專利名稱：波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法及其發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電方法及其發(fā)電系統(tǒng)，具體地，涉及一種波浪振動壓電發(fā)電和 太陽能組合發(fā)電方法及其發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化進程的加快，人類對能源的需求與日俱增，造成一 次能源消耗直線上升，并且在不久的將來將被用盡。因此，人們把目光紛紛投向地球上最大 的能源庫——太陽和海洋，太陽能和海洋能源都是不污染環(huán)境的清潔能源，而且都是可再 生得能源，取之不盡、用之不竭。利用太陽能和波浪發(fā)電可以為邊遠海島和海上設(shè)施等提供 電能，此外，還可以利用太陽能和波浪能提供的動力進行海水淡化、從深海提取低溫海水進 行空調(diào)制冷以及制氫等。隨著太陽能和波浪能發(fā)電技術(shù)的日漸成熟，其還可以代替部分常 規(guī)能源，這對于緩解世界所面臨的能源緊缺、溫室效應(yīng)和環(huán)境污染等都將有著重要的經(jīng)濟 社會意義。其中，波浪能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)在于裝置對波浪能的有效吸收，目前研究最多、最有 前途的三種裝置為振蕩水柱波能裝置、擺式波能裝置、聚波水庫波能裝置。振蕩水柱波能 裝置以空氣作為轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，利用壓縮氣流帶動發(fā)電機發(fā)電。這種裝置的優(yōu)點是轉(zhuǎn)動機構(gòu) 不與海水接觸，避免了海水對裝置的腐蝕，缺點是二級轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)電不穩(wěn)定。擺式波能裝置是通過擺體在波浪力的作用下發(fā)生的前后或上下擺動，將波浪能轉(zhuǎn) 換為擺軸的動能，帶動發(fā)電機發(fā)電。這種裝置的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換效率高，可以方便地與相位控制 技術(shù)相結(jié)合，使波能裝置能吸收到裝置迎波寬度以外的波浪能，其缺點是機械維護較為困 難。聚波水庫波能裝置的關(guān)鍵技術(shù)是一個喇叭形的聚波器和逐漸變窄的楔形導槽，利 用水庫和外海間的水頭落差驅(qū)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。聚波水庫波能裝置的優(yōu)點是波能的轉(zhuǎn) 換無需設(shè)置活動部件，可靠性好且穩(wěn)定，不足之處是建造這種電站對地形要求嚴格，不易推此外，壓電發(fā)電裝置是利用壓電材料，將周圍環(huán)境的振動機械能轉(zhuǎn)換成電能，其是 一種新型的發(fā)電技術(shù)。中國專利CN1696499A提出了以波浪為能源動力的壓電發(fā)電系統(tǒng)，壓 電元件固定于殼體，碰撞機構(gòu)作為運轉(zhuǎn)振子(主動)，波動時使得壓電元件產(chǎn)生變形，從而 產(chǎn)生脈沖電能。這種壓電發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量較小，壓電元件長期碰撞后，容易損壞。因此，需要一種能夠有效地利用波浪能和太陽能進行發(fā)電的方法和系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法及其發(fā)電系 統(tǒng)，以克服或緩解現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，將波浪的振動能和太陽能有效地轉(zhuǎn)換成電能，從而 能夠加以存儲和利用。上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法，包括如下步驟(1)將太陽能電池板設(shè)置在水面上，以使得該太陽能電池板接收太陽能并利 用太陽能形成直流電能；(2)將相對表面上粘貼有多個壓電元件的至少一個懸臂板密封在 箱體內(nèi)，并將所述箱體懸浮在水面上或水中，通過波浪的振動使得所述懸臂板發(fā)生彎曲彈 性變形，通過壓電效應(yīng)，使得粘貼在所述懸臂板相對表面上的多個所述壓電元件產(chǎn)生交流 電能，并將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能；(3)將上述步驟(1)和(2)中形成的直流電能輸送到 儲能裝置儲存。