CN110492776A - 风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,由多个风光协同驱动微型多重能量采集发电机有序排列构成；风光协同驱动微型多重能量采集发电机，主要包括：风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、智能控制器、传感器、蓄电池及电路、逆变器、发电机轴芯、轴芯外旋转层、多重能量采集发电机框架、内旋转框架、外旋转弹性框架、弹性支撑杆；光伏电池复合风叶片发电器阵列为多个光伏电池复合风叶片发电器呈圆形风扇叶形态分布并构成能够旋转的扇形阵列；光伏电池复合风叶片发电器包括光伏电池A和风叶片；光伏电池A复合在风叶片上迎太阳光面的表面，构成复合结构。
Description
技术领域
本发明属于太阳能与风能开发应用技术领域，更具体地涉及风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机。
背景技术
能源是经济和社会发展的重要物质基础，大力发展可再生能源是解决当前能源供应不足、缓解环境压力的重要途径。可再生能源是指除常规石化能源、大中型水利发电、核电之外的风能、太阳能、生物质能、地热能、潮汐能和小型水利发电等能源；可再生能源具有清洁、丰富、可再生等优点，是能源利用的重点发展方向。在新能源中太阳能是地球取之不尽、用之不竭的能源之一；近年来，太阳能光伏发电取得了较快的进展；特别是纳米科学和材料科学的快速发展，导致光子能量转换原理革新、光电性能提高和材料价格下降，这些将会对新能源技术的发展起到进一步的推动作用。
当前，如何进一步提高太阳能的利用效率，如何进一步利用丰富的风能资源，特别是如何采集利用弱小风能，如何采集利用阴雨天的弱太阳光能量，如何将太阳能利用与风能利用进一步有机结合来提高能量转化率，这些问题有待人们去解决。
发明内容
针对当前太阳能与风能利用效率偏低等一系列问题，本发明提供一种风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机，以提高太阳能与风能利用的效率。
本发明提供一种风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,由多个风光协同驱动微型多重能量采集发电机有序排列构成；所述风光协同驱动微型多重能量采集发电机，主要包括：风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、智能控制器、传感器、蓄电池及电路、逆变器、发电机轴芯、轴芯外旋转层、多重能量采集发电机框架、内旋转框架、外旋转弹性框架、弹性支撑杆；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列由多个风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器有序排列构成；所述光伏电池复合风叶片发电器阵列为多个光伏电池复合风叶片发电器呈圆形风扇叶形态分布并构成能够旋转的扇形阵列；所述光伏电池复合风叶片发电器包括光伏电池A和风叶片；所述光伏电池A复合在风叶片上迎太阳光面的表面，并构成复合结构；所述风叶片的一端固定装配在轴芯外旋转层上；在风力作用下，轴芯外旋转层能够围绕发电机轴芯进行旋转；所述风叶片的另一端固定装配在内旋转框架的内侧；在风力作用下，轴芯外旋转层、多个风叶片和内旋转框架共同形成整体联动旋转结构，并整体围绕发电机轴芯进行旋转；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器装配在外旋转弹性框架的内侧面；所述外旋转弹性框架的外侧面通过弹性支撑杆与多重能量采集发电机框架相连接固定；在风力作用下，外旋转弹性框架与弹性支撑杆能够产生协同弹性振动效应；所述光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器固定装配在多重能量采集发电机框架的朝向太阳光面上；所述传感器装配在多重能量采集发电机框架内；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、传感器、蓄电池、逆变器均与智能控制器相连接；所述逆变器连接交流负载；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、传感器、智能控制器均通过电路与蓄电池相连接。
上述方案中，所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器，包括：内微纳米旋转摩擦材料层、外微纳米旋转摩擦材料层、内电极层、外电极层；所述内微纳米旋转摩擦材料层的下侧面与内电极层的一侧面相连接；所述内电极层的另一侧面与内旋转框架相连接；所述外微纳米旋转摩擦材料层的下侧面与内微纳米旋转摩擦材料层的上侧面相对应，并构成微纳米旋转摩擦结构；所述外微纳米旋转摩擦材料层的上侧面与外电极层的一面相连接；所述外电极层的另一面与外旋转弹性框架的一面相连接；所述内电极层和外电极层通过引出导线及电路与蓄电池相连接。
