CN108750107A - 一种全天候不间断自供电能源系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全天候不间断自供电能源系统及其应用，该全天候不间断自供电能源系统包括柔性薄膜太阳能电池和柔性固态离子电池，其中，柔性薄膜太阳能电池用于通过吸收太阳能和借助摩擦机械能进行发电；柔性薄膜太阳能电池与柔性固态离子电池电性连接，以用于向柔性固态离子电池充电，进而通过柔性固态离子电池为用电设备供电。通过以上方式，本发明全天候不间断自供电能源系统，适用性强，不受限于外界复杂天气环境的影响，可充分转化利用自然能源，实现全天候不间断自供能源。另外，其可应用于各种用电设备，从整体上减轻产品设备质量，且可进行可折叠设计，便于携带和存放。
Description
技术领域
本发明涉及能源供给技术领域，具体涉及一种全天候不间断自供电能源系统。
背景技术
世界能源日趋枯竭，人们把目光逐渐瞄向太阳能。太阳能是一种绿色﹑环保﹑安全﹑取之不尽的清洁可再生能源，日益受到人们的关注，且现已得到较为广泛的应用。例如目前较为普遍的太阳能电池，太阳能电池在接受太阳光照射后，可将太阳能转化为电能，以供用电设备使用，可实现将太阳能这一可再生、清洁能源的直接转化利用。但是，现有的太阳能利用都存在太单一的缺点，由于受到天气阴晴下雨等复杂环境的影响，用电设备经常不能得到可持续的电源供应。
例如，近年来，随着科学技术的发展，无人机已从军事领域扩展到民用领域，尤其是被广泛应用于民用领域的农业、林业、电力、安防等方面。起初无人机基本是以锂电池、染料电池等作为燃料进行供电，但由于受限于无人机的设计尺寸，无人机所携带的能源是有限的，从而会影响无人机的航程和任务要求。随着太阳能电池的产生和发展，太阳能无人机已成为未来无人机的发展方向，但如果单纯采用太阳能电池进行供电，由于受到外界复杂天气环境的影响，无人机经常不能得到可持续的电源供应，进而会降低太阳能无人机的适应性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种全天候不间断自供电能源系统及其应用，该自供电能源系统适应性强，不受限于外界复杂天气环境的影响，可充分转化利用太阳能、风力和雨水击打摩擦等自然能源，实现全天候不间断自供能源，不依赖于外部能源。
本发明所采用的技术方案是：一种全天候不间断自供电能源系统，包括柔性薄膜太阳能电池和柔性固态离子电池，所述柔性薄膜太阳能电池用于通过吸收太阳能和借助摩擦机械能进行发电，所述柔性薄膜太阳能电池与所述柔性固态离子电池电性连接，以用于向所述柔性固态离子电池充电，进而通过所述柔性固态离子电池为用电设备供电。
根据本发明一具体实施例，所述柔性固态离子电池包括柔性聚合物衬底、正极薄膜层、固态聚合物电解质、负极薄膜层和集流体薄膜层，所述柔性聚合物衬底上覆盖集流体薄膜层，集流体薄膜层上覆盖正极薄膜层，正极薄膜层上覆盖固态聚合物电解质，固态聚合物电解质上覆盖负极薄膜层。
根据本发明一具体实施例，所述柔性聚合物衬底包括聚酰亚胺、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸类中的任一种或多种聚合物衬底。
根据本发明一具体实施例，所述固态聚合物电解质包括聚磷腈和聚环氧乙烷的共聚物、聚苯乙烯和聚环氧乙烷的共聚物、聚对苯二胺和聚环氧乙烷的共聚物、聚环氧乙烷、聚氧化丙烯、聚乙烯醇中的一种或多种。
根据本发明一具体实施例，所述柔性薄膜太阳能电池包括多晶硅太阳能电池﹑非晶硅太阳能电池﹑铜铟嫁锡太阳能电池﹑碲化鉻太阳能电池﹑有机太阳能电池﹑钙钛矿太阳能电池﹑铜锌锡硫太阳能电池﹑量子点太阳能电池中的一种或多种。
根据本发明一具体实施例，所述柔性薄膜太阳能电池包括由上至下依序叠置的功能薄膜层、柔性衬底、电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属电极。
根据本发明一具体实施例，所述柔性衬底包括柔性聚合物衬底、铜片衬底、不锈钢衬底或金属箔衬底。
根据本发明一具体实施例，所述柔性聚合物衬底包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸聚合物薄膜。
上述全天候不间断自供电能源系统可应用于各种用电设备，如无人机等。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种全天候不间断自供电能源系统及其应用，该全天候不间断自供电能源系统通过将柔性薄膜太阳能电池与柔性固态离子电池相结合以为用电设备提供能源需求。其中，柔性薄膜太阳能电池可通过吸收太阳能和利用摩擦机械能进行发电，而后向柔性固态离子电池充电，柔性固态离子电池存储电能，以为用电设备供电。具体地，在晴天状态下，可利用太阳能进行发电，而在刮风和/或下雨天气也可借助风力、雨水打击摩擦进行发电，发电产生的电能可存储于柔性固态离子电池中，当发电量大于用电设备工作时的能源需求时，可将多余的电能存储于柔性固态离子电池内，以供用电设备在其他时候工作所用，从而可最大化地利用柔性薄膜太阳能电池所产生的电能，使其不受限于天气阴晴下雨等复杂环境的影响。另外，其中的柔性薄膜太阳能电池和柔性固态离子电池质量轻便、可折叠，将该全天候不间断自供电能源系统应用于用电设备，可减轻产品设备整体质量，且可根据设备的结构进行可折叠设计，便于携带和存放。
