CN104113268A - 采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统，用以解决现有技术中缺乏能够同时利用海洋能发电和太阳能发电的发电系统的问题。该系统包括：海洋能发电机、太阳能组件和储能装置；海洋能发电机包括用于将机械能转化为电能的至少一个纳米摩擦发电机；太阳能组件由多个太阳能电池组成，多个太阳能电池以串联或并联方式连接形成太阳能组件的至少两个输出端，其中每个太阳能电池为由半导体材料所形成的PN结式结构的光电转换单元；储能装置与纳米摩擦发电机的输出端和太阳能组件的至少两个输出端相连，用于对纳米摩擦发电机输出的电能和太阳能组件输出的电能进行存储。

Description

采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，更具体地说，涉及一种采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统。

背景技术

在日常生活中，人们利用太阳能发电为较常见的方法。

其中，海洋能发电主要是指利用海洋所蕴藏的能量发电。海洋的能量包括海流动能、海洋热能、潮汐能和波浪能等。其中应用较多的为潮汐能和波浪能。潮汐是指因月球引力的变化引起的海平面周期性升降的现象，潮汐能是指因海水涨落及潮水流动所产生的能量；波浪是指由于风和水的重力作用形成的起伏运动，波浪能是指波浪所具有的动能和势能。虽然海洋中蕴藏着大量的能量，但是目前利用海洋能发电的技术尚不够成熟，且使用海洋能发电机发电时，其条件局限性较强，在海面平静的情况下则无法进行正常发电，以致影响生活用电的稳定。

太阳能发电系统将太阳能直接转换成电能，此方法能量转化率高，但应用时间范围小，晚上或阴雨天气不能使用。

介于上述情况，采用太阳能发电与海洋能发电机两者结合发电则能互补其中的不足，但是目前尚没有一种发电系统能够同时利用海洋能发电和太阳能发电。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统，用以解决现有技术中缺乏能够同时利用海洋能发电和太阳能发电的发电系统的问题。

一种采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统，包括：海洋能发电机、太阳能组件和储能装置；海洋能发电机包括用于将机械能转化为电能的至少一个纳米摩擦发电机；太阳能组件由多个太阳能电池组成，多个太阳能电池以串联或并联方式连接形成太阳能组件的至少两个输出端，其中每个太阳能电池为由半导体材料所形成的PN结式结构的光电转换单元；储能装置与纳米摩擦发电机的输出端和太阳能组件的至少两个输出端相连，用于对纳米摩擦发电机输出的电能和太阳能组件输出的电能进行存储。

本发明提供的采用纳米摩擦发电机的海洋能发电与太阳能发电组合的发电系统实现了波浪能、潮汐能和太阳能的多重收集利用，能够同时利用海洋能发电和太阳能发电，因此能够兼具海洋能发电和太阳能发电的优势。这不仅节约了能源，而且清洁环保，保护了环境。

附图说明

图1a和图1b分别示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例一的内部剖视图和立体图；

图1c示出了示例一中的海洋能发电机的内部设置有多个撞击部件的结构示意图；

图1d示出了示例一中的海洋能发电机具有多个壳体的结构示意图；

图2示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例二的内部剖视图；

图3a至图3d示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例三的结构图；

图4a至图4d示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例四的结构图；

图5为本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统的一实施例的电路原理示意图；

图6为本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统的又一实施例的电路原理示意图；

图7a和图7b分别示出了纳米摩擦发电机的第一种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图；

图8a至图8b分别示出了纳米摩擦发电机的第二种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图；

图8c示出了纳米摩擦发电机的第二种结构的具有弹性部件作为支撑臂的立体结构示意图；

图9a和图9b分别示出了纳米摩擦发电机的第三种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图；

图10a和图10b分别示出了纳米摩擦发电机的第四种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明,但本发明并不仅仅限于此。

针对现有技术中缺乏能够同时利用海洋能发电和太阳能发电的发电系统的问题，本发明提供了一种采用纳米摩擦发电机作为核心部件的海洋能发电机与太阳能发电系统组合形成的发电系统。

该发电系统具体包括海洋能发电机、太阳能组件和储能装置。其中，海洋能发电机包括用于在海水运动时，将运动的海水所产生的海洋能中包含的机械能转化为电能的至少一个纳米摩擦发电机。其中，运动的海水所产生的海洋能主要包括海流动能、波浪能、潮汐能、海水温差能以及海水盐差能等，其中，海流动能、波浪能以及潮汐能为机械能（海水温差能为热能，海水盐差能为化学能），因此，海洋能发电机主要利用包括海流动能、波浪能和/或潮汐能在内的机械能导致其中的纳米摩擦发电机发生机械形变而发电。太阳能组件由多个太阳能电池组成，这些太阳能电池以串联或并联的方式连接形成太阳能组件的至少两个输出端，每个太阳能电池为由半导体材料所形成的PN结式结构的光电转换单元。储能装置与纳米摩擦发电机的输出端和太阳能组件的至少两个输出端相连，用于对纳米摩擦发电机输出的电能和太阳能组件输出的电能进行存储。

该发电系统的工作原理是：当海面出现潮汐或波浪时，海水的运动将导致海洋能发电机内部的纳米摩擦发电机产生机械形变，从而产生交流脉冲电信号，储能装置将此交流脉冲电信号进行适当的变换后进行存储；并且，在适合的条件下，太阳能组件能够将光能转换为电能，存储在储能装置中，以备外部用电设备的使用。

在本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中，太阳能组件是利用太阳能来发电的装置。具体地，太阳能组件由多个太阳能电池组成，这些太阳能电池以串联或并联的方式连接，并且形成太阳能组件的至少两个输出端。其中，太阳能电池是一种光电半导体薄片，它只要被光照到，瞬间即可输出电压及电流。具体地，太阳能电池为由半导体材料所形成的PN结式结构的光电转换单元，当太阳光照到半导体PN结上时，形成新的空穴-电子对，在PN结电场的作用下，光生空穴流向P区，光生电子流向N区，接通电路后就形成电流。由于单个太阳能电池的输出的电流很小，这样的多个太阳能电池经过串联或并联后即可向外电路输出满足蓄电要求的电流。可选地，上述PN结是由掺杂半导体材料所形成的结构,或者，上述PN结是半导体薄膜或其它薄膜材料的结构。本发明中，太阳能电池可为晶体硅太阳能电池或薄膜太阳能电池。晶体硅太阳能电池的生产设备成本相对较低，但设备能耗及电池成本较高，光电转换效率很高，适于室外阳光下发电；薄膜太阳能电池的生产设备成本较高，但设备能耗和电池成本很低，光电转化效率低于晶体硅太阳能电池，但弱光效应非常好，在普通灯光下也可发电。

上述多个太阳能电池串联或并联在一起所形成的是太阳能电池板，为了保护太阳能电池板不受外界环境的影响，太阳能组件还可以包括保护体。对于一般的太阳能电池，保护体可为保护板，对于薄膜太阳能电池，保护体可为保护膜。以保护板为钢化玻璃为例，通过粘结剂太阳能电池被粘结固定在钢化玻璃上，粘结剂可选为EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物），再通过粘结剂将背板与太阳能电池封装在一起构成太阳能组件，其中背板的作用是密封、绝缘和防水。