上述方案中，所述光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器，包括：光伏驱动纳米荧光波导发电器、风致振动驱动压电发电器、连接固定框；所述光伏驱动纳米荧光波导发电器和风致振动驱动压电发电器通过连接固定框连接；所述光伏驱动纳米荧光波导发电器包括：石墨烯吸收层、组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层、反射层、光伏电池B；所述组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层为将纳米颗粒分散于荧光光波转换型光波导层中构成的结构；所述石墨烯吸收层的一面朝向太阳光，其另一面连接组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层的一面；所述组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层的另一面连接反射层的一面；所述反射层的另一面连接多重能量采集发电机框架；所述光伏电池B装配在组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层的侧面；所述风致振动驱动压电发电器包括：压电发电层、弹性层、上电极层、下电极层、封装层；所述风致振动驱动压电发电器装配在多重能量采集发电机框架的另一面；所述多重能量采集发电机框架的另一面与风致振动驱动压电发电器的弹性层的一面相连接；所述弹性层的另一面与上电极层的一面相连接；所述上电极层的另一面与压电发电层的一面相连接；所述压电发电层的另一面与下电极层的一面相连接；所述下电极层的另一面与封装层相连接；所述连接固定框的一面连接石墨烯吸收层；所述连接固定框的另一面连接封装层；所述上电极层和下电极层通过引出导线及电路与蓄电池相连接。
上述方案中，所述内微纳米旋转摩擦材料层和外微纳米旋转摩擦材料层的材料采用的材料为两种不相同的高分子聚合物材料,或分别采用高分子聚合物材料和金属材料；采用的两种不相同的高分子聚合物材料或高分子聚合物材料/金属材料，分别带上等量的异种电荷；所述高分子聚合物材料或金属材料，的表面进行微纳米结构化处理；所述微纳米结构化处理的方式为：在高分子聚合物材料或金属材料的表面采用下列方法之一进行处理：干法蚀刻、湿法刻蚀、光刻蚀、电感耦合等离子体反应离子刻蚀、组装微纳米线阵列或微纳米棒阵列。
上述方案中，所述组装纳米颗粒的光波转换型光波导层中的纳米颗粒的尺寸大小为1nm-100nm；所述纳米颗粒吸收太阳光谱后经所述组装纳米颗粒的光波转换型光波导层发射的转换波长与光伏电池B的有效吸收波长相匹配对应，能够提高光伏电池B的光电转换效率；所述纳米颗粒采用纳米无机发光颗粒、纳米有机发光颗粒、纳米复合发光颗粒、纳米离子聚合物发光颗粒和纳米上转换发光颗粒中的一种或几种。
上述方案中，所述组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层中的荧光光波转换材料采用有机荧光染料材料、量子点荧光材料、纳米长余辉荧光材料、稀土荧光材料、各向异性荧光材料中的任一种或几种。
上述方案中，光伏电池A和光伏电池B的结构相同，所述光伏电池A和光伏电池B均包括：若干个负电极、防反射涂层、N型硅电子层、P型硅电子层、正电极、负载；所述负电极的一面与N型硅电子层的一面相连接；相邻的负电极之间设有防反射涂层；所述防反射涂层与N型硅电子层的一面相连接；所述N型硅电子层的另一面与P型硅电子层的一面相连接；所述P型硅电子层的另一面与正电极的一面相连接；所述正电极的另一面与风叶片相连接；所述负载与正电极和负电极相连接；所述正电极和负电极还通过电路与蓄电池相连接；所述光伏电池A和光伏电池B将光伏发电产生的发电量通过整流电路及器件输进蓄电池存储。
上述方案中，所述光伏电池A和光伏电池B采用单晶硅太阳光伏电池、多晶硅太阳光伏电池、二氧化钛太阳光伏电池、导电氧化物太阳光伏电池、微晶硅太阳光伏电池或薄膜太阳能电池中的任一种；所述薄膜太阳能电池包括：有机聚合物太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池；所述蓄电池包括：超级电容；所述电路包括：整流电路及相关器件。
上述方案中，压电发电层采用聚偏氟乙烯压电薄膜、锆钛酸铅压电薄膜、锆钛酸铅压电陶瓷、氮化铝压电材料、氧化锌压电材料、硅基氮化铝压电材料、复合压电材料或柔性压电纳米发电机(PENG)中的任一种；所述柔性压电纳米发电机(PENG)通过在外力作用下，破坏晶体结构的中心对称性，形成压电势。
