CN102868203B - 风能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压电技术领域，公开了一种风能发电装置，该装置包括：压电发电单元、整流单元、稳压单元、蓄电单元和机架；所述压电发电单元设于所述机架上，其借助风力产生交流电形式的电能，交流电经整流单元转化为直流电，直流电经稳压单元滤波并稳定后在蓄电单元中储存。其中，所述压电发电单元包括风力转换载体和附着于所述风力转换载体上的压电元件，所述风力转换载体设于所述机架上，所述风力转换载体可随风摆动以促使压电元件发生弯曲形变而产生电位差。本发明可不断地将风沙地带居民区周边的风能转化为电能，达到了合理利用资源、节约能源的目的；同时，机架和多根风力转换载体整体上为树形，具有显著的防风作用，可在一定程度上减少风沙对人和房屋的侵害。

Description

风能发电装置

技术领域

本发明涉及压电技术领域，特别是涉及一种风能发电装置。

背景技术

具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷，称之为正压电效应。当沿极化方向（Z轴）施加压应力T时，在电极面A上产生的电荷密度σ＝dT，d为压电系数。目前，压电材料主要分为无机压电材料和有机压电材料。无机压电材料在某些国家已经作为公共场所的地板以供照明发电。而有机压电材料如偏聚氟乙烯（PVDF）因材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数（g）等优点越来越为人关注，并广泛应用于水声、电声、超声、医学、传感、压力引爆等方面。然而，有机压电材料几乎应用于发电领域，这方面还有待开发。

交变电流可以经过二极管全波整流器转化成直流电，同时可利用二极管将全波整流器的电阻串联起来得到高电压，并且进一步通过电容稳压滤波，得到稳定的可供利用的高电压。

在干旱区和半干旱区，风沙非常大，严重影响人居环境，而树冠的防风效应非常显著，可以缓解风沙侵袭保护居民区。这个过程中，风能转化成树枝条摆动的机械能，但是这些机械能没有得到进一步有效合理的利用，造成了自然能源的浪费。另外，沙区水分匮乏，高大的乔木也十分稀少，居民区受风沙侵害严重，泥土住房受侵蚀。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何将风沙地带居民区周边的风能转化为电能，以合理利用资源；以及进一步地如何减少风沙对居民区的侵害。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种风能发电装置，包括：压电发电单元、整流单元、稳压单元、蓄电单元和机架；所述压电发电单元设于所述机架上，其借助风力产生交流电形式的电能，交流电经整流单元转化为直流电，直流电经稳压单元滤波并稳定后在蓄电单元中储存。

其中，所述压电发电单元包括风力转换载体和附着于所述风力转换载体上的压电元件，所述风力转换载体设于所述机架上，所述风力转换载体可随风摆动以促使压电元件发生弯曲形变而产生电位差。

其中，所述风力转换载体设为多根，每根所述风力转换载体上分别附着有一个压电元件。

其中，以所述机架作为主干，多根所述风力转换载体分别以枝条的形式设于所述机架上，所述机架和多根所述风力转换载体整体上为树形。

其中，所述机架中空，所述整流单元和稳压单元分别设于所述机架内，所述蓄电单元设于所述机架的外部。

其中，所述风力转换载体由弹性塑胶制成。

其中，所述压电元件为长条状。

其中，所述压电元件采用有机压电材料制成。

其中，所述整流单元包括与所述压电元件数量相等的桥式全波整流器，每个桥式全波整流器与一个压电元件连接。

其中，多个所述桥式全波整流器的电阻串联连接。

（三）有益效果

上述技术方案提供的一种风能发电装置，其结构简单，采用压电发电单元将风能转化交流电形式的电能，然后交流电经整流单元转化为直流电，直流电经稳压单元滤波并稳定后在蓄电单元中储存，可不断地将风沙地带居民区周边的风能转化为电能，合理利用风沙地区的资源，节约了能源。进一步地，枝条结构的风力转换载体可以高效地将风能转化为其摆动的机械能，使得压电元件具有较高的形变程度和频度，从而产生更多的电能；机架和多根所述风力转换载体整体上为树形，具有显著的防风作用，可在一定程度上减少风沙对人和房屋的侵害。

附图说明

图1是本发明一种风能发电装置的结构示意图；

图2是本发明的结构框架图；

图3是本发明的电路图。

其中，1、压电发电单元；11、风力转换载体；12、压电元件；2、整流单元；21、桥式全波整流器；211、二极管；3、稳压单元；4、蓄电单元；5、机架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，一种风能发电装置，包括依次连接构成回路的：压电发电单元1、整流单元2、稳压单元3、蓄电单元4和机架5，压电发电单元1设于机架5上，压电发电单元1、整流单元2、稳压单元3和蓄电单元4之间分别通过导线连接，压电发电单元1借助风力产生交流电形式的电能，交流电经整流单元2转化为直流电，直流电经稳压单元3滤波并稳定后在蓄电单元4中存储。