上述太阳能组件的输出端与储能装置连接，太阳能组件能够将光能转换为电能，存储在储能装置中，以备外部用电设备的使用。

在本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中，海洋能发电机是利用波浪能和/或潮汐能发电的装置。具体地，海洋能发电机包括：用于将机械能转化为电能的至少一个纳米摩擦发电机及容纳至少一个纳米摩擦发电机的壳体，所述壳体内部具有空腔，所述至少一个纳米摩擦发电机设置在所述空腔内。上述太阳能组件可固设在海洋能发电机的壳体的外壁上，由此组成一个海洋能发电和太阳能发电组合的发电系统。

下面通过几个具体的示例对海洋能发电机的结构和工作原理进行详细介绍。

示例一、

图1a和图1b分别示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例一的内部剖视图和立体图。从图1a和图1b中可以看到，该海洋能发电机包括形状为长方体的壳体111，壳体111内部具有空腔115。其中，壳体111也可以是其他形状，例如柱形体（包括圆柱形体、棱柱形体等）以及多边形体等。空腔115的内部具有相互平行且相对的第一侧壁和第二侧壁，在第一侧壁上通过固定部件110固定有一个纳米摩擦发电机112，在第二侧壁上通过固定部件110固定有另一个纳米摩擦发电机112。具体地，固定部件110可以通过任何能够起到固定作用的部件来替代，例如，固定部件110可以是固定垫片，该固定垫片的一侧固定在第一侧壁或第二侧壁上，该固定垫片的另一侧上固定有纳米摩擦发电机112。该固定垫片通常为绝缘材质，而且，为了进一步提高发电效果，该固定垫片还可以选用柔性材质。

壳体111的内部还设置有撞击部件113。该撞击部件113进一步包括：设置在第一侧壁的纳米摩擦发电机和第二侧壁的纳米摩擦发电机之间的导轨1132，以及能够沿导轨1132移动进而与纳米摩擦发电机发生碰撞的撞击球1131。其中，导轨1132可以通过空心导管来实现，并且，在空心导管的内部具有通道，使撞击球1131能够在通道内来回滚动。除了采用空心导管之外，还可以通过其他形式来制作导轨1132，例如，可以设置一段轨道，使撞击球1131能够沿轨道移动且不会脱离轨道。导轨1132与第一侧壁或第二侧壁相对，优选地，导轨1132与第一侧壁或第二侧壁相对且垂直，以便于撞击球1131能够顺利撞击纳米摩擦发电机。上述的导轨1132可以通过类似固定支架的装置固定在空腔内部，并且，为了防止导轨1132本身对纳米摩擦发电机造成不必要的挤压，可以在导轨1132与第一侧壁上的纳米摩擦发电机以及与第二侧壁上的纳米摩擦发电机之间分别设置预设的保护间隔，即：导轨1132的两端与两个侧壁上的纳米摩擦发电机之间具有一定的距离，以防止相互之间的接触。该距离的大小既要能够防止导轨1132与纳米摩擦发电机之间的接触，又要保证撞击球1131在滚动到导轨边缘时不会脱离导轨。

通过上面的方式，就可以在海洋能发电机的壳体随着波浪、潮汐晃动时，在壳体内部实现撞击部件对纳米摩擦发电机的撞击，进而促使纳米摩擦发电机发生形变并将该形变所产生的机械能转化为电能。可选地，为了防止纳米摩擦发电机因过度摩擦而损坏，还可以在纳米摩擦发电机被撞击部件撞击的表面上进一步设置防护垫片114。

另外，为了进一步提高发电效果，还可以在壳体111内部的第一侧壁和第二侧壁上分别设置多个纳米摩擦发电机，相应地，沿与第一侧壁和第二侧壁垂直的方向，对应纳米摩擦发电机设置有多个撞击部件113，每个撞击部件113内进一步包括导轨1132和撞击球1131。其中，撞击部件113的个数可以与第一侧壁或第二侧壁上的纳米摩擦发电机的个数相同，即：第一侧壁和第二侧壁上每相对的两个纳米摩擦发电机之间设置有一个撞击部件，如图1c所示。或者，撞击部件113的个数也可多于第一侧壁或第二侧壁上的纳米摩擦发电机的个数，即：第一侧壁和第二侧壁上每相对的两个纳米摩擦发电机之间设置有多个撞击部件，以实现更为强烈的撞击效果。

进一步地，本示例中的壳体111的数量也可以为多个，如图1d所示，可以将多个壳体按照一定的顺序进行排列，多个壳体111之间通过导线116串联或并联，以进一步提高发电效果。多个壳体内部的纳米摩擦发电机通过线缆117连接。

通过上面的描述可以看出，在图1a至图1d所示的结构中，只在空腔的第一侧壁和第二侧壁上设置有纳米摩擦发电机，并且仅在第一侧壁和第二侧壁的垂直方向上设置有导轨，因此，撞击球的运动方向仅限于第一侧壁和第二侧壁的垂直方向。这种方式对于海洋能发电机的晃动方向为固定方向的情况时，发电效果较为突出。

当本示例中的海洋能发电机的晃动方向为非固定方向时，为了提高发电效率，可以进一步地在空腔的其余两个侧壁（即垂直于第一侧壁和第二侧壁的两个侧壁）上分别设置纳米摩擦发电机，相应地，沿平行于第一侧壁和第二侧壁上的方向再设置一个或多个导轨和撞击球，其中，平行于第一侧壁和第二侧壁的导轨与垂直于第一侧壁和第二侧壁的导轨位于不同的平面且相互垂直，即为异面垂直的关系。这样，就可以在海洋能发电机沿不同方向晃动时都能产生电能。

示例二、

图2示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例二的内部剖视图。从图2中可以看到，该海洋能发电机包括形状为长方体的壳体211，壳体211内部具有空腔。其中，壳体211也可以是其他形状，例如柱形体（包括圆柱形体、棱柱形体等）以及多边形体等。空腔的内部具有相互平行且相对的第一侧壁和第二侧壁，在第一侧壁上通过固定部件210固定有一个纳米摩擦发电机212，在第二侧壁上通过固定部件210固定有另一个纳米摩擦发电机212。具体地，固定部件210可以通过任何能够起到固定作用的部件来实现，例如，固定部件210可以是固定垫片，该固定垫片的一侧固定在第一侧壁或第二侧壁上，该固定垫片的另一侧上固定有纳米摩擦发电机212。该固定垫片通常为绝缘材质，而且，为了进一步提高发电效果，该固定垫片还可以选用柔性材质。

壳体211的内部还设置有撞击部件。该撞击部件进一步包括牵引件2231和撞击球2232。其中，牵引件2231的第一端为固定在空腔的顶壁上的固定端，牵引件2231的第二端为连接有撞击球2232的自由端。其中，牵引件2231可以通过牵引线来实现，也可以通过其他能够起到牵引作用的部件实现。当海洋能发电机静止不动时，撞击球2232垂直悬挂在牵引件2231的底部，当海洋能发电机随着波浪或潮汐而发生运动时，撞击球2232将在空腔内部随机摆动，进而撞击到位于第一侧壁和第二侧壁上的纳米摩擦发电机。