上述方案中，所述外旋转弹性框架的弹性材料和弹性支撑杆采用：高可拉伸全碳气凝胶弹性体、PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)弹性体和弹簧体中的任一种；所述弹性层采用：胶带弹性层或弹性薄膜中的任一种。
上述方案中，所述石墨烯吸收层采用石墨烯薄膜层、石墨烯涂层、氧化石墨烯薄膜或石墨烯复合材料层中的任一种；所述传感器采用风力传感器、风向传感器、振动传感器和太阳光强度传感器中的任一种或多种。
本发明风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机的工作过程如下：
智能控制器发出启动风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机的工作指令，传感器将检测的风力大小及方向或太阳光照射强度等数据信息传送给智能控制器；风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列开始工作，在风力作用下，光伏电池复合风叶片发电器阵列围绕发电机轴芯进行旋转，并带动内旋转框架进行旋转；由于外微纳米旋转摩擦材料层的下侧面与内微纳米旋转摩擦材料层的上侧面相对应，所以内微纳米旋转摩擦材料层与外微纳米旋转摩擦材料层之间产生微纳米旋转摩擦发电效应；由于内微纳米旋转摩擦材料层与外微纳米旋转摩擦材料层分别采用两种不相同的聚合物材料或分别采用高分子聚合物材料和金属材料，其两种不相同的材料背面镀有金属电极层，当两种不相同的材料表面接触紧密的时候，由于摩擦电极性的差别，两个接触面表面会带上等量异号的摩擦电荷。由于风力驱动旋转运动和振动产生协同作用，两种材料接触面产生瞬间分离时，其平面内未被屏蔽的摩擦电荷将产生电场，从而使得外电极层拥有更高的电势，内电极层拥有较低的电势；在电势差的驱使下，电子从外电极层流到内电极层以抵消摩擦电荷的静电电势差。当内微纳米旋转摩擦材料层与外微纳米旋转摩擦材料层在振动外力作用下再次发生重合时，由于电势差的减小，内电极层的电子将返回到外电极层。如此反复，风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列将输出交流的电脉冲信号，从而实现发电效应；由于风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列的旋转摩擦面具有微纳米表面结构，具有很大的比表面积，因此能够增加风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列表面的摩擦接触面积，进而能够提高风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列的发电效率，并改善其发电输出性能。由于在外微纳米旋转摩擦材料层采用了弹性材料，并与弹性支撑杆相结合，增强了风力驱动条件下外微纳米旋转摩擦材料层的旋转与弹性振动协同效果，使内微纳米旋转摩擦材料层与外微纳米旋转摩擦材料层之间能够产生旋转摩擦、振动摩擦接触与分离效果，优化提高了旋转摩擦发电性能。风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列通过整流电路及器件将微纳米旋转摩擦产生的发电量输进蓄电池存储。
光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器开始工作，由于在组装纳米颗粒的光波转换型光波导层内有纳米颗粒，其尺寸大小为1nm-100nm；纳米颗粒吸收太阳光后经组装纳米颗粒的光波转换型光波导层发射的转换波长，与光伏电池B的有效吸收波长相匹配对应；组装纳米颗粒的光波转换型光波导层，能够针对太阳光中部分光波直接产生丁达尔散射效应，这部分直接散射光能够被光伏电池B有效吸收；由于组装纳米颗粒为纳米发光颗粒，纳米颗粒能够吸收另一部分光伏电池B不能直接吸收的波长光，将利用这部分光作为纳米颗粒的激发光谱，从而纳米颗粒产生的发射光谱是被转换为光伏电池B能够吸收的波长光谱，因此太阳光的不同波段光谱得到更多的吸收利用，光伏电池B的光伏发电效率得到很大的提高；组装纳米颗粒的光波转换型光波导层具有丁达尔散射效应和荧光波长转换效应的双重光叠加利用效应作用，实现了对太阳光的有效聚集利用与增强效应，提高了光伏电池B的光电转换效率。将光伏电池B与风致振动型压电发电器件相结合，并构成一体化整体结构，不仅可以充分利用太阳光伏发电效应，还能够充分利用风致振动或气流通过产生的弱小振动来驱使产生压电发电效应，因此具有双重发电功能效应。光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器能够通过整流电路及器件将产生的发电量输进蓄电池存储。