優(yōu)選地，所述波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法還包括如下步驟將所述 儲能裝置中儲存的直流電能直接供給到直流用電負載、或者通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電能后 供給到交流用電負載或輸入電網(wǎng)。優(yōu)選地，在上述步驟(2)中，所述多個壓電元件產(chǎn)生的交流電能通過如下方式轉(zhuǎn) 換成直流電能首先，將全部壓電元件分組，并使得每一組壓電元件內(nèi)的壓電元件相互串 聯(lián)，從而形成多個串聯(lián)模塊；其次，將多個串聯(lián)模塊分組，并使得每一組串聯(lián)模塊內(nèi)的串 聯(lián)模塊相互并聯(lián)后再串聯(lián)一個整流器，從而形成多個串聯(lián)電路，將每個串聯(lián)電路與一個第 一二極管并聯(lián)，以形成多個并聯(lián)模塊；再次，將多個并聯(lián)模塊分組，并將每一組并聯(lián)模塊內(nèi) 的并聯(lián)模塊相互串聯(lián)后再與一個第二二極管串聯(lián)，從而形成多個分支電路；最后，將所述多 個分支電路并聯(lián)后，進而與所述太陽能電池板的電路并聯(lián)，并通過充電控制器對所述儲能 裝置充電。此外，本發(fā)明還提供一種波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其設(shè)有多個 水中發(fā)電箱體、多個水面發(fā)電箱體以及工作平臺，所述水面發(fā)電箱體之間、水中發(fā)電箱體之 間、以及水面發(fā)電箱體與水中發(fā)電箱體之間通過纜索連接，并且各個水面發(fā)電箱體、水中發(fā) 電箱體還通過電纜與所述工作平臺連接，其中，每個所述水中發(fā)電箱體設(shè)有密封的發(fā)電箱 體外殼，該發(fā)電箱外殼內(nèi)設(shè)有支架、至少一個重量塊以及多個懸臂板，每個懸臂板的一端固 定在所述支架上，另一端搭在所述重量塊上；所述重量塊通過彈性材料連接于所述發(fā)電箱 體外殼；每個所述懸臂板的相對表面上粘接有多個壓電元件，該多個壓電元件連接于用于 將所述壓電元件產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的轉(zhuǎn)換電路；每個所述水面發(fā)電箱體與 所述水中發(fā)電箱體的結(jié)構(gòu)相同，并且在每個所述水面發(fā)電箱體的上表面還設(shè)有太陽能電池 板；所述工作平臺設(shè)有工作平臺外殼、充電控制器以及儲能裝置，所述轉(zhuǎn)換電路以及太陽能 電池板連接于所述充電控制器，該充電控制器連接于所述儲能裝置。優(yōu)選地，所述彈性材料為彈性繩或彈簧，并且該彈性繩或彈簧的長度大于所述發(fā) 電箱體外殼處于靜止狀態(tài)時所述重量塊和該發(fā)電箱體外殼之間的距離。優(yōu)選地，所述支架平行于或垂直于所述發(fā)電箱體外殼的底部，所述重量塊與所述 支架平行設(shè)置。優(yōu)選地，多個平行的所述懸壁板組成一列，至少一列所述懸臂板共用一個所述重量塊。優(yōu)選地，每個所述壓電元件設(shè)有第一電極、壓電材料以及第二電極(0403)，所述壓 電材料為壓電單晶、壓電陶瓷、壓電聚合物、壓電復合材料中的一種或多種的組合物，所述 儲能裝置為蓄電池、電容或超導儲能裝置，并且該儲能裝置還連接有逆變器。優(yōu)選地，各個所述水面發(fā)電箱體、水中發(fā)電箱體內(nèi)的懸臂板和重量塊的尺寸不相 同，并且粘貼在所述懸臂板上的一個壓電元件列中的各個壓電元件尺寸相同，粘貼在所述懸臂板上的一個壓電元件行(109)中的各個壓電元件尺寸不相同。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)換電路連接結(jié)構(gòu)為全部所述壓電元件分組，并且每一組壓電元件 內(nèi)的壓電元件相互串聯(lián)，從而形成多個串聯(lián)模塊；該多個串聯(lián)模塊分組，并使得每一組串聯(lián) 模塊內(nèi)的串聯(lián)模塊相互并聯(lián)后再串聯(lián)一個整流器，從而形成多個串聯(lián)電路；每個串聯(lián)電路 與一個第一二極管并聯(lián)，從而形成多個并聯(lián)模塊；該多個并聯(lián)模塊分組，并將每一組并聯(lián)模 塊內(nèi)的并聯(lián)模塊相互串聯(lián)后再與一個第二二極管串聯(lián)，從而形成多個分支電路；該多個分 支電路并聯(lián)后，進而與所述太陽能電池板的電路并聯(lián)后連接于所述充電控制器。