CN104539191A - 一种基于海浪发电的供电系统 - Google Patents

一种基于海浪发电的供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于海浪发电的供电系统，尤其是一种基于压电效应的海浪发电供电系统,包括发电系统和储能系统，所述发电系统包括多个并排阵列设置的发电装置，所述发电装置包括基座及安装于基座上的压电发电片，所述压电发电片(12)包括同极性且共负极并排设置于基座(11)上的至少一片压电陶瓷发电片，并且所述压电发电片(12)的外层设置有抗腐蚀材料制成的防护层(13)，所述防护层(13)将所述压电发电片(12)完全封闭在内。同时本发明还提供了应用上述发电装置的发电系统和供电系统，具有发电效率高、供电电压稳定并且使用寿命长的优点。

Description

一种基于海浪发电的供电系统
技术领域
本发明涉及一种基于海浪发电的供电系统，尤其是一种基于压电效应的发电装置、发电系统及供电系统。
背景技术
近年来，世界各国正在大力发展太阳能、风力、潮汐等各种可再生能源，环境能量回收技术越来越受到人们的广泛关注。传统的绿色能源发电方法有太阳能发电、风力发电、光动能发电等完全没有污染的自然能发电，但是上述发电方法对选址有很高要求而发电力很小，体积大导致维护不方便。在1880年，Curie兄弟在研究热电现象和晶体对称性的关系时，于α石英晶体上发现了压电效应。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷的现象即为压电效应。随着人们对连续电力供应的需求和绿色环保能源意识的不断增强，利用新型材料的压电发电技术已成为当今热门的研究方向。现有的压电效应的发电设备，安装于海滩时，受到海浪冲击很容易发生位置变化，导致压电发电片并不能很好地接受海浪产生的压电进行发电，而且对海浪压力的利用率不高，发电效率低下，此外，由于长期受到海水侵蚀，压电发电片表面材料会受到腐蚀进而损坏，失去压力发电功能，使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于压电效应的海浪发电装置，具有发电效率高并且使用寿命长的优点，同时本发明还提供采用该发电装置的发电系统及供电系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于压电效应的海浪发电装置，包括基座及安装于基座上的压电发电片，其结构特点为，所述压电发电片包括同极性且共负极并排设置于基座上的至少一片压电陶瓷发电片，并且所述压电发电片的外层设置有抗腐蚀材料制成的防护层，所述防护层将所述压电发电片完全封闭在内。
一种基于压电效应的海浪发电系统，其结构特点为，它包括多个并排阵列设置的如上所述的发电装置，并且任意相邻的两个发电装置的基座底部之间设置有间隙，所述间隙底部设置有电气连接相邻两个发电装置的导电装置。
一种供电系统，其结构特点为，它包括如上所述的发电系统，以及储能系统；所述储能系统包括电气连接的输入接口、储能电路和供电接口，所述输入接口连接于所述发电系统。
根据以上方案，所述储能系统还包括电气连接的整流电路、保护电路、升压电路；
所述整流电路的输入端连接于输入接口，所述整流电路的输出端分别并联于保护电路的输入端、升压电路的输入端和储能电路的输入端；
所述保护电路的输出端连接于所述升压电路的控制端；
所述升压电路的输出端连接于供电接口。
根据以上方案，所述升压电路包括升压芯片和放大电路；
所述升压芯片的输入端连接于所述整流电路的输出端，升压芯片的控制端连接于所述放大电路的输出端，升压芯片的输出端连接于所述供电接口；
所述放大电路的输入端连接于所述保护电路的输出端。
根据以上方案，所述升压芯片还包括反馈端，所述反馈端连接于所述放大电路的输入端。
根据以上方案，所述放大电路包括三极管Q1和Q2；
所述三极管Q1的基极通过负载R4连接于所述升压芯片的反馈端，集电极连接于所述保护电路的输出端；
所述三极管Q2的基极连接于所述三极管Q1的发射极，集电极直接连接于所述升压芯片的控制端，并且通过R3连接于升压芯片的反馈端；
并且，所述三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极通过负载R1连接。
根据以上方案，所述储能电路包括电容C1、C2、C3、C4和电感L1；
所述电容C1的正极连接于所述整流电路的输出端，负极接地；
所述电容C2的正极连接于所述保护电路的输出端，负极接地；
所述电容C3的正极连接于所述升压电路的输入端，负极接地；
所述电容C4的正极连接于所述升压芯片的输出端，负极接地；
所述电感L1的输入端连接于所述升压电路的输入端，电感L1的输出端连接于供电接口。
根据以上方案，所述升压芯片的输出端与电感L1的输出端同时通过变阻器R2连接于供电接口。
根据以上方案，所述升压芯片的输出端、电感L1的输出端与变阻器R2之间还连接有保护二极管D4。