光伏电池复合风叶片发电器阵列开始工作，由于光伏电池复合风叶片发电器采用光伏电池A复合在风叶片的迎太阳光面表面，并构成复合结构；光伏电池A能够将光伏发电产生的发电量通过整流电路及器件输进蓄电池存储。
本发明的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机具有以下有益效果：
(1)本发明采用风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列，共同构成风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机；充分采集太阳能、风能和振动能作为发电的驱动能源，其协同作用提高了风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机整体发电效率。
(2)本发明的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机由多个风光协同驱动微型多重能量采集发电机有序排列构成，能够采集在不同的空间区间的随机瞬间微风小能量，使之驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器产生发电效应，提高了风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机的发电工作效率。
(3)本发明采用的内微纳米旋转摩擦材料层、外微纳米旋转摩擦材料层、弹性材料层、弹性支撑杆，增强了风力驱动条件下外微纳米旋转摩擦材料层的旋转弹性振动效果，使内微纳米旋转摩擦材料层与外微纳米旋转摩擦材料层之间能够产生旋转摩擦、振动摩擦以及接触与分离效果，优化提高了旋转摩擦发电性能；同时在摩擦材料表面采用了微纳米结构，具有很大的比表面积，因此能够增加风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列表面的摩擦接触面积，进而能够提高风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列的发电效率，并改善其发电输出性能。
(4)本发明的光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器采用组装纳米颗粒的光波转换型光波导层，组装纳米颗粒的光波转换型光波导层能够将光伏电池能够吸收的部分波长光谱通过丁达尔散射效应传输给光伏电池发电；而纳米颗粒能够将光伏电池B不能吸收的波长光谱作为激发光谱，并转换为发射光谱来作为光伏电池B能够吸收的光谱；因此组装纳米颗粒的光波转换型光波导层具有波长转换效应和丁达尔散射效应的双重光叠加效应，实现对太阳光的有效聚集利用与增强效应，特别是提高了对阴雨天弱太阳光的采集利用，提高了光伏电池B的光电转换效率。将光伏电池B与风致振动型压电发电器件相结合，并构成一体化整体结构，不仅可以充分利用太阳光伏发电效应，还能够充分利用风致振动或气流通过产生的振动来驱使产生压电发电效应，因此具有双重发电效应。
附图说明
图1是本发明的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机的结构框图及工作过程示意图；
图2是本发明的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机的主要结构示意图；
图3是本发明的风光协同驱动微型多重能量采集发电机的结构示意图；
图4是本发明的光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器的结构示意图；
图5是本发明的光伏电池复合风叶片发电器的结构与工作原理示意图。
图中：风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机-1、风光协同驱动微型多重能量采集发电机-2、风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列-3、风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器-3a、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器-4、光伏电池复合风叶片发电器阵列-5、光伏电池复合风叶片发电器-5a、智能控制器-6、传感器-7、蓄电池-8、逆变器-9、发电机轴芯-10、轴芯外旋转层-11、多重能量采集发电机框架-12、风叶片-13、内旋转框架-14、外旋转弹性框架-15、弹性支撑杆-16、内微纳米旋转摩擦材料层-17、外微纳米旋转摩擦材料层-18、内电极层-19、外电极层-20、光伏驱动纳米荧光波导发电器-21、风致振动驱动压电发电器-22、连接固定框-23、石墨烯吸收层-24、组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层-25、反射层-26、光伏电池B-27、纳米颗粒-28、多重能量采集发电机框架基板-29、压电发电层-30、弹性层-31、上电极层-32、下电极层-33、封装层-34、光伏电池A-35、负载-36、负电极-37、防反射涂层-38、N型硅电子层-39、P型硅电子层-40、正电极-41、荧光光波转换型光波导层-42。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例：