本發(fā)明的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法及其發(fā)電方法能夠有效地利 用太陽能和波浪振動機械能進行發(fā)電，從而實現(xiàn)了一種環(huán)保型的綠色發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方 法。同時，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的壓電元件設(shè)置在發(fā)電箱體的內(nèi)部，不會受到撞擊或損壞，工 作可靠性、穩(wěn)定性極好。此外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，由于在廣闊的湖面或 海面上，太陽能和波浪振動隨處可得，且振動導致壓電材料的彎曲變形量較大，這使得本發(fā) 明的發(fā)電裝置發(fā)電量大、應(yīng)用范圍廣，具有普遍的適用性。
圖1為本發(fā)明具體實施方式
的發(fā)電系統(tǒng)的主視示意圖；圖2為本發(fā)明具體實施方式
的發(fā)電系統(tǒng)的俯視示意圖；圖3為本發(fā)明具體實施方式
的水面發(fā)電箱體的外形示意圖；圖4為本發(fā)明一種具體實施方式
的水面發(fā)電箱體的主視剖面圖；圖5為圖4所示的水面發(fā)電箱體的俯視剖面圖；圖6為本發(fā)明一種具體實施方式
的位于水中發(fā)電箱體的主視剖面圖；圖7為本發(fā)明具體實施方式
的壓電元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明具體實施方式
的轉(zhuǎn)換電路的原理示意圖；圖9為本發(fā)明具體實施方式
的工作平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明另一種具體實施方式
的水面發(fā)電箱體的主視剖面圖。圖中1水面發(fā)電箱體、2纜索、3電纜、4工作平臺、5水中發(fā)電箱體、101太陽能電 池板、102發(fā)電箱體外殼、103支架、104壓電元件、105懸臂板、106重量塊107彈性繩或彈 簧、108轉(zhuǎn)換電路、109壓電元件行、110壓電元件列、111水面發(fā)電箱體外殼、112太陽能電池 板、113支架、114壓電元件、115懸臂板、116重量塊、117彈性繩或彈簧、118轉(zhuǎn)換電路、401 充電控制器、402工作平臺外殼、403儲能裝置、404逆變器、10401第一電極、10402壓電材 料、10403第二電極、10801串聯(lián)模塊、10802第一二極管、10803整流器、10804第二二極管、 10805并聯(lián)模塊、10806分支電路、10807轉(zhuǎn)換電路
具體實施例方式下面結(jié)合實例例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。為了便于理解本發(fā)明，以下首先借助實施例描述本發(fā)明的波浪振動壓電發(fā)電與太陽 能組合發(fā)電系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，再說明本發(fā)明的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法。實施例1圖1至圖2示出了本實施例的發(fā)電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，本波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，包括若多個水面發(fā)電箱體1、多個水中發(fā)電箱體5和工作平臺4;其中水面 發(fā)電箱體1之間、水中發(fā)電箱體5之間、以及水面發(fā)電箱體1和水中發(fā)電箱體5之間用纜索 2連接；各個水面發(fā)電箱體1、水中發(fā)電箱體5通過電纜3與工作平臺4連接。圖3描述了水面發(fā)電箱體1的結(jié)構(gòu)，發(fā)電箱體外殼102的上表面覆蓋了太陽能電 池板101，太陽能電池板101可以把照射到的太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能。