通过上面的方式，就可以在海洋能发电机随着波浪、潮汐晃动时实现撞击部件对纳米摩擦发电机的撞击，进而促使纳米摩擦发电机将机械能转化为电能。可选地，为了防止纳米摩擦发电机因过度摩擦而损坏，还可以在纳米摩擦发电机被撞击部件撞击的表面上进一步设置防护垫片224。

优选地，为了确保撞击球能够顺利地撞到纳米摩擦发电机，上述的牵引件2231的长度大于纳米摩擦发电机的顶端与牵引件2231的第一端之间的距离，小于纳米摩擦发电机的低端与牵引件2231的第一端之间的距离。在图2所示的情况中，由于空腔内部设有两个纳米摩擦发电机，且撞击部件只有一个，为了使得撞击部件中的撞击球能够顺利地撞到每个纳米摩擦发电机，上述的牵引件的长度大于纳米摩擦发电机的顶端与牵引件的第一端之间的距离，小于纳米摩擦发电机的低端与牵引件的第一端之间的距离。因此，可以将牵引件的第一端固定在空腔顶壁的中心部位，以确保对每个纳米摩擦发电机的有效撞击。

除了图2所示的情况之外，也可以只在空腔的第一侧壁上或者只在第二侧壁上设置纳米摩擦发电机，或者也可以在空腔的其余两个侧壁（即与第一侧壁和第二侧壁垂直的两个侧壁）上设置纳米摩擦发电机，总之，纳米摩擦发电机可以设置在空腔的四个侧壁中的任意一个或多个侧壁上，本发明对此不作限定。

优选地，由于撞击球可以沿各个方向运动，因此为了提高发电效率，可以在空腔的每一个侧壁上都设置纳米摩擦发电机。另外，还可以进一步地在空腔的每个侧壁上设置多个纳米摩擦发电机。而且，也可以在空腔内部设置多个撞击部件，当撞击部件为多个时，可以将每个撞击部件中的牵引件的第一端按照一定的规律固定在空腔的顶壁上，例如，当撞击部件为三个时，可以使各个撞击部件中的牵引件的第一端之间构成一个正三角形，并通过调整该正三角形的每个顶点与侧壁上的纳米摩擦发电机之间的距离来实现最佳的撞击效果。

在本示例中，由于撞击部件的运动方向是随机的，因此，该海洋能发电机尤其适用于晃动方向为非固定方向的情况。

示例三、

图3a至图3d示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例三的结构示意图。其中，图3a示出了本示例中的海洋能发电机在一个视角下的立体结构图；图3b示出了本示例中的海洋能发电机在另一个视角下的立体结构图；图3c示出了本示例中的海洋能发电机的一个剖面的结构图；图3d示出了本示例中的海洋能发电机的另一个剖面的结构图。

从图3a至图3d中可以看到，该海洋能发电机包括形状为长方体的壳体311，壳体311内部具有空腔。其中，壳体311也可以是其他形状，例如柱形体（包括圆柱形体、棱柱形体等）以及多边形体等。空腔的内部有六个内壁，为了方便描述，根据壳体的放置方向将空腔内部的六个内壁划分为四个位于侧面的侧壁、一个位于顶面的顶壁以及一个位于底面的底壁。将纳米摩擦发电机312通过弹性部件固定在空腔内部时，该弹性部件可以包括第一弹性件3151和第二弹性件3152，其中，第一弹性件3151和第二弹性件3152可以都采用弹簧实现，也可以采用其它形式的弹性件，例如橡皮筋等。第一弹性件3151的第一端固定在空腔的一个内壁上，第二弹性件3152的第一端固定在空腔的另一个内壁上，第一弹性件3151的第二端和第二弹性件3152的第二端之间固定连接有纳米摩擦发电机312。通过上述方式，就将纳米摩擦发电机312固定在了空腔的两个内壁之间，这两个内壁通常为侧壁（实际上也可以包括顶壁或底壁），并且这两个内壁之间通常是相互平行的，如图3a至图3d所示，每个纳米摩擦发电机都通过两个弹性件固定在空腔的两个相互平行的侧壁上。在图3a至图3d中，将空腔的四个侧壁依次称作第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，其中，第一侧壁和第三侧壁相互平行，第二侧壁和第四侧壁相互平行，且第一侧壁和第三侧壁垂直于第二侧壁和第四侧壁。从图中可以看到，在第一侧壁和第三侧壁之间通过四个相互平行的弹性部件设置了四个纳米摩擦发电机，在第二侧壁和第四侧壁之间通过两个相互平行的弹性部件设置了两个纳米摩擦发电机（其中一个未示出），其中，上述的四个相互平行的弹性部件也可以称作第一组弹性部件，上述的两个相互平行的弹性部件也可以称作第二组弹性部件，第一组弹性部件和第二组弹性部件之间相互垂直且交错排列。通过这样的方式，就在空腔的各个侧壁之间都设置了纳米摩擦发电机。除了图3a至图3d描述的方式之外，各个纳米摩擦发电机之间还可以通过其他的方式排布，例如，还可以将其中的一个或多个纳米摩擦发电机分别通过两个弹性件设置在任意两个相邻且相互垂直的侧壁（例如第一侧壁和第二侧壁）上。总之，本发明对壳体内的纳米摩擦发电机的数量以及纳米摩擦发电机在空腔内的排布方式不作限定。

壳体的内部还设置有撞击部件313。具体地，撞击部件313为放置在空腔内部的一个活动部件，能够在空腔内自由运动。如图3a至图3d所示，该撞击部件313具有椭圆形的底部3131以及球形的顶部3132，其中，底部3131和顶部3132均为能够活动的自由端，换句话说，撞击部件313是通过直接将底部3131放置在空腔的底壁上来实现的，因此，撞击部件的底部3131与空腔的底壁并不固定。这样一来，当海洋能发电机受到晃动时，撞击部件由于惯性作用将会在空腔内部来回摆动从而撞击纳米摩擦发电机312。为了使撞击部件在摆动时更加灵活，可以将撞击部件设置为不倒翁的形状，因此，撞击部件的底部的体积大于顶部的体积，且底部的密度大于顶部的密度。这样，当海洋能发电机晃动时，撞击部件的底部位移较小，顶部位移较大，且顶部以底部为中心随机晃动并撞击纳米摩擦发电机。

通过上面的方式，就可以在海洋能发电机随着波浪、潮汐晃动时实现撞击部件对纳米摩擦发电机的撞击，进而促使纳米摩擦发电机将机械能转化为电能。由于本发明中通过弹性部件来固定纳米摩擦发电机，因此，当撞击部件撞击纳米摩擦发电机时，弹性部件将发生形变并来回震荡，从而带动纳米摩擦发电机持续震荡，进而持续撞击与纳米摩擦发电机相邻的内壁，实现持续发电的效果。

可选地，为了防止纳米摩擦发电机因过度摩擦而损坏，还可以在纳米摩擦发电机被撞击部件撞击的表面上进一步设置防护垫片。而且，也可以在纳米摩擦发电机与壳体内壁相对的表面上进一步设置防护垫片。另外，为了防止纳米摩擦发电机被海水腐蚀，还可以对纳米摩擦发电机进行塑封处理。