本实施例：本发明的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机的结构框图及工作过程示意图见图1，风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机1的主要结构示意图见图2，风光协同驱动微型多重能量采集发电机2的结构示意图见图3，光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4的结构示意图见图4，光伏电池复合风叶片发电器5a的结构与工作原理示意图见图5。
风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机1由多个风光协同驱动微型多重能量采集发电机2有序排列构成(见图2、图3)；风光协同驱动微型多重能量采集发电机2(见图3)，主要包括：风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4、光伏电池复合风叶片发电器阵列5、智能控制器6、传感器7、蓄电池8及电路、逆变器9、发电机轴芯10、轴芯外旋转层11、多重能量采集发电机框架12、内旋转框架14、外旋转弹性框架15、弹性支撑杆16；风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3由多个风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器3a有序排列构成；光伏电池复合风叶片发电器阵列5为多个光伏电池复合风叶片发电器5a呈圆形风扇叶形态分布并构成能够旋转的阵列。
参考图5，本实施例的光伏电池复合风叶片发电器5a包括：光伏电池A35、风叶片13；光伏电池A35复合在风叶片13上朝向太阳光面的表面，并构成复合结构；光伏电池A35包括：若干个负电极37、防反射涂层38、N型硅电子层39、P型硅电子层40、正电极41、负载36；负电极37的一面与N型硅电子层39的一面相连接；相邻的负电极37之间设有防反射涂层38；防反射涂层38与N型硅电子层39的一面相连接；N型硅电子层39的另一面与P型硅电子层40的一面相连接；P型硅电子层40的另一面与正电极41的一面相连接；正电极41的另一面与风叶片13相连接；负载36与正电极41和负电极37相连接；正电极41和负电极37还通过电路与蓄电池8相连接；光伏电池A35将光伏发电产生的发电量通过整流电路及器件输进蓄电池8存储。
风叶片13的一端固定装配在轴芯外旋转层11上；在风力作用下，轴芯外旋转层11能够围绕发电机轴芯10进行旋转；风叶片13的另一端固定装配在内旋转框架14的内侧；在风力作用下，轴芯外旋转层11、多个风叶片13和内旋转框架14共同构成整体联动旋转结构，并整体围绕发电机轴芯10进行旋转；风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器3a装配在外旋转弹性框架15的内侧面；外旋转弹性框架15的外侧面通过弹性支撑杆16与多重能量采集发电机框架12相连接固定；在风力作用下，外旋转弹性框架15与弹性支撑杆16能够产生协同弹性振动效应；光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4装配在多重能量采集发电机框架12的朝向太阳光面上；传感器7装配在多重能量采集发电机框架12内；风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4、光伏电池复合风叶片发电器阵列5、传感器7、蓄电池8、逆变器9均与智能控制器6相连接；逆变器9连接交流负载；风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4、光伏电池复合风叶片发电器阵列5、传感器7、智能控制器6均通过电路与蓄电池8相连接。