综上，本发明全天候不间断自供电能源系统，适用性强，不受限于外界复杂天气环境的影响，可充分转化利用自然能源，实现全天候不间断自供能源，不依赖于外部能源。另外，其可应用于各种用电设备，从整体上减轻产品设备质量，且可进行可折叠设计，便于携带和存放。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1是本发明全天候不间断自供电能源系统一应用实施例的结构示意图；
图2是图1所示全天候不间断自供电能源系统的应用实施例中柔性薄膜太阳能电池的结构示意图；
图3是图1所示全天候不间断自供电能源系统的应用实施例中柔性固态离子电池的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分理解本发明的目的、方案和效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对图中本发明各组成部分相互位置关系来说的，而术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种全天候不间断自供电能源系统，具体包括柔性薄膜太阳能电池和柔性固态离子电池，其中，柔性薄膜太阳能电池用于通过吸收太阳能和借助摩擦机械能进行发电，柔性薄膜太阳能电池与柔性固态离子电池电性连接，以用于向柔性固态离子电池充电，进而通过柔性固态离子电池为用电设备供电。该电能源系统通过将柔性薄膜太阳能电池与柔性固态离子电池结合，可不受外界复杂天气环境的影响，充分利用太阳能、风力和雨水打击摩擦机械能等自然能源进行发电，不依赖于外部能源，可实现全天候不间断自供能源。
本发明全天候不间断自供电能源系统应用范围广泛，可适用于各种用电设备，例如，可将本发明全天候不间断自供电能源系统应用于无人机，制成全天候太阳能无人机。具体请参阅图1、图2和图3，图1是本发明全天候不间断自供电能源系统一应用实施例的结构示意图，具体为一全天候太阳能无人机；图2是图1所示全天候不间断自供电能源系统的应用实施例中柔性薄膜太阳能电池的结构示意图；图3是图1所示全天候不间断自供电能源系统的应用实施例中柔性固态离子电池的结构示意图。
如图1所示，本实施例全天候太阳能无人机，其具体包括机身10、机翼20、柔性薄膜太阳能电池30、柔性固态离子电池40、机头50和机尾60。其中，柔性薄膜太阳能电池30可折叠设于无人机的外表面，用于通过吸收太阳能和借助摩擦机械能(如风力、雨水打击摩擦机械能等)进行发电；柔性固态离子电池40与柔性薄膜太阳能电池30电性连接，以用于柔性薄膜太阳能电池30向柔性固态离子电池40充电，柔性固态离子电池40存储电能，进而为无人机供电。
如图1所示，在本实施例中，柔性薄膜太阳能电池30可折叠设于无人机的机身10、机翼20、机头50和机尾60上表面，易于太阳照射，以将太阳能转换为电能，且可借助刮风天气和飞行过程中的风力摩擦及下雨天气的雨水打击摩擦等摩擦机械能进行发电。柔性固态离子电池40可折叠设于无人机的机身10、机翼20、机头50和机尾60下表面。机身10、机翼20、机头50和机尾60上表面的柔性薄膜太阳能电池30通过吸收太阳能以后将其转换为电能，以及利用风力、雨水打击等摩擦机械能发电产生电能，进而向机身10、机翼20、机头50和机尾60下表面的柔性固态离子电池40充电，柔性固态离子电池40存储电能，以为无人机进行供电。其中，柔性薄膜太阳能电池30可折叠设计，可最大有效面积的利用太阳能，柔性固态离子电池40也可采用可折叠设计，可最大能量存储面积存储能量；并且通过可折叠的方式，可便于产品无人机的携带和存放。
柔性薄膜太阳能电池30同时设于无人机的机身10、机翼20、机头50和机尾60的上表面，可充分利用太阳能、风力和雨水打击摩擦机械能等自然能源以进行发电。当然，柔性薄膜太阳能电池30不限于同时设在无人机的机身10、机翼20、机头50和机尾60上表面，也可单独设于机身10、机翼20、机头50或机尾60的上表面，或设于无人机外表面上的其他位置，使可接受太阳光照射，以吸收太阳能并将其转换为电能，及借助风力、雨水打击等摩擦机械能进行发电。而柔性固态离子电池40主要起储能以为无人机供电的作用，柔性固态离子电池40也不限于同时设于无人机机身10、机翼20、机头50和机尾60的下表面，也可单独设于其中的某个位置，或根据实际要求设于无人机外表面上的其他位置，当然，也可设于无人机内部。
柔性薄膜太阳能电池30可包括多晶硅太阳能电池﹑非晶硅太阳能电池﹑铜铟嫁锡太阳能电池﹑碲化鉻太阳能电池﹑有机太阳能电池﹑钙钛矿太阳能电池﹑铜锌锡硫太阳能电池﹑量子点太阳能电池中的一种或多种。