圖4至圖5描述了本實施例的水面發(fā)電箱體1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，多個平行設(shè)置的懸臂 板105組成一列，每個懸臂板105的相對表面(圖4中為上下表面)粘貼有多個壓電元件 104，懸臂板的一端固定在支架103上，另一端搭在重量塊106上，至少一列懸臂板共用一個 重量塊106，盡管圖4中顯示兩列懸臂板共用一個重量塊106，但本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然能夠 想到的是，在圖4中右列懸臂板也可以單獨設(shè)置一個重量塊，而不與左列懸臂板共用重量 塊，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍；支架103安裝在發(fā)電箱體外殼102內(nèi)部并垂 直于該發(fā)電箱體外殼102的底部；重量塊106的兩端可以通過彈性材料(例如彈性繩或彈 簧107)連接到發(fā)電箱體外殼102上，該彈性材料(例如彈性繩或彈簧107)的長度大于所 述發(fā)電箱體處于靜止狀態(tài)時重量塊和發(fā)電箱體外殼之間的距離，這樣在發(fā)電箱體外殼的振 幅過大時，可以抑制重量塊106的振幅，避免壓電元件的損壞；轉(zhuǎn)換電路108安裝在外殼內(nèi) 部；當水面發(fā)電箱體浮在水面，隨著波浪的振動，發(fā)電箱體1也發(fā)生上下或左右振動，在自 身重量和重量塊106的共同作用下，懸臂板105發(fā)生交變的彎曲彈性變形，粘貼在懸臂板上 下表面的壓電元件104也產(chǎn)生交變的拉伸和壓縮變形，由于壓電效應(yīng)，壓電元件將產(chǎn)生交 變的電能，通過轉(zhuǎn)換電路108，整個發(fā)電箱體內(nèi)所有壓電元件產(chǎn)生的電能匯集起來并轉(zhuǎn)換成 直流電能；當懸臂板振動時，距離支架相同距離處的懸臂板表面的應(yīng)變相同，所以一個壓電 元件110的應(yīng)變尺寸相同，并能產(chǎn)生相同的電量；距離支架103不同距離處的懸臂板表面 的應(yīng)變也不相同，通過相應(yīng)地改變一個壓電元件排109中的壓電元件的尺寸，可以使各個 壓電元件產(chǎn)生相同的電量；懸臂板的彎曲共振頻率主要由懸臂板的材料和結(jié)構(gòu)尺寸共同決 定，當波浪的振動頻率接近懸臂板的彎曲共振頻率時，懸臂板的彎曲彈性變形達到極大值， 壓電元件產(chǎn)生的電量也會達到極大值；在實際應(yīng)用中，可以相應(yīng)地使得各個發(fā)電箱體中懸 臂板的尺寸不同，這樣不同箱體中的懸臂板105的彎曲共振頻率也不相同，從而可以使得 發(fā)電系統(tǒng)可以有效吸收多個頻率的波浪振動機械能，實現(xiàn)在較寬的波浪振動頻率范圍內(nèi)有 效地發(fā)電。圖6描述了本實施例的水中發(fā)電箱體5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該水中發(fā)電箱體5除了未設(shè) 置太陽能電池板之外，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和水面發(fā)電箱體1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同。圖7描述了壓電元件的結(jié)構(gòu)，壓電元件包括壓電材料10402、第一電極10401和第 二電極10403。其中的第一電極10401和第二電極10403分別涂覆在壓電材料10402的上 下表面，壓電材料(10402)位于兩個電極的中間，類似三明治結(jié)構(gòu)，其可以為壓電單晶、壓 電陶瓷、壓電聚合物、壓電復合材料中的一種或多種的組合物；壓電材料的極化方向平行于 厚度方向。由于正壓電效應(yīng)，當壓電元件受到應(yīng)力應(yīng)變時，將在電極上產(chǎn)生電荷和電壓。此外，需要說明的是，發(fā)電箱體102內(nèi)產(chǎn)生的交流電能可以通過各種公知的轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)換成直流電能，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。但是，優(yōu)選地，本發(fā)明采用圖8所 示的轉(zhuǎn)換電路。如圖8所示，發(fā)電箱體中的多個壓電元件104串聯(lián)，形成串聯(lián)模塊10801 ； 多個串聯(lián)模塊10801并聯(lián)后，串聯(lián)一個整流器10803，從而形成串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路進而再并聯(lián)一個第一二極管10802，從而形成并聯(lián)模塊10805 ；多個并聯(lián)模塊10805串聯(lián)后，再和 一個第二二極管10804串聯(lián)，形成分支電路10806 ；多個分支電路10806并聯(lián)后，組成整個 壓電發(fā)電箱體的轉(zhuǎn)換電路10807 ；通過該轉(zhuǎn)換電路，系統(tǒng)可以把波浪的振動機械能轉(zhuǎn)換成 直流電能。