具体设置时，可以根据需要灵活设置撞击部件的尺寸。撞击部件的尺寸过大，将导致撞击部件在空腔内部活动时不够灵活；撞击部件的尺寸过小，将导致撞击部件无法撞击到全部的纳米摩擦发电机。优选地，可以将撞击部件的底部尺寸设置为略小于空腔的一个内壁的长度，将撞击部件的整体高度设置为略小于空腔的一个内壁的高度。相应地，在设置纳米摩擦发电机时，可以将纳米摩擦发电机设置在方便撞击部件撞击的部位上，例如，设置在较靠近撞击部件的顶部的位置。

另外，撞击部件也可以采用其他的形式实现，例如，也可以通过一个放置在空腔内部，可以自由滚动的撞击球实现，这时，可以将纳米摩擦发电机设置在四个侧壁上能够被撞击球撞击的位置上，并且可以根据撞击球的直径来调整纳米摩擦发电机的设置高度，以使撞击效果最佳。

撞击部件的形状并不限于上面描述的几种方式，本领域技术人员还可以根据需要对撞击部件的形状做各种变形，只要能够实现撞击效果即可。例如，撞击部件还可以是方形、菱形或三角形等。而且，撞击部件的个数也可以为多个，以便于使撞击部位更加全面。

在本示例中，由于撞击部件的运动方向是随机的，因此，该海洋能发电机尤其适用于晃动方向为非固定方向的情况。

示例四、

图4a和图4b分别示出了本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统中的海洋能发电机的示例四提供的海洋能发电机的整体立体图和纵面的剖面图。从图4a和图4b中可以看到，该海洋能发电机包括具有至少一个空腔的壳体411，所述壳体的纵剖面为波浪形状，且所述壳体的每个空腔容纳至少一个纳米摩擦发电机412。

其中，纵剖面为波浪形状的壳体可以通过一个整体部件来实现，例如，直接加工制作一个纵剖面为波浪形状的壳体，例如图4a和图4b所示的壳体由一个包含四段板材（其材质可灵活选择）的整体部件实现，每相邻的两段板材通过一定的工艺合为一体，且每相邻的两段板材之间的内角呈第一预设角度，该第一预设角度可根据需要设置，例如，可设置为45度或60度等。由此使四段板材构成的整体部件的纵剖面呈现波浪形。每段板材内部都具有一个或多个空腔，每个空腔的内部又容纳有一个或多个纳米摩擦发电机。

另外，纵剖面为波浪形状的壳体还可以通过多个离散部件的组合来实现，例如，分别加工制作多个形状类似矩形的子壳体，例如图4a和图4b中包含四个子壳体。然后，将每相邻的两个子壳体之间通过固定部件固定连接，并且，每相邻的两个子壳体之间的内角呈第一预设角度，该第一预设角度可根据需要设置，例如，可设置为45度或60度等。由此使四个子壳体通过固定部件固定而成的整体的纵剖面呈现波浪形。每个子壳体内部都具有一个或多个空腔，每个空腔的内部又容纳有一个或多个纳米摩擦发电机。其中，固定子壳体的固定部件例如可以是铰链、螺栓和/或合页等，只要能够起到固定作用即可。

介绍完壳体的两种可能的结构之后，接下来介绍一下壳体的空腔内部的纳米摩擦发电机的放置形式。

空腔内部的纳米摩擦发电机可以直接放置在空腔内部，且与空腔的任一内壁都不固定，而且，可以使纳米摩擦发电机的尺寸略小于空腔内部的尺寸，这样，在海洋能发电机的壳体受到波浪和/或潮汐所导致的海水振动时，其空腔内部的纳米摩擦发电机也将在空腔内晃动，并对空腔的内壁形成撞击，导致纳米摩擦发电机发生机械形变，从而产生电能。

或者，空腔内部的纳米摩擦发电机可以固定在空腔内部，例如，纳米摩擦发电机与空腔的至少一个内壁固定，这样，在海洋能发电机的壳体受到海水的振动时，其空腔内部的纳米摩擦发电机将随着壳体的振动而振动，导致纳米摩擦发电机发生机械形变，从而产生电能。具体地，可以使纳米摩擦发电机的尺寸与空腔内部的尺寸相吻合，同时还可以进一步地将纳米摩擦发电机的六个表面分别固定在空腔内部的六个内壁上，这样，当壳体受到振动或拍打时，将对其空腔内部的纳米摩擦发电机进行挤压，导致纳米摩擦发电机发生机械形变，从而产生电能。

通过上面的方式，在海洋能发电机随着波浪、潮汐晃动或受到海浪拍打时，就可以导致纳米摩擦发电机发生机械形变，进而促使纳米摩擦发电机将机械能转化为电能。其中，壳体可以选用柔性材质（例如橡胶等）制作。这样，壳体是柔软的、且容易发生形变的，从而在受到拍打或撞击时，能够更好地挤压内部的纳米摩擦发电机，促使纳米摩擦发电机发生形变，从而提高发电效率。

图4c和图4d分别示出了示例四中的海洋能发电机的一种改进结构的整体立体图和纵面的剖面图。从图4c和图4d中可以看到，该改进结构的主要改进之处在于，壳体411与水平面之间呈第二预设角度，该第二预设角度可根据需要灵活设置，例如，为30度或45度等。也就是说，壳体呈倾斜状态，如图4d所示，该倾斜状态的壳体构成斜坡式的阶梯形状。在实际使用时，可以通过将壳体的一端放置在海岸上，将壳体的另一端放置在岸边的岩石上来构成上述的斜坡，或者，也可以通过一定的固定装置，例如绳索、支撑架等实现上述的斜坡。

具有斜坡的海洋能发电机尤其适用于沙滩或海边发电。当用于沙滩或海边时，可以利用潮汐能进行发电。例如，当海水涨潮时，海水将沿着斜坡状的海洋能发电机涌起，从而对斜坡状的海洋能发电机造成强烈的震荡和拍打；当海水退潮时，海水将顺着斜坡状的海洋能发电机退下，从而也会对斜坡状的海洋能发电机造成强烈的震荡和拍打。总之，海洋能发电机的壳体具有斜坡，从而可以更好地顺应海水的运动方向，使海水的撞击力达到最大，进而使纳米摩擦发电机的发电效率也达到最佳。

在上述的四个示例中，壳体的数量都可以为多个，且当纳米摩擦发电机为多个时，多个纳米摩擦发电机之间可以串联，也可以并联，其中，当纳米摩擦发电机并联时可提高电流的输出强度，而纳米摩擦发电机串联时可提高电压的输出大小，从而能够解决单个纳米摩擦发电机输出的电流或电压大小不能满足需求的问题。为了同时获得上述优势，也可以考虑将一部分纳米摩擦发电机并联，将另一部分纳米摩擦发电机串联。

上述的四个示例仅为本发明提供的海洋能发电机的示例性结构，本领域技术人员还可对上述的四个示例做出各种变形。例如，将示例三中的弹性部件替换为示例一、二中的固定部件，或将示例一、二中的固定部件替换为示例三中的弹性部件等。

基于上述太阳能组件和海洋能发电机的任意一种示例结构，下面将进一步介绍整个发电系统的结构和工作原理。

图5为本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统的一实施例的电路原理示意图。如图5所示，储能装置包括：整流电路30、第一开关控制电路31、第一直流/直流控制电路32、储能电路33以及第二开关控制电路41和第二直流/直流控制电路42。