压电发电单元1包括风力转换载体12和附着于该风能转换载体12上的压电元件11，风力转换载体12设于机架5上。风力转换载体12和压电元件11可根据实际情况设为多根，以提高电量，每根风力转换载体12上分别附着有一个压电元件11。以机架5作为主干，该多根风力转换载体12分别以枝条的形式设于机架5上，机架5和该多根风力转换载体12整体上为树形，枝条结构的风力转换载体12可以高效地将风能转化为其摆动的机械能，使得压电元件11具有较高的形变程度和频度，从而产生更多的电能，达到了合理利用资源、节约能源的目的；且树形具有显著的防风作用，可在一定程度上减少风沙对人和房屋的侵害。风力转换载体12可随风摆动，从而使得压电元件11发生形变进而在其两端产生不规则的电位差，由此产生了交流电。

稳压单元3采用电容器。蓄电单元4采用蓄电池。

由于有机压电材料具有材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数等优点，因此本实施例的压电元件11采用有机压电材料制成，如偏聚氟乙烯（简称PVDF）。压电元件11为长条状，优选设置为长条片状，使其受风力更易产生变形而形成交流电。

如图3所示，整流单元2包括与压电元件数量相等的桥式全波整流器21，每个桥式全波整流器21与一个压电元件连接，多个桥式全波整流器21的电阻串联，图3中为2两个桥式全波整流器的电路图示例。每个桥式全波整流器21包括由二极管组合件和一个电阻，二极管组合件由四个二极管211构成，其中两两串联后并联接入回路中，压电单元1的两端分别接入两组串联的二极管之间。多个桥式全波整流器21的电阻值相等，均设为R，条形有机压电材料12的两面分别与该二极管组合件的两端连接，其所产生的交流电被桥式全波整流器21转化为直流电，电阻用来减小电流，并承载电压；该多个桥式全波整流器21中的电阻以串联的方式连接在一起形成高电压，用于高效地为蓄电单元4充电；进一步地，为了防止相邻桥式全部整流器中串联的电阻之间会产生电流干扰，在该相邻两个电阻之间接上一个指向正极的二极管；进一步地，该串联的电阻和稳压单元3并联，而且其连接导线上设有开关，用于控制充电的起始。

进一步地，机架5中空，压电发电单元1固定于于支架5的顶端，整流单元2和稳压单元3设于机架5的内部，蓄电单元4设于机架5的外部，机架5的作用是为了固定压电发电单元1、整流单元2和稳压单元3，以使得整个发电装置结构稳定，利于发电。进一步地，可将机架5的底部做成树根状以方便固定。机架5采用金属材料制成，优选为不锈钢材料。

上述技术方案所提供的一种风能发电装置，其结构简单，使用时将该装置安装在风沙地居民区的周边，机架5的底部固定在沙地上，首先是通过随风摆动的枝条结构的风力转换载体12将风能转化为机械能，再通过压电元件11的压电效应进一步将机械能转化为电能；当有风速很大且刮风持续时间长的时候，压电发电单元1就会不断地将风能转化为电能，整流单元2和稳压单元3也就不断工作，不断为蓄电单元4充电，不断地将风沙地带居民区周边的风能转化为电能，达到了合理利用资源、节约能源的目的；与此同时，本装置可在一定程度上减少风沙对人和房屋的侵害。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于风沙地区的风能发电装置，其特征在于，包括：压电发电单元、整流单元、稳压单元、蓄电单元和机架；所述压电发电单元设于所述机架上，其借助风力产生交流电形式的电能，交流电经整流单元转化为直流电，直流电经稳压单元滤波并稳定后在蓄电单元中储存；

所述压电发电单元包括风力转换载体和附着于所述风力转换载体上的压电元件，所述风力转换载体设于所述机架上，所述风力转换载体可随风摆动以促使压电元件发生弯曲形变而产生电位差；

所述风力转换载体设为多根，每根所述风力转换载体上分别附着有一个压电元件；多根所述风力转换载体分别以枝条的形式设于所述机架上，所述机架和多根所述风力转换载体整体上为树形；所述压电元件为长条状，所述风力转换载体由弹性塑胶制成；

所述整流单元包括与所述压电元件数量相等的桥式全波整流器，每个压电元件与对应的一个桥式全波整流器的输入端连接，每个所述桥式全波整流器的输出端并联连接一个电阻，多个所述桥式全波整流器的各电阻之间串联连接；

所述机架中空，所述整流单元和稳压单元分别设于所述机架内，所述蓄电单元设于所述机架的外部；

所述压电元件采用有机压电材料制成。