如图2所示，柔性薄膜太阳能电池30包括由上至下依序叠置的功能薄膜层31、柔性衬底32、电子传输层33、光活性层34、空穴传输层35和金属电极36。其中，功能薄膜层31可将摩擦机械能转化为电能，使得无人机可利用风力、雨水打击等摩擦进行发电。柔性衬底32是金属电极36和有机薄膜层的依托，它在可见光区域有着良好的透光性能，有一定的防水汽和氧气渗透的能力，有较好的表面平整性。该柔性衬底32具体可为柔性聚合物衬底、铜片衬底、不锈钢衬底或金属箔衬底；其中，柔性聚合物衬底包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸等聚合物薄膜。柔性薄膜太阳能电池30采用柔性结构设置，轻便可折叠，增强其装设的灵活性，具体可根据无人机的实际结构等情况灵活装设柔性薄膜太阳能电池30。
如图3所示，柔性固态离子电池40包括柔性聚合物衬底41、正极薄膜层42、固态聚合物电解质43、负极薄膜层44和集流体薄膜层45，柔性聚合物衬底41上覆盖集流体薄膜层45，集流体薄膜层45上覆盖正极薄膜层42，正极薄膜层42上覆盖固态聚合物电解质43，固态聚合物电解质43上覆盖负极薄膜层44。其中，柔性聚合物衬底41包括聚酰亚胺、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸类中的任一种或多种聚合物衬底，固态聚合物电解质43包括但不限于聚磷腈和聚环氧乙烷的共聚物、聚苯乙烯和聚环氧乙烷的共聚物、聚对苯二胺和聚环氧乙烷的共聚物、聚环氧乙烷、聚氧化丙烯、聚乙烯醇中的任一种或多种。柔性固态离子电池40采用以上柔性结构设置，质量轻便、可折叠，且其中电解质采用固态聚合物电解质43，使用周期长，安全可靠，可避免以往采用液态电解质使用时间长后液态电解质易泄露的问题。
本实施例全天候太阳能无人机利用本发明全天候不间断自供电能源系统，通过柔性薄膜太阳能电池30与柔性固态离子电池40相结合的方式以为无人机的工作飞行供能，可实现全天候不间断自供能飞行，不依赖于外部能源，也不受限于天气阴晴下雨等复杂环境的影响，适应性强，可实现全天候、长距离自主飞行，适于军用和民用。
除此之外，也可将本发明全天候不间断自供电能源系统应用于其他用电设备，以通过该自供电能源系统为其提供全天候不间断供电。其中，柔性薄膜太阳能电池和柔性固态离子电池的结构和设置类似于以上全天候太阳能无人机，当然也可根据具体用电设备的结构进行设置。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，包括柔性薄膜太阳能电池和柔性固态离子电池，所述柔性薄膜太阳能电池用于通过吸收太阳能和借助摩擦机械能进行发电，所述柔性薄膜太阳能电池与所述柔性固态离子电池电性连接，以用于向所述柔性固态离子电池充电，进而通过所述柔性固态离子电池为用电设备供电。
2.根据权利要求1所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述柔性固态离子电池包括柔性聚合物衬底、正极薄膜层、固态聚合物电解质、负极薄膜层和集流体薄膜层，所述柔性聚合物衬底上覆盖集流体薄膜层，集流体薄膜层上覆盖正极薄膜层，正极薄膜层上覆盖固态聚合物电解质，固态聚合物电解质上覆盖负极薄膜层。
3.根据权利要求2所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述柔性聚合物衬底包括聚酰亚胺、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸类中的任一种或多种聚合物衬底。
4.根据权利要求2所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述固态聚合物电解质包括聚磷腈和聚环氧乙烷的共聚物、聚苯乙烯和聚环氧乙烷的共聚物、聚对苯二胺和聚环氧乙烷的共聚物、聚环氧乙烷、聚氧化丙烯、聚乙烯醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述柔性薄膜太阳能电池包括多晶硅太阳能电池﹑非晶硅太阳能电池﹑铜铟嫁锡太阳能电池﹑碲化鉻太阳能电池﹑有机太阳能电池﹑钙钛矿太阳能电池﹑铜锌锡硫太阳能电池﹑量子点太阳能电池中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述柔性薄膜太阳能电池包括由上至下依序叠置的功能薄膜层、柔性衬底、电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属电极。
7.根据权利要求6所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述柔性衬底包括柔性聚合物衬底、铜片衬底、不锈钢衬底或金属箔衬底。
8.根据权利要求7所述的全天候不间断自供电能源系统，其特征在于，所述柔性聚合物衬底包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸聚合物薄膜。
9.根据权利要求1至8任一项所述全天候不间断自供电能源系统在用电设备中的应用。
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