圖9描述了工作平臺的結(jié)構(gòu)，工作平臺可以包括工作平臺外殼402、充電控制器 401、儲能裝置403和逆變器404。如上所述，壓電元件產(chǎn)生的交流電能經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成 直流電能，和太陽能電池產(chǎn)生的直流電能，通過充電控制器401對儲能裝置403充電，充電 控制器控制充電的電壓、電流，并防止儲能裝置對壓電元件和太陽能電池板反向充電；所述 儲能裝置403可以為蓄電池、電容或超導儲能裝置等，儲能裝置可以直接對直流負載供電， 也可以通過逆變器404，把直流電轉(zhuǎn)換成交流電，對交流負載供電，或輸入電網(wǎng)。此外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然地，上述水面發(fā)電箱體1和水中發(fā)電箱體5的外 殼以及工作平臺4要求密封，壓電元件表面、電氣接頭部分需要經(jīng)過絕緣處理。實施例2圖10顯示了本發(fā)明水面發(fā)電箱體的另一種具體實施方式
(水中發(fā)電箱體與水面 發(fā)電箱體的結(jié)構(gòu)相同，但水中發(fā)電箱體的上表面未設(shè)置太陽能電池板)，該實施例2的水面 發(fā)電箱體的結(jié)構(gòu)與實施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，但是，在圖10所示的實施例中，支架113平行 于發(fā)電箱體外殼111底部，相應(yīng)地，重量塊116平行于支架113設(shè)置在懸臂板115上方；當 發(fā)電箱體發(fā)生水平振動時，懸臂板115發(fā)生彎曲振動，從而使粘貼在懸臂板表面的壓電元 件產(chǎn)生電能。這種實施例的水面發(fā)電箱體(以及水中發(fā)電箱體)主要用于吸收波浪的水平 振動機械能。以下描述本發(fā)明的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法，該發(fā)電方法包括如 下步驟(1)將太陽能電池板設(shè)置在水面上，以使得該太陽能電池板接收太陽能并利用太 陽能形成直流電能；(2)將相對表面粘貼有多個壓電元件的至少一個懸臂板密封在箱體內(nèi)，并且將所 述箱體懸浮在水面上或水中，通過波浪的振動使得懸臂板發(fā)生彎曲彈性變形，通過壓電效 應(yīng)，使得粘貼在所述懸臂板相對表面的多個壓電元件產(chǎn)生交流電能，并將交流電能轉(zhuǎn)換成 直流電能；(3)將上述步驟(1)和(2)中形成的直流電能輸送到儲能裝置進行儲存。優(yōu)選地，在上述發(fā)電方法還包括如下步驟將所述儲能裝置中儲存的直流電能直 接供給到直流用電負載、或者通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電能后供給到交流用電負載或輸入電 網(wǎng)。此外，在上述步驟(2)中，多個壓電元件善生的交流電能可以通過多種公知的方 式轉(zhuǎn)換成直流電能，但是優(yōu)選地，該多個壓電元件產(chǎn)生的交流電能通過如下方式轉(zhuǎn)換成直 流電能首先，將所述多個壓電元件分組，并使得每一組壓電元件內(nèi)的壓電元件相互串聯(lián)， 從而形成多個串聯(lián)模塊；其次，將多個串聯(lián)模塊分組，并使得每一組串聯(lián)模塊內(nèi)的串聯(lián)模塊 相互并聯(lián)后再串聯(lián)一個整流器，從而形成多個串聯(lián)電路，將每個串聯(lián)電路與一個第一二極 管并聯(lián)，以形成多個并聯(lián)模塊；再次，將多個并聯(lián)模塊分組，并將每一組并聯(lián)模塊內(nèi)的并聯(lián) 模塊相互串聯(lián)后再與一個第二二極管串聯(lián)，從而形成多個分支電路；最后，將多個分支電路并聯(lián)后，進而與所述太陽能電池的電路并聯(lián)，并通過充電控制器對儲能裝置充電。通過以上描述可以看出，本發(fā)明的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法及其 發(fā)電方法能夠有效地利用太陽能和波浪振動機械能進行發(fā)電，從而實現(xiàn)了一種環(huán)保型的發(fā) 電系統(tǒng)和發(fā)電方法。同時，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的壓電元件設(shè)置在發(fā)電箱體的內(nèi)部，不會受到 撞擊或損壞，工作可靠性和穩(wěn)定極好。