其中，整流电路30与纳米摩擦发电机10的输出端相连，整流电路30接收纳米摩擦发电机10输出的交流脉冲电信号，对该交流脉冲电信号进行整流处理得到直流电压U1；第一开关控制电路31与整流电路30、第一直流/直流控制电路32和储能电路33相连，第一开关控制电路31接收整流电路30输出的直流电压U1和储能电路33反馈的瞬时充电电压U2，根据该直流电压U1和瞬时充电电压U2得到第一控制信号S1，将第一控制信号S1输出给第一直流/直流控制电路32；第一直流/直流控制电路32与整流电路30、第一开关控制电路31和储能电路33相连，第一直流/直流控制电路32根据第一开关控制电路31输出的第一控制信号S1对整流电路30输出的直流电压U1进行转换处理输出给储能电路33充电，得到瞬时充电电压U2。

第二开关控制电路41与太阳能组件40的输出端、第二直流/直流控制电路42和储能电路33相连，第二开关控制电路41接收太阳能组件40输出的直流电压U3和储能电路33反馈的瞬时充电电压U2，根据直流电压U3和瞬时充电电压U2得到第二控制信号S2，将第二控制信号S2输出给第二直流/直流控制电路42。第二直流/直流控制电路42与太阳能组件40的输出端、第二开关控制电路41和储能电路33相连，第二直流/直流控制电路42根据第二开关控制电路41输出的第二控制信号S2对太阳能组件40输出的直流电压U3进行转换处理输出给储能电路33充电，得到瞬时充电电压U2。

图5所示的电路的工作原理是：当海洋能作用于纳米摩擦发电机10时，会使纳米摩擦发电机10发生机械形变，从而产生交流脉冲电信号。整流电路30接收到该交流脉冲电信号后，对其进行整流处理，得到单向脉动的直流电压U1。第一开关控制电路31接收整流电路30输出的直流电压U1和储能电路33反馈的瞬时充电电压U2后，将直流电压U1和瞬时充电电压U2分别与储能电路33的充满电压U0进行比较，如果直流电压U1高于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于充满电压U0，此时第一开关控制电路31输出第一控制信号S1，控制第一直流/直流控制电路32将整流电路30输出的直流电压U1进行降压处理，输出给储能电路33进行充电，得到瞬时充电电压U2；如果直流电压U1低于等于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于充满电压U0，此时第一开关控制电路31输出第一控制信号S1，控制第一直流/直流控制电路32将整流电路30输出的直流电压U1进行升压处理，输出给储能电路33进行充电，得到瞬时充电电压U2；又如果瞬时充电电压U2等于或短时高于充满电压U0，不管直流电压U1高于或低于充满电压U0，此时第一开关控制电路31输出第一控制信号S1，控制第一直流/直流控制电路32使其停止为储能电路33充电。当太阳光照射到太阳能组件40上时，太阳能组件40会将光能转换为直流电能，输出直流电压U3。第二开关控制电路41接收太阳能组件40输出的直流电压U3和储能电路33反馈的瞬时充电电压U2后，将直流电压U3和瞬时充电电压U2分别与储能电路33的充满电压U0进行比较，如果直流电压U3高于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于充满电压U0，此时第二开关控制电路41输出第二控制信号S2，控制第二直流/直流控制电路42将太阳能组件40输出的直流电压U3进行降压处理，输出给储能电路33进行充电，得到瞬时充电电压U2；如果直流电压U3低于等于充满电压U0且瞬时充电电压U2低于充满电压U0，此时第二开关控制电路41输出第二控制信号S2，控制第二直流/直流控制电路42将太阳能组件40输出的直流电压U3进行升压处理，输出给储能电路33进行充电，得到瞬时充电电压U2；又如果瞬时充电电压U2等于或短时高于充满电压U0，不管直流电压U3高于或低于充满电压U0，此时第二开关控制电路41输出第二控制信号S2，控制第二直流/直流控制电路42使其停止为储能电路33充电。上述控制方式仅为一个具体的例子，本发明对此不做限制，也可采用其他的控制方式为储能电路充电。

可选地，储能电路33可以为锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器等储能元件。

图5所示的发电系统的特点是采用太阳能组件和纳米摩擦发电机同时为储能电路进行充电，其中纳米摩擦发电机收集波浪能和/或潮汐能，太阳能组件收集太阳能，这两个高效率的系统叠加在一起，使整个系统的效率得以大幅度的提升。纳米摩擦发电机作为海洋能发电机的核心部件能够将波浪能和/或潮汐能转化为电能，由于纳米摩擦发电机本身的发电效率很高，使整个海洋能发电机有很高的发电效率，再加上高效的设计结构，实现了一个最佳的发电效率。同时，该发电系统的核心部件生产便捷，而且形状、尺寸不仅可以加工至微小化，实现发电系统的微型化；也可以加工至较大尺寸，实现高功率发电。另外，由于纳米摩擦发电机微型化、薄膜化，进而使得整个发电系统重量减小，同时成本得到了极大的降低。

图6为本发明提供的海洋能发电和太阳能发电组合系统的又一实施例的电路原理示意图。如图6所示，储能装置包括：第一开关控制电路51、整流电路52、开关电路53、第二开关控制电路54、直流/直流控制电路55和储能电路56。

其中第一开关控制电路51与太阳能组件50的输出端、纳米摩擦发电机10相连，第一开关控制电路51接收太阳能组件50输出的直流电压U4，根据直流电压U4向纳米摩擦发电机10输出用于控制纳米摩擦发电机是否工作的控制信号S3。整流电路52与纳米摩擦发电机10的输出端相连，整流电路52接收纳米摩擦发电机10输出的交流脉冲电信号，对该交流脉冲电信号进行整流处理得到直流电压U5。开关电路53的控制端与太阳能组件50的输出端相连，根据太阳能组件50输出的直流电压U4控制开关电路53的输入/输出端与太阳能组件50的输出端或整流电路52连通。如果开关电路53的输入/输出端与太阳能组件50的输出端连通，那么开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6等于U4；如果开关电路53的输入/输出端与整流电路52连通，那么开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6等于U5。第二开关控制电路54与开关电路53的输入/输出端、直流/直流控制电路55和储能电路56相连，第二开关控制电路54接收开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6和储能电路56反馈的瞬时充电电压U7，根据直流电压U6和瞬时充电电压U7得到控制信号S4，将控制信号S4输出给直流/直流控制电路55。直流/直流控制电路55与开关电路53的输入/输出端、第二开关控制电路54和储能电路56相连，根据第二开关控制电路54输出的控制信号S4对开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6进行转换处理输出给储能电路56充电，得到瞬时充电电压U7。