本发明采用上述技术方案所实现的技术效果为：本发明提出的基于压电效应的发电装置，将压电发电片通过基座固定于海滩上，使压电发电片能始终保持对海浪的正确受力方向，通过至少一片压电陶瓷发电片同极性且共负极并排设置，利用海浪冲击力使发电片产生更多的电量，可以充分利用海浪动能，提高发电效率，同时在压电发电片外表面设置有抗腐蚀材料制成的防护层，以避免压电发电片受到海水侵蚀，能长久保持正常工作状态，延长了发电装置的使用寿命。本发明提出的基于压电效应的发电系统，包括多个并排阵列设置的如上所述的发电装置，并且任意相邻的两个发电装置的基座底部之间设置有间隙，所述间隙底部设置有电气连接相邻两个发电装置的导电装置，其有益效果是当海水冲击回落时，海水可以从间隙之间返回，避免海水聚集于基座后方对发电装置产生负面压力，同时多个相邻的发电装置通过电气连接在一起，能增强其发电效率，收集更多的电能；另外本发明提出的供电系统，由于采用了上述整流电路、保护电路、升压电路、放大电路、储能电路等结构，其有益效果是利于储存压电发电装置所产生的电能，并将其进行整流、升压和储存处理，以保证能输出稳定的供电电压，同时还具有电路自我保护功能。
附图说明
图1是本发明采用两片压电陶瓷片时的发电装置结构示意图；
图2是本发明采用一片压电陶瓷片时的发电装置结构示意图；
图3是本发明的发电系统结构示意图；
图4是本发明的供电系统电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1至图2所示，本发明所述的一种基于压电效应的发电装置1，包括基座11及安装于基座上的压电发电片12，所述压电发电片12包括同极性且共负极并排设置于基座11上的至少一片压电陶瓷发电片，并且所述压电发电片12的外层设置有抗腐蚀材料制成的防护层13，所述防护层13将所述压电发电片12完全封闭在内。本发明的基于压电效应的发电装置，将压电发电片12通过基座11固定于海滩上，使压电发电片12能始终保持对海浪的正确受力方向，通过至少一片压电陶瓷发电片同极性并排设置，利用海浪冲击力使发电片产生更多的电量，可以充分利用海浪动能，提高发电效率，同时在压电发电片外表面设置有抗腐蚀材料制成的防护层13，以避免压电发电片12受到海水侵蚀，能长久保持正常工作状态，延长了发电装置的使用寿命。
本发明还提供一种发电系统，如图3所示，它包括多个并排阵列设置的如上所述的发电装置1，并且任意相邻的两个发电装置1的基座11底部之间设置有间隙2，所述间隙2底部设置有电气连接相邻两个发电装置1的导电装置3，在海水冲击回落时，可以从间隙之间返回，避免海水聚集于基座后方对发电装置产生负面压力。
本发明进一步地提供一种供电系统，它包括如上所述的发电系统，以及储能系统；所述储能系统包括电气连接的输入接口、储能电路和供电接口，所述输入接口连接于所述发电系统，输入接口和供电接口可以采用排针式接头以方便进行连接。
储能系统的具体组成如图4所示，根据以上方案，所述储能系统还包括电气连接的整流电路、保护电路、升压电路；
所述整流电路的输入端连接于输入接口，所述整流电路的输出端分别并联于保护电路的输入端、升压电路的输入端和储能电路的输入端；所述保护电路的输出端连接于所述升压电路的控制端；所述升压电路的输出端连接于供电接口。
进一步地，根据以上方案，所述升压电路包括升压芯片和放大电路；所述升压芯片的输入端连接于所述整流电路的输出端，升压芯片的控制端连接于所述放大电路的输出端，升压芯片的输出端连接于所述供电接口；所述放大电路的输入端连接于所述保护电路的输出端。
进一步地，所述升压芯片还包括反馈端，所述反馈端连接于所述放大电路的输入端。
具体地，如图4所示的电路连接示意图，整流电路包括整流桥D1，其输入端连接于接入接口JP1；保护电路包括正反相接的肖特基二极管D2和D3；升压芯片可以采用SX1308芯片，包括输入端VIN、输出端SW、控制端EN、反馈端FB及接地端GND。
具体地，所述放大电路包括三极管Q1和Q2；所述三极管Q1的基极通过负载R4连接于所述升压芯片的反馈端FB，集电极连接于所述保护电路的输出端；所述三极管Q2的基极连接于所述三极管Q1的发射极，集电极直接连接于所述升压芯片的控制端EN，并通过R3连接于升压芯片的反馈端；并且，所述三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极通过负载R1连接。
具体地，所述储能电路包括电容C1、C2、C3、C4和电感L1；所述电容C1的正极连接于所述整流电路的输出端，负极接地；所述电容C2的正极连接于所述保护电路的输出端，负极接地；所述电容C3的正极连接于所述升压电路的输入端，负极接地；所述电容C4的正极连接于所述升压芯片的输出端SW，负极接地；所述电感L1的输入端连接于所述升压电路的输入端，电感L1的输出端连接于供电接口JP2。
此外，为了可以手动调节输出电压，根据以上方案，所述升压芯片的输出端与电感L1的输出端同时通过变阻器R2连接于供电接口JP2。
为了对升压芯片和电感L1进行保护，根据以上方案，所述升压芯片的输出端、电感L1的输出端与变阻器R2之间还连接有保护二极管D4。
本发明利用海水的不停运动及潮汐现象带动压电陶瓷发电片往复形变产生电荷，通过储能电路将产生的电荷收集起来储存在电感或电容中，给负载供电，是一种绿色无污染可持续使用的清洁能源，并且能保证输出稳定的供电电压，同时还具有电路自我保护功能。