此外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，由于在 廣闊的湖面或海面上，太陽能和波浪振動隨處可得，且振動導致壓電材料的彎曲變形量較 大，本發(fā)明的發(fā)電裝置發(fā)電量大、應(yīng)用范圍廣，具有普遍的適用性。在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，可以通過任何合適的方式進 行任意組合，其同樣落入本發(fā)明所公開的范圍之內(nèi)。另外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之 間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實 施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡 單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法，其特征是，包括如下步驟(1)將太陽能電池板(101，112)設(shè)置在水面上，以使得該太陽能電池板(101，112)接收太陽能并利用太陽能形成直流電能；(2)將相對表面上粘貼有多個壓電元件(104)的至少一個懸臂板(105)密封在箱體內(nèi)，并將所述箱體懸浮在水面上或水中，通過波浪的振動使得所述懸臂板(105)發(fā)生彎曲彈性變形，通過壓電效應(yīng)，使得粘貼在所述懸臂板相對表面上的多個所述壓電元件(104)產(chǎn)生交流電能，并將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能；(3)將上述步驟(1)和(2)中形成的直流電能輸送到儲能裝置(403)儲存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法，其特征是，還包括如 下步驟將所述儲能裝置(403)中儲存的直流電能直接供給到直流用電負載、或者通過逆 變器(403)轉(zhuǎn)換成交流電能后供給到交流用電負載或輸入電網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法，其特征是，在所述 步驟(2)中，所述多個壓電元件(104)產(chǎn)生的交流電能通過如下方式轉(zhuǎn)換成直流電能首 先，將全部壓電元件(104)分組，并使得每一組壓電元件內(nèi)的壓電元件相互串聯(lián)，從而形 成多個串聯(lián)模塊(10801)；其次，將多個串聯(lián)模塊(10801)分組，并使得每一組串聯(lián)模塊內(nèi) 的串聯(lián)模塊相互并聯(lián)后再串聯(lián)一個整流器(10803)，從而形成多個串聯(lián)電路，將每個串聯(lián) 電路與一個第一二極管(10802)并聯(lián)，以形成多個并聯(lián)模塊(10805)；再次，將多個并聯(lián) 模塊(10805)分組，并將每一組并聯(lián)模塊內(nèi)的并聯(lián)模塊相互串聯(lián)后再與一個第二二極管 (10804)串聯(lián)，從而形成多個分支電路(10806)；最后，將所述多個分支電路(10806)并聯(lián) 后，進而與所述太陽能電池板(101，112)的電路并聯(lián)，并通過充電控制器(401)對所述儲能 裝置(403)充電。
4.一種波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，設(shè)有多個水中發(fā)電箱體 (5)、多個水面發(fā)電箱體⑴以及工作平臺(4)，所述水面發(fā)電箱體⑴之間、水中發(fā)電箱體 (5)之間、以及水面發(fā)電箱體(1)與水中發(fā)電箱體(5)之間通過纜索(2)連接，并且各個水 面發(fā)電箱體(1)、水中發(fā)電箱體(5)還通過電纜(3)與所述工作平臺(4)連接，其中，每個所述水中發(fā)電箱體(5)設(shè)有密封的發(fā)電箱體外殼(102)，該發(fā)電箱外殼(102)內(nèi) 設(shè)有支架(103)、至少一個重量塊(106)以及多個懸臂板(105)，每個懸臂板的一端固定在 所述支架(103)上，另一端搭在所述重量塊(106)上；所述重量塊(106)通過彈性材料連 接于所述發(fā)電箱體外殼(102)；每個所述懸臂板(105)的相對表面上粘接有多個壓電元件 (104)，該多個壓電元件(104)連接于用于將所述壓電元件產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電 能的轉(zhuǎn)換電路(108)；每個所述水面發(fā)電箱體(1)與所述水中發(fā)電箱體(5)的結(jié)構(gòu)相同，并且在每個所述水 