风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器3a，包括：内微纳米旋转摩擦材料层17、外微纳米旋转摩擦材料层18、内电极层19、外电极层20；内微纳米旋转摩擦材料层17的下侧面与内电极层19的一侧面相连接；内电极层19的另一侧面与内旋转框架14相连接；外微纳米旋转摩擦材料层18的下侧面与内微纳米旋转摩擦材料层17的上侧面相对应，并构成微纳米旋转摩擦结构；外微纳米旋转摩擦材料层18的上侧面与外电极层20的一面相连接；外电极层20的另一面与外旋转弹性框架15的一面相连接；内电极层19和外电极层20通过引出导线及电路与蓄电池8相连接。
光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4(见图4)，包括：光伏驱动纳米荧光波导发电器21、风致振动驱动压电发电器22、连接固定框23；光伏驱动纳米荧光波导发电器21包括：石墨烯吸收层24、组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层25、反射层26、光伏电池B27；组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层25为将纳米颗粒28分散于荧光光波转换型光波导层42中构成的结构；石墨烯吸收层24的一面朝向太阳光，其另一面连接组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层25的一面；组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层25的另一面连接反射层26的一面；反射层26的另一面连接多重能量采集发电机框架基板29；光伏电池B27装配在组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层25的侧面；风致振动驱动压电发电器22，包括：压电发电层30、弹性层31、上电极层32、下电极层33、封装层34；风致振动驱动压电发电器22装配在多重能量采集发电机框架基板29的另一面；多重能量采集发电机框架基板29的另一面与风致振动驱动压电发电器22的弹性层31的一面相连接；弹性层31的另一面与上电极层32的一面相连接；上电极层32的另一面与压电发电层30的一面相连接；压电发电层30的另一面与下电极层33的一面相连接；下电极层33的另一面与封装层34相连接；连接固定框23的一面与石墨烯吸收层24相连接；连接固定框23的另一面与封装层34相连接；上电极层32和下电极层33通过引出导线及电路与蓄电池8相连接；光伏电池B27将光伏发电产生的发电量通过整流电路及器件输进蓄电池8存储。
光伏电池B27的结构与光伏电池A35的结构相同，本实施例在此不作赘述。
本实施例的风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3中，内微纳米旋转摩擦材料层17和外微纳米旋转摩擦材料层18的材料，分别采用两种不相同的高分子聚合物材料；两种不相同的高分子聚合物材料分别带上等量的异种电荷；高分子聚合物材料表面进行微纳米结构化处理；微纳米结构化处理的方式为：利用干法蚀刻分别在两种材料表面制备微纳米图案，来增添微纳米摩擦效果；内电极层19和外电极层20采用的材料为Au；内微纳米旋转摩擦材料层17和外微纳米旋转摩擦材料层18的材料分别采用：Kapton薄膜和PET薄膜组成；在两个薄膜外侧均通过磁控溅射方法制备有Au导电电极层。
本实施例的光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4中，组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25中的纳米颗粒28的尺寸大小为1nm-100nm；纳米颗粒28吸收太阳光谱后经组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25发射的转换波长与光伏电池B27的有效吸收波长相匹配对应，能够提高光伏电池B27的光电转换效率；纳米颗粒28采用纳米稀土发光颗粒和纳米上转换发光颗粒；组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层25中的荧光光波转换材料采用：有机荧光染料材料。
本实施例的光伏电池B27采用：染料敏化太阳能电池；蓄电池8采用：超级电容；电路包括：整流电路及相关器件。压电发电层30，采用：聚偏氟乙烯压电薄膜。外旋转弹性框架15的弹性材料和弹性支撑杆16采用高可拉伸全碳气凝胶弹性体材料；弹性层31采用的材料为：胶带弹性层。石墨烯吸收层24采用：石墨烯薄膜层材料。传感器7采用风力传感器。
本发明实施例风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机1的工作过程如下：