图6所示的电路的工作原理是：当太阳光照射到太阳能组件50上时，太阳能组件50会将光能转换为直流电能，输出直流电压U4。开关电路53的控制端和第一开关控制电路51会同时接收到该直流电压U4，将直流电压U4与预先配置在开关电路53和第一开关控制电路51中的工作电压U’进行比较，如果U4大于或等于U’，开关电路53控制其输入/输出端与太阳能组件50的输出端连通，与此同时第一开关控制电路51向纳米摩擦发电机10输出用于控制纳米摩擦发电机10停止工作的控制信号S3；如果U4小于U’，第一开关控制电路51向纳米摩擦发电机10输出用于控制纳米摩擦发电机10继续工作的控制信号S3，与此同时开关电路53控制其输入/输出端与整流电路52连通。第二开关控制电路54接收开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6和储能电路56反馈的瞬时充电电压U7后，将直流电压U6和瞬时充电电压U7分别与储能电路56的充满电压U0进行比较，如果直流电压U6高于充满电压U0且瞬时充电电压U7低于充满电压U0，此时第二开关控制电路54输出控制信号S4，控制直流/直流控制电路55将开关电路53的输入/输出端输出的直流电压U6进行降压处理，输出给储能电路56进行充电，得到瞬时充电电压U7；如果直流电压U6低于等于充满电压U0且瞬时充电电压U7低于充满电压U0，此时第二开关控制电路54输出控制信号S4，控制直流/直流控制电路55将直流电压U6进行升压处理，输出给储能电路56进行充电，得到瞬时充电电压U7；又如果瞬时充电电压U7等于或短时高于充满电压U0，不管直流电压U6高于或低于充满电压U0，此时第二开关控制电路54输出控制信号S4，控制直流/直流控制电路55使其停止为储能电路56充电。上述控制方式仅为一个具体的例子，本发明对此不做限制，也可采用其他的控制方式为储能电路充电。

可选地，储能电路56可以为锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器等储能元件。

图6所示的发电系统的特点是采用太阳能组件和纳米摩擦发电机交替为储能电路进行充电，其中纳米摩擦发电机收集波浪能和/或潮汐能，太阳能组件收集太阳能。这种电路设计灵活，能够根据实际情况自动切换，在太阳能充足的情况下，采用太阳能组件为储能电路进行充电，并且使纳米摩擦发电机停止工作，延长了纳米摩擦发电机及整流电路的使用寿命；在太阳能不足的情况下，采用纳米摩擦发电机为储能电路进行充电，大大提高了整个系统的发电效率。

下面将详细介绍自充电超级电容器中的纳米摩擦发电机的结构和工作原理。

纳米摩擦发电机的第一种结构如图7a和图7b所示。图7a和图7b分别示出了纳米摩擦发电机的第一种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。该纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极61，第一高分子聚合物绝缘层62，以及第二电极63。具体地，第一电极61设置在第一高分子聚合物绝缘层62的第一侧表面上；且第一高分子聚合物绝缘层62的第二侧表面与第二电极63的表面接触摩擦并在第二电极63和第一电极61处感应出电荷。因此，上述的第一电极61和第二电极63构成纳米摩擦发电机的两个输出端。

为了提高纳米摩擦发电机的发电能力，在第一高分子聚合物绝缘层62的第二侧表面（即相对第二电极63的面上）进一步设有微纳结构64。因此，当纳米摩擦发电机受到挤压时，第一高分子聚合物绝缘层62与第二电极63的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极61和第二电极63处感应出较多的电荷。由于上述的第二电极63主要用于与第一高分子聚合物绝缘层62摩擦，因此，第二电极63也可以称之为摩擦电极。

上述的微纳结构64具体可以采取如下两种可能的实现方式：第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。所述凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯（PVDF），其厚度为0.5-1.2mm（优选1.0mm），且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为：宽度为10-100nm以及深度为4-50μm。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2-30μm的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μm的均匀分布。

下面具体介绍一下图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机的工作原理。当该纳米摩擦发电机的各层受到挤压时，纳米摩擦发电机中的第二电极63与第一高分子聚合物绝缘层62表面相互摩擦产生静电荷，静电荷的产生会使第一电极61和第二电极63之间的电容发生改变，从而导致第一电极61和第二电极63之间出现电势差。由于第一电极61和第二电极63作为纳米摩擦发电机的输出端与储能装置连接，储能装置构成纳米摩擦发电机的外电路，纳米摩擦发电机的两个输出端之间相当于被外电路连通。当该纳米摩擦发电机的各层恢复到原来状态时，这时形成在第一电极和第二电极之间的内电势消失，此时已平衡的第一电极和第二电极之间将再次产生反向的电势差。通过反复摩擦和恢复，就可以在外电路中形成周期性的交流脉冲电信号。

根据发明人的研究发现，金属与高分子聚合物摩擦，金属更易失去电子，因此采用金属电极与高分子聚合物摩擦能够提高能量输出。因此，相应地，在图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机中，第二电极由于需要作为摩擦电极（即金属）与第一高分子聚合物进行摩擦，因此其材料可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。第一电极由于不需要进行摩擦，因此，除了可以选用上述罗列的第二电极的材料之外，其他能够制作电极的材料也可以应用，也就是说，第一电极除了可以选自金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金之外，还可以选自铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜等非金属材料。

在图7a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层与第二电极是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘层与第二电极之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第一高分子聚合物绝缘层与第二电极的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层与第二电极之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第一高分子聚合物绝缘层与第二电极接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第一高分子聚合物绝缘层与第二电极分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。

纳米摩擦发电机的第二种结构如图8a和图8b所示。图8a和图8b分别示出了纳米摩擦发电机的第二种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。该纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极71，第一高分子聚合物绝缘层72，第二高分子聚合物绝缘层74以及第二电极73。具体地，第一电极71设置在第一高分子聚合物绝缘层72的第一侧表面上；第二电极73设置在第二高分子聚合物绝缘层74的第一侧表面上；其中，第一高分子聚合物绝缘层72的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层74的第二侧表面接触摩擦并在第一电极71和第二电极73处感应出电荷。其中，第一电极71和第二电极73构成纳米摩擦发电机的两个输出端。

为了提高纳米摩擦发电机的发电能力，第一高分子聚合物绝缘层72和第二高分子聚合物绝缘层74相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。在图8b中，第一高分子聚合物绝缘层72的面上设有微纳结构75。因此，当纳米摩擦发电机受到挤压时，第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74的相对表面能够更好地接触摩擦，并在第一电极71和第二电极73处感应出较多的电荷。上述的微纳结构可参照上文的描述，此处不再赘述。

图8a和图8b所示的纳米摩擦发电机的工作原理与图7a和图7b所示的纳米摩擦发电机的工作原理类似。区别仅在于，当图8a和图8b所示的纳米摩擦发电机的各层受到挤压时，是由第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74的表面相互摩擦来产生静电荷的。因此，关于图8a和图8b所示的纳米摩擦发电机的工作原理此处不再赘述。

图8a和图8b所示的纳米摩擦发电机主要通过聚合物（第一高分子聚合物绝缘层）与聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来产生电信号。

在这种结构中，第一电极和第二电极所用材料可以是铟锡氧化物、石墨烯、银纳米线膜、金属或合金，其中金属可以是金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨或钒；合金可以是铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金。上述两种结构中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层分别选自聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纤维素薄膜、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纤维（再生）海绵薄膜、聚氨酯弹性体薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纤维薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡胶薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡胶薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸盐薄膜中的一种。其中，在第二种结构中，原则上第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层的材质可以相同，也可以不同。但是，如果两层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小。因此优选地，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质不同。

在图8a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74之间可以设置有多个弹性部件，图8c示出了纳米摩擦发电机的第二种结构的具有弹性部件作为支撑臂的立体结构示意图，如图8c所示，弹性部件可选为弹簧70，这些弹簧70分布在第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧70被压缩，使得第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧70弹起，使得第一高分子聚合物绝缘层72与第二高分子聚合物绝缘层74分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。