Claims (7)

1.一种基于海浪发电的供电系统，其特征在于，包括发电系统和储能系统；所述发电系统包括多个并排阵列设置的发电装置，所述发电装置包括基座及安装于基座上的压电发电片，所述压电发电片(12)包括同极性且共负极并排设置于基座(11)上的至少一片压电陶瓷发电片，并且所述压电发电片(12)的外层设置有抗腐蚀材料制成的防护层(13)，所述防护层(13)将所述压电发电片(12)完全封闭在内；并且任意相邻的两个发电装置的基座(11)底部之间设置有间隙(2)，所述间隙(2)底部设置有电气连接相邻两个发电装置的导电装置(3)；
所述储能系统包括电气连接的输入接口、储能电路和供电接口，所述输入接口连接于所述发电系统，所述储能系统还包括电气连接的整流电路、保护电路、升压电路；
所述整流电路的输入端连接于输入接口，所述整流电路的输出端分别并联于保护电路的输入端、升压电路的输入端和储能电路的输入端；
所述保护电路的输出端连接于所述升压电路的控制端；
所述升压电路的输出端连接于供电接口。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述升压电路包括升压芯片和放大电路；
所述升压芯片的输入端连接于所述整流电路的输出端，升压芯片的控制端连接于所述放大电路的输出端，升压芯片的输出端连接于所述供电接口；
所述放大电路的输入端连接于所述保护电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述升压芯片还包括反馈端，所述反馈端连接于所述放大电路的输入端。
4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述放大电路包括三极管Q1和Q2；
所述三极管Q1的基极通过负载R4连接于所述升压芯片的反馈端，集电极连接于所述保护电路的输出端；
所述三极管Q2的基极连接于所述三极管Q1的发射极，集电极直接连接于所述升压芯片的控制端，并且通过R3连接于升压芯片的反馈端；
并且，所述三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极通过负载R1连接。
5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述储能电路包括电容C1、C2、C3、C4和电感L1；
所述电容C1的正极连接于所述整流电路的输出端，负极接地；
所述电容C2的正极连接于所述保护电路的输出端，负极接地；
所述电容C3的正极连接于所述升压电路的输入端，负极接地；
所述电容C4的正极连接于所述升压芯片的输出端，负极接地；
所述电感L1的输入端连接于所述升压电路的输入端，电感L1的输出端连接于供电接口。
6.根据权利要求5所述的供电系统，其特征在于，所述升压芯片的输出端与电感L1的输出端同时通过变阻器R2连接于供电接口。
7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于，所述升压芯片的输出端、电感L1的输出端与变阻器R2之间还连接有保护二极管D4。
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