智能控制器6发出启动风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机1的工作指令，传感器7将检测的风力大小及方向等数据信息传送给智能控制器6；风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3开始工作，在风力作用下，光伏电池复合风叶片发电器阵列5围绕发电机轴芯10进行旋转，并带动内旋转框架14进行旋转；由于外微纳米旋转摩擦材料层18的下侧面与内微纳米旋转摩擦材料层17的上侧面相对应，所以内微纳米旋转摩擦材料层17与外微纳米旋转摩擦材料层18之间产生微纳米旋转摩擦效应；由于内微纳米旋转摩擦材料层17与外微纳米旋转摩擦材料层18分别采用两种不相同的聚合物材料，其两种不相同的材料背面镀有金属电极层，当两种不相同的材料表面接触紧密的时候，由于摩擦电极性的差别，两个接触面表面会带上等量异号的摩擦电荷。由于风力驱动产生旋转运动及振动协同作用，两种材料接触面产生瞬间分离时，其平面内未被屏蔽的摩擦电荷将产生电场，从而使得外电极层20拥有更高的电势，内电极层19拥有较低的电势；在电势差的驱使下，电子从外电极层20流到内电极层19以抵消摩擦电荷的静电电势差。当内微纳米旋转摩擦材料层17与外微纳米旋转摩擦材料层18在振动外力作用下再次发生重合时，由于电势差的减小，内电极层19的电子将返回到外电极层20。如此反复，风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3将输出交流的电脉冲信号，从而实现发电效应；由于风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3的旋转摩擦面具有微纳米表面结构，具有很大的比表面积，因此能够增加风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3表面的摩擦接触面积，进而能够提高风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3的发电效率，并改善其发电输出性能。由于在外微纳米旋转摩擦材料层18采用了与弹性材料相结合方式，并与弹性支撑杆16相结合，增强了风力驱动条件下外微纳米旋转摩擦材料层18的旋转弹性振动效果，使内微纳米旋转摩擦材料层17与外微纳米旋转摩擦材料层18之间能够产生旋转摩擦、振动摩擦接触与分离效果，优化提高了旋转摩擦发电性能。风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列3通过整流电路及器件将微纳米旋转摩擦产生的发电量输进蓄电池8存储。
光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4开始工作，由于在组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25内有纳米颗粒28，其尺寸大小为1nm-100nm；纳米颗粒28吸收太阳光后经组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25发射的转换波长，与光伏电池B27的有效吸收波长相匹配对应；组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25，能够针对太阳光中部分光波直接产生丁达尔散射效应，这部分直接散射光能够被光伏电池B27有效吸收；组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25由于组装的纳米颗粒28为纳米发光颗粒，纳米颗粒28能够吸收另一部分光伏电池B27不能直接吸收的波长光，将这部分光作为纳米颗粒28的激发光谱，从而纳米颗粒28产生的发射光谱是被转换为光伏电池B27能够吸收的波长光谱，因此太阳光的不同波段光谱得到更多的吸收利用，光伏电池B27的光伏发电效率得到很大的提高；组装纳米颗粒的光波转换型光波导层25具有丁达尔散射效应和荧光波长转换效应的双重光叠加利用效应作用，实现了对太阳光的有效聚集利用与增强效应，提高了对弱太阳光的吸收利用及光电转换，提高了光伏电池B27的光电转换效率。将光伏电池B27与风致振动型压电发电器件22相结合，并构成一体化整体结构，不仅可以充分利用太阳光伏发电效应，还能够充分利用风致振动或气流通过产生的弱小振动来驱使产生压电发电效应，因此具有双重发电功能效应。光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器4能够通过整流电路及器件将产生的发电量输进蓄电池8存储。
