CN108923684A - 基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，发电模块阵列连接整流滤波装置，整流滤波装置将来自压电陶瓷片的不稳定电流升压，调整波形，再通过电容进行储存，电容与稳压充电装置的稳压充电电路连接，对储能装置的蓄电池进行充电，控制器对储能装置的充放电进行控制，再供给建筑用电。本发明直接通过压电陶瓷片利用风能发电，在建筑四周墙壁可用区域布置由压电陶瓷片组成的模块，当有风吹过建筑墙面即可进行发电，系统将电能储存起来，再将电能用于建筑电负荷。即使是风速较小，压电陶瓷片也能发电，而且只要风速发生变化，压电陶瓷片就能产生电流。本发明充分利用风能的特点，另外，本发明提出的系统中无转动部件，避免了轴承磨损及相应的维护工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种风能利用发电系统，尤其是一种利用压电陶瓷的压电效应，在建筑外墙利用风能进行发电的风力发电系统。
技术背景
风能作为清洁能源目前已被广泛利用，各种风力发电机的原理是将风的动能转化为风机叶片旋转的动能，叶轮再通过变速装置带动发电机进行发电。风机发出的电能经过直交流转换后进入电网，或者对蓄电池进行充电。但只有当风速大于风机的启动风速，风机才能转动并发电。城市里由于建筑物阻挡等因素，通常风速较低，当风速为微风时，风机无法启动。因此，在城市里利用风机发电效率较低，一部分风能未能充分利用。
压电效应最早于1880年由法国物理学家P·居里和J·居里发现。如果没有外力作用，压电材料内部正、负两种电荷对称分布分离开，整体上晶体呈现电中性。而当晶体在机械应力作用下，对称性被打乱，内部将产生电极化状态的变化，同时在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场作用,只是由于应变或者应力作用而在晶体表面产生电荷的现象,称为压电效应。
如果将压电材料应用到风力发电中，让自然风作用在压电材料上使其发生形变，将风的动能转化成压电材料产生的电能，即使在微风的情况下也能发电，可以对风能进行更充分的利用。系统发出的电可以存储起来，并用于满足建筑的部分能源需求，减少建筑从电网购电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统装置，在建筑外墙利用风能进行发电的风力发电系统，以解决上述技术背景中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，包括布置在建筑墙壁的由压电陶瓷片组成的发电模块阵列、整流滤波装置、稳压充电装置、储能装置、以及控制器；发电模块阵列连接整流滤波装置，整流滤波装置将来自压电陶瓷片的不稳定电流升压，调整波形，再通过电容进行储存，电容与稳压充电装置的稳压充电电路连接，对储能装置的蓄电池进行充电，控制器连接稳压充电装置、储能装置和负载，对储能装置的充放电进行控制，再供给建筑用电。
所述发电模块阵列由若干发电模块通过串联或并联的方式组成，相邻的两个发电模块之间间隔一定的距离，避免前排的发电模块对后排发电模块造成影响，且相邻的两个发电模块交错排列。
所述发电模块由若干压电陶瓷片以一定距离并排安装在预留有空隙的长方形基座上，并通过导线将长方形的基座上的压电陶瓷片连接起来而组成。
所述长方形基座两端设有螺丝孔，并通过螺丝固定在建筑外墙四周受风区域。
本发明的有益效果是：在现有技术中没有将压电陶瓷片应用于建筑外墙受风区域、利用自然风进行发电的系统，本发明直接通过压电陶瓷片利用风能发电，在建筑四周墙壁可用区域布置由压电陶瓷片组成的模块，当有风吹过建筑墙面即可进行发电，系统以一定方式将电能储存起来，再将电能用于建筑电负荷。即使是风速较小，压电陶瓷片也能发电，而且只要风速发生变化，压电陶瓷片就能产生电流。自然界的风速都是变化的，因此本发明充分利用风能的特点。另外，本发明提出的系统中无转动部件，避免了轴承磨损及相应的维护工作。
附图说明
图1为压电陶瓷片布置在基座上的示意图；
图2为相邻发电模块基座布置示意图；
图3为布置在墙壁上的压电陶瓷模块阵列示意图；
图4为基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明的基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，该系统的主要部分为压电陶瓷阵列发电系统。图1所示为最小的发电模块，该发电模块包括五片压电陶瓷1和长方形的基座2,在基座2的两端设置定位孔3，可以通过螺丝等紧固装置将发电模块固定到建筑外墙上，这样的发电模块作为最小的发电单位方便操作安装，在基座2的一端有该发电模块的总线接口4，用于将所有的发电模块连接起来组成发电部分。在布置方式上，考虑到对风能的合理利用，两个发电模块之间保持一定的距离避免前排的模块对后排造成影响，且相邻模块基座要交错排列，如图2所示。整个发电部分在建筑外墙7布置的效果如图3所示，当有风吹拂墙壁则会带动墙壁上的陶瓷片发生形变从而产生电流。图4所示为整体系统图，在建筑墙壁四周可用部分布置压电陶瓷的发电模块阵列5，以基本发明模块为单位竖直向下布满墙壁，再将其全部并联起来汇集到总线，将总线接入布置在建筑内部的滤波整流控制箱，控制箱中有滤波整流电路用于提升电压供给电容6，电容6再通过充电电路对储能系统进行充电。储能系统为蓄电池，控制器控制蓄电池放电用于城市建筑外墙夜景灯光或者其他用电设施。
Claims (4)
1.一种基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，包括布置在建筑墙壁的由压电陶瓷片组成的发电模块阵列、整流滤波装置、稳压充电装置、储能装置、以及控制器，其特征在于：所述发电模块阵列连接整流滤波装置，整流滤波装置将来自压电陶瓷片的不稳定电流升压，调整波形，再通过电容进行储存，电容与稳压充电装置的稳压充电电路连接，对储能装置的蓄电池进行充电，控制器连接稳压充电装置、储能装置和负载，对储能装置的充放电进行控制，再供给建筑用电。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述发电模块阵列由若干发电模块通过串联或并联的方式组成，相邻的两个发电模块之间间隔一定的距离布置，避免前排的发电模块对后排发电模块造成影响，且相邻的两个发电模块交错排列。
3.根据权利要求2所述的基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述发电模块由若干压电陶瓷片以一定距离并排安装在预留有空隙的长方形的基座上，并通过导线将长方形的基座上的压电陶瓷片连接起来而组成。
4.根据权利要求3所述的基于压电陶瓷的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述长方形的基座两端设有螺丝孔，并通过螺丝固定在建筑外墙四周受风区域。
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