除了上述两种结构外，纳米摩擦发电机还可以采用第三种结构实现，如图9a和图9b所示。图9a和图9b分别示出了纳米摩擦发电机的第三种结构的立体结构示意图和剖面结构示意图。从图中可以看出，第三种结构在第二种结构的基础上增加了一个居间薄膜层，即：第三种结构的纳米摩擦发电机包括依次层叠设置的第一电极81、第一高分子聚合物绝缘层82、居间薄膜层80、第二高分子聚合物绝缘层84以及第二电极83。具体地，第一电极81设置在第一高分子聚合物绝缘层82的第一侧表面上；第二电极83设置在第二高分子聚合物绝缘层84的第一侧表面上，且居间薄膜层80设置在第一高分子聚合物绝缘层82的第二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层84的第二侧表面之间。其中，所述居间薄膜层80和第一高分子聚合物绝缘层82相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构85，和/或所述居间薄膜层80和第二高分子聚合物绝缘层84相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构85，关于微纳结构85的具体设置方式可参照上文描述，此处不再赘述。

图9a和图9b所示的纳米摩擦发电机的材质可以参照前述的第二种结构的纳米摩擦发电机的材质进行选择。其中，居间薄膜层也可以选自透明高聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物（LCP）中的任意一种。其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材料优选透明高聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）；其中，所述居间薄膜层的材料优选聚二甲基硅氧烷（PDMS）。上述的第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层的材质可以相同，也可以不同。但是，如果三层高分子聚合物绝缘层的材质都相同，会导致摩擦起电的电荷量很小，因此，为了提高摩擦效果，居间薄膜层的材质不同于第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层，而第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层的材质则优选相同，这样，能减少材料种类，使本发明的制作更加方便。

在图9a和图9b所示的实现方式中，居间薄膜层80是一层聚合物膜，因此实质上与图8a和图8b所示的实现方式类似，仍然是通过聚合物（居间薄膜层）和聚合物（第二高分子聚合物绝缘层）之间的摩擦来发电的。其中，居间薄膜层容易制备且性能稳定。

如果在居间薄膜层和第一高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，在图9a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。

如果在居间薄膜层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构，在图9a所示的结构中，第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层的外侧边缘，用于形成第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。

可选地，弹性部件可以同时设置在居间薄膜层与第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间。

另外，纳米摩擦发电机还可以采用第四种结构来实现，如图10a和图10b所示，包括:依次层叠设置的第一电极91，第一高分子聚合物绝缘层92，居间电极层90，第二高分子聚合物绝缘层94和第二电极93；其中，第一电极91设置在第一高分子聚合物绝缘层92的第一侧表面上；第二电极93设置在第二高分子聚合物绝缘层94的第一侧表面上，居间电极层90设置在第一高分子聚合物绝缘层92的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层94的第二侧表面之间。其中，第一高分子聚合物绝缘层92相对居间电极层90的面和居间电极层90相对第一高分子聚合物绝缘层92的面中的至少一个面上设置有微纳结构（图未示）；和/或，第二高分子聚合物绝缘层94相对居间电极层90的面和居间电极层90相对第二高分子聚合物绝缘层94的面中的至少一个面上设置有微纳结构（图未示）。在这种方式中，通过居间电极层90与第一高分子聚合物绝缘层92和第二高分子聚合物绝缘层94之间摩擦产生静电荷，由此将在居间电极层90与第一电极91和第二电极93之间产生电势差，此时，第一电极91和第二电极93串联为纳米摩擦发电机的一个输出端；居间电极层90为纳米摩擦发电机的另一个输出端。

在图10a和图10b所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、第一电极和第二电极的材质可以参照前述的第二种结构的纳米摩擦发电机的材质进行选择。居间电极层可以选择导电薄膜、导电高分子、金属材料，金属材料包括纯金属和合金，纯金属选自金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、硒、铁、锰、钼、钨、钒等，合金可以选自轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等）。居间电极层的厚度优选100μm-500μm，更优选200μm。

如果第一高分子聚合物绝缘层相对居间电极层的面和居间电极层相对第一高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设置有微纳结构，在图10a所示的结构中，第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层的外侧边缘，用于形成第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。

如果第二高分子聚合物绝缘层相对居间电极层的面和居间电极层相对第二高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设置有微纳结构，在图10a所示的结构中，第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层是正对贴合，并通过外侧边缘的胶布粘贴在一起的，但本发明不仅限于此。第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间可以设置有多个弹性部件，例如弹簧，这些弹簧分布在第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层的外侧边缘，用于形成第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间的弹性支撑臂。当外力作用于纳米摩擦发电机时，纳米摩擦发电机受到挤压，弹簧被压缩，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层接触形成摩擦界面；当外力消失时，弹簧弹起，使得第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层分离，纳米摩擦发电机恢复到原来的状态。

可选地，弹性部件可以同时设置在居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层、居间电极层与第二高分子聚合物绝缘层之间。

本发明提供的采用纳米摩擦发电机的海洋能发电与太阳能发电组合的发电系统实现了波浪能、潮汐能和太阳能的多重收集利用，这不仅节约了能源，而且清洁环保，保护了环境。对于采用纳米摩擦发电机的波浪能、潮汐能发电系统，由于纳米摩擦发电机本身的发电效率很高，而使整个波浪能、潮汐能发电系统有很高的发电效率，再加上高效的设计结构，实现了一个最佳的发电效率。

本发明的海洋能发电与太阳能发电组合的发电系统的结构可以设计成多种形式，可以根据应用场所的不同选择不同的结构设计，扩大了波浪能、潮汐能发电系统的应用范围。

本发明提供的发电系统实现了纳米摩擦发电机收集波浪能发电、潮汐能发电与太阳能发电的结合，多个高效率的子系统的叠加，使整个系统的效率得到大幅度的提高。另外还提供了一种储能装置，该储能装置设计灵活，能自动进行切换，不仅可以同时储存纳米摩擦发电机收集波浪能、潮汐能所发的电与太阳能发的电，还可以交替储存纳米摩擦发电机收集波浪能、潮汐能所发的电与太阳能发的电，操作简单。

本发明提供的发电系统中将纳米摩擦发电机设置于壳体中，壳体是一个封闭的结构，可以防止海水腐蚀纳米摩擦发电机和电路等内部部件，使得发电系统实现长寿命发电。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (34)

1.一种采用纳米摩擦发电机的海洋能发电和太阳能发电组合系统，其特征在于，包括：海洋能发电机、太阳能组件和储能装置；

所述海洋能发电机包括用于将机械能转化为电能的至少一个纳米摩擦发电机；

所述太阳能组件由多个太阳能电池组成，所述多个太阳能电池以串联或并联方式连接形成太阳能组件的至少两个输出端，其中每个太阳能电池为由半导体材料所形成的PN结式结构的光电转换单元；

所述储能装置与所述纳米摩擦发电机的输出端和所述太阳能组件的至少两个输出端相连，用于对所述纳米摩擦发电机输出的电能和所述太阳能组件输出的电能进行存储。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PN结是由掺杂半导体材料所形成的结构；或者，所述PN结是半导体薄膜的结构。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能组件还包括保护体。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述保护体为保护板或保护膜。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述海洋能发电机还包括：容纳所述至少一个纳米摩擦发电机的壳体，其中，所述壳体内部具有空腔，所述至少一个纳米摩擦发电机设置在所述空腔内。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述海洋能发电机还包括：设置于所述空腔内的至少一个撞击部件，其中，所述撞击部件包括能够与所述纳米摩擦发电机发生碰撞的撞击球。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个纳米摩擦发电机通过固定部件固定在所述空腔的第一侧壁和/或第二侧壁上，所述第一侧壁和第二侧壁相对；