面發(fā)電箱體(1)的上表面還設(shè)有太陽能電池板(101)；所述工作平臺(4)設(shè)有工作平臺外殼(402)、充電控制器(401)以及儲能裝置(403)， 所述轉(zhuǎn)換電路(108)以及太陽能電池板(101)連接于所述充電控制器(401)，該充電控制器 (401)連接于所述儲能裝置(403)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述 彈性材料為彈性繩或彈簧(107)，并且該彈性繩或彈簧(107)的長度大于所述發(fā)電箱體外 殼(102)處于靜止狀態(tài)時所述重量塊和該發(fā)電箱體外殼(102)之間的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述 支架(3)平行于或垂直于所述發(fā)電箱體外殼(102)的底部，所述重量塊(106)與所述支架 (103)平行設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，多個 平行的所述懸壁板(105)組成一列，至少一列所述懸臂板共用一個所述重量塊(106)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，每個 所述壓電元件(104)設(shè)有第一電極(10401)、壓電材料(10402)以及第二電極(0403)，所述 壓電材料(10402)為壓電單晶、壓電陶瓷、壓電聚合物、壓電復合材料中的一種或多種的組 合物，所述儲能裝置(403)為蓄電池、電容或超導儲能裝置，并且該儲能裝置(403)還連接 有逆變器(404)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，各個 所述水面發(fā)電箱體(1)、水中發(fā)電箱體(5)內(nèi)的懸臂板(105)以及重量塊(106)的尺寸不相 同，并且粘貼在所述懸臂板(105)上的一個壓電元件列(110)中的各個壓電元件尺寸相同， 粘貼在所述懸臂板(105)上的一個壓電元件行(109)中的各個壓電元件尺寸不相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電系統(tǒng)，其特征是，所述 轉(zhuǎn)換電路(108)連接結(jié)構(gòu)為全部所述壓電元件(104)分組，并且每一組壓電元件內(nèi)的壓電 元件相互串聯(lián)，從而形成多個串聯(lián)模塊(10801)；該多個串聯(lián)模塊(10801)分組，并使得每 一組串聯(lián)模塊內(nèi)的串聯(lián)模塊相互并聯(lián)后再串聯(lián)一個整流器(10803)，從而形成多個串聯(lián)電 路；每個串聯(lián)電路與一個第一二極管(10802)并聯(lián)，從而形成多個并聯(lián)模塊(10805)；該多 個并聯(lián)模塊(10805)分組，并將每一組并聯(lián)模塊內(nèi)的并聯(lián)模塊相互串聯(lián)后再與一個第二二 極管(10804)串聯(lián)，從而形成多個分支電路(10806)；該多個分支電路(10806)并聯(lián)后，進 而與所述太陽能電池板(101)的電路并聯(lián)后連接于所述充電控制器(401)。全文摘要
波浪振動壓電發(fā)電與太陽能組合發(fā)電方法及其發(fā)電系統(tǒng)，其通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并且通過設(shè)置在懸臂板上的壓電元件吸收波浪的振動機械能，當發(fā)電箱體隨著波浪振動時，懸臂板發(fā)生彎曲彈性變形，使得粘貼在其表面上的壓電元件產(chǎn)生電能。本發(fā)明能夠有效地將波浪振動機械能和太陽能轉(zhuǎn)換成電能，從而提供了一種綠色發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電方法。同時，本發(fā)明的壓電元件設(shè)置在發(fā)電箱體外殼的內(nèi)部，不會受到撞擊或損壞，工作可靠、穩(wěn)定性極好。此外，本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，由于在廣闊的湖面或海面上，太陽能和波浪振動隨處可得，且振動導致壓電材料的彎曲變形量較大，這使得本發(fā)明發(fā)電量大、應(yīng)用范圍廣，具有普遍的適用性。
文檔編號H02N2/18GK101938230SQ20101027516
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者邊義祥 申請人:揚州大學