齿条53。当太阳能电池板21接收风能向后运动时，卷簧54会拉动 其所在的发电机41的转子并促使其旋转，当电池板21所在的运动组件向前复位时，卷 簧54能提供相当部分的复位能量，因此有利于提高设备整体的风能利用效率，减小额 外的能量损耗。
在上述多种实施例中，我们还可以将太阳能电池板的往复运动装置设置为，其往复 驱动装置利用磁铁同极相斥的原理作成磁悬浮结构，使其与运动导轨间基本没有物理接 触，以避免摩擦损失大量的能量。此外还可以借鉴图2的实施例，对图1的实施例中太 阳能电池板做成两件呈一前一后放置，可先后接收风能带动发电机发电的形式。另外， 对于韧性较好的太阳能电池板如薄膜太阳能电池板，还可在导轨的前后两端各加一挡块， 当电池板碰到挡块时会翻转90度(即电池板由与地面平行变为与地面垂直或由与地面垂 直变为与地面平行)或者虽无法直接翻转90度但也可以提供翻转所需的部分能量从而进 一步提高能量利用效率。此外，所述太阳能电池板还可由多个更小的太阳能电池板组成， 每个更小的太阳能电池板都可单独绕平行于地面的轴心前后转动以使结构更为紧凑。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本 发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明 的保护范围。