且所述撞击部件进一步包括：设置在所述第一侧壁和第二侧壁之间的导轨，所述撞击球能够沿所述导轨移动。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述导轨为空心导管，所述撞击球设置于所述空心导管内部的通道内。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述导轨与所述第一侧壁和所述第二侧壁之间分别具有预设的保护间隔。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，每个纳米摩擦发电机通过固定部件固定在所述空腔的任一侧壁上，且所述撞击部件进一步包括牵引件，所述牵引件的第一端为固定在所述空腔的顶壁上的固定端，所述牵引件的第二端为连接有所述撞击球的自由端。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述牵引件的长度大于纳米摩擦发电机的顶端与牵引件的第一端之间的距离，小于纳米摩擦发电机的低端与牵引件的第一端之间的距离。

12.如权利要求5所述的系统，其特征在于，每个纳米摩擦发电机通过弹性部件设置在所述空腔内部，且所述海洋能发电机还包括：设置于所述空腔内的至少一个撞击部件，其中，所述撞击部件能够在所述空腔内自由运动。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述弹性部件包括第一弹性件和第二弹性件，所述第一弹性件的第一端和所述第二弹性件的第一端分别固定在所述空腔的两个内壁上，所述第一弹性件的第二端和所述第二弹性件的第二端之间固定连接一个纳米摩擦发电机，其中，所述两个内壁之间相对平行或垂直。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述弹性部件为两组，其中，第一组弹性部件中的各个弹性部件之间相互平行，第二组弹性部件中的各个弹性部件与所述第一组弹性部件中的各个弹性部件之间相对垂直。

15.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述撞击部件具有椭圆形的底部以及球形的顶部，其中，所述底部和顶部均为自由端。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述底部的体积大于所述顶部的体积，且所述底部的密度大于所述顶部的密度。

17.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述壳体的纵剖面为波浪形状。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述壳体进一步包括：多个子壳体，每相邻的两个子壳体之间通过固定部件固定连接且呈第一预设角度，其中，每个子壳体内部具有至少一个空腔。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，每个空腔内的纳米摩擦发电机与所述空腔的至少一个内壁固定。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述壳体与水平面之间呈第二预设角度。

21.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机的表面设置有防护垫片，或者，所述纳米摩擦发电机的表面为塑封表面。

22.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能装置包括：整流电路、第一开关控制电路、第一直流/直流控制电路、第二开关控制电路、第二直流/直流控制电路以及储能电路；

所述整流电路与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，接收所述至少一个纳米摩擦发电机输出的交流脉冲电信号并对所述交流脉冲电信号进行整流处理得到直流电压；

所述第一开关控制电路与所述整流电路、所述第一直流/直流控制电路和所述储能电路相连，接收所述整流电路输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压，根据所述整流电路输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到第一控制信号，将所述第一控制信号输出给所述第一直流/直流控制电路；

所述第一直流/直流控制电路与所述整流电路、所述第一开关控制电路和所述储能电路相连，根据所述第一开关控制电路输出的第一控制信号对所述整流电路输出的直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压；

所述第二开关控制电路与所述太阳能组件的至少两个输出端、所述第二直流/直流控制电路和所述储能电路相连，接收所述太阳能组件输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压，根据所述太阳能组件输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到第二控制信号，将所述第二控制信号输出给所述第二直流/直流控制电路；

所述第二直流/直流控制电路与所述太阳能组件的至少两个输出端、所述第二开关控制电路和所述储能电路相连，根据所述第二开关控制电路输出的第二控制信号对所述太阳能组件输出的直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压。

23.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能装置包括：第一开关控制电路、整流电路、开关电路、第二开关控制电路、直流/直流控制电路和储能电路；

所述第一开关控制电路与所述太阳能组件的至少两个输出端和所述至少一个纳米摩擦发电机相连，接收所述太阳能组件输出的直流电压，根据所述太阳能组件输出的直流电压向所述至少一个纳米摩擦发电机输出用于控制纳米摩擦发电机是否工作的控制信号；

所述整流电路与所述至少一个纳米摩擦发电机的输出端相连，接收所述至少一个纳米摩擦发电机输出的交流脉冲电信号并对所述交流脉冲信号进行整流处理得到直流电压；

所述开关电路的控制端与所述太阳能组件的输出端相连，根据所述太阳能组件输出的直流电压控制所述开关电路的输入/输出端与所述太阳能组件的至少两个输出端或所述整流电路连通；

所述第二开关控制电路与所述开关电路的输入/输出端、所述直流/直流控制电路和所述储能电路相连，接收所述开关电路的输入/输出端输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压，根据所述开关电路的输入/输出端输出的直流电压和所述储能电路反馈的瞬时充电电压得到控制信号，将所述控制信号输出给所述直流/直流控制电路；

所述直流/直流控制电路与所述开关电路的输入/输出端、所述第二开关控制电路和所述储能电路相连，根据所述第二开关控制电路输出的控制信号对所述开关电路的输入/输出端输出的直流电压进行转换处理输出给所述储能电路充电，得到瞬时充电电压。

24.根据权利要求22或23所述的系统，其特征在于，所述储能电路为锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池或超级电容器。

25.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极；其中，所述第一电极设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；且所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面朝向所述第二电极设置，所述第一电极和第二电极构成所述纳米摩擦发电机的输出端。

26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上设有微纳结构。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极之间设置有多个弹性部件，所述弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极接触和分离。

28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机进一步包括：设置在所述第二电极和所述第一高分子聚合物绝缘层之间的第二高分子聚合物绝缘层，所述第二电极设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；且所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面相对设置。

29.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面中的至少一个面上设有微纳结构。

30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间设置有多个弹性部件，所述弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层接触和分离。

31.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机进一步包括：设置在所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间的居间薄膜层，其中，所述居间薄膜层为聚合物薄膜层，且所述第一高分子聚合物绝缘层相对所述居间薄膜层的面和居间薄膜层相对于第一高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上和/或所述第二高分子聚合物绝缘层相对所述居间薄膜层的面和居间薄膜层相对第二高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设有微纳结构。

32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层之间设置有多个弹性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层接触和分离；

和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层之间设置有多个弹性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间薄膜层接触和分离。

33.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纳米摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极；其中，所述第一电极设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上；所述第二电极设置在所述第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，所述居间电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与所述第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间，且所述第一高分子聚合物绝缘层相对所述居间电极层的面和居间电极层相对于第一高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上和/或所述第二高分子聚合物绝缘层相对所述居间电极层的面和居间电极层相对第二高分子聚合物绝缘层的面中的至少一个面上设有微纳结构，所述第一电极和第二电极相连后与所述居间电极层构成所述纳米摩擦发电机的输出端。

34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层之间设置有多个弹性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层接触和分离；

和/或，所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层之间设置有多个弹性部件，该弹性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物绝缘层和所述居间电极层接触和分离。