光伏电池复合风叶片发电器阵列5开始工作，光伏电池复合风叶片发电器5a中的光伏电池A35将光伏发电产生的发电量通过整流电路及器件输进蓄电池8存储。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机由多个风光协同驱动微型多重能量采集发电机有序排列构成；所述风光协同驱动微型多重能量采集发电机，包括：风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、智能控制器、传感器、蓄电池及电路、逆变器、发电机轴芯、轴芯外旋转层、多重能量采集发电机框架、内旋转框架、外旋转弹性框架、弹性支撑杆；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列由多个风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器有序排列构成；所述光伏电池复合风叶片发电器阵列为多个光伏电池复合风叶片发电器呈圆形风扇叶形态分布并构成能够旋转的扇形阵列；所述光伏电池复合风叶片发电器包括光伏电池A和风叶片；所述光伏电池A复合在风叶片上迎太阳光面的表面，并构成复合结构；所述风叶片的一端固定装配在轴芯外旋转层上；在风力作用下，轴芯外旋转层能够围绕发电机轴芯进行旋转；所述风叶片的另一端固定装配在内旋转框架的内侧；在风力作用下，轴芯外旋转层、多个风叶片和内旋转框架共同形成整体联动旋转结构，并整体围绕发电机轴芯进行旋转；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器装配在外旋转弹性框架的内侧面；所述外旋转弹性框架的外侧面通过弹性支撑杆与多重能量采集发电机框架相连接固定；在风力作用下，外旋转弹性框架与弹性支撑杆能够产生协同弹性振动效应；所述光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器固定装配在多重能量采集发电机框架的朝向太阳光面上；所述传感器装配在多重能量采集发电机框架内；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、传感器、蓄电池、逆变器均与智能控制器相连接；所述逆变器连接交流负载；所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器阵列、光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器、光伏电池复合风叶片发电器阵列、传感器、智能控制器均通过电路与蓄电池相连接。
2.根据权利要求1所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述风力驱动微纳米旋转摩擦弹性发电器，包括：内微纳米旋转摩擦材料层、外微纳米旋转摩擦材料层、内电极层、外电极层；所述内微纳米旋转摩擦材料层的下侧面与内电极层的一侧面相连接；所述内电极层的另一侧面与内旋转框架相连接；所述外微纳米旋转摩擦材料层的下侧面与内微纳米旋转摩擦材料层的上侧面相对应，并构成微纳米旋转摩擦结构；所述外微纳米旋转摩擦材料层的上侧面与外电极层的一面相连接；所述外电极层的另一面与外旋转弹性框架的一面相连接；所述内电极层和外电极层通过引出导线及电路与蓄电池相连接。
3.根据权利要求1所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述光伏与压电协同驱动荧光波导复合框发电器，包括：光伏驱动纳米荧光波导发电器、风致振动驱动压电发电器、连接固定框；所述光伏驱动纳米荧光波导发电器，包括：石墨烯吸收层、组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层、反射层、光伏电池B；所述组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层为将纳米颗粒分散于荧光光波转换型光波导层中构成的结构；所述石墨烯吸收层的一面朝向太阳光，其另一面连接组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层的一面；所述组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层的另一面连接反射层的一面；所述反射层的另一面连接多重能量采集发电机框架；所述光伏电池B装配在组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层的侧面；所述风致振动驱动压电发电器，包括：压电发电层、弹性层、上电极层、下电极层、封装层；所述风致振动驱动压电发电器装配在多重能量采集发电机框架的另一面；所述风致振动驱动压电发电器的弹性层的一面与多重能量采集发电机框架的一面相连接；所述弹性层的另一面与上电极层的一面相连接；所述上电极层的另一面与压电发电层的一面相连接；所述压电发电层的另一面与下电极层的一面相连接；所述下电极层的另一面与封装层相连接；所述连接固定框的一面连接石墨烯吸收层；所述连接固定框的另一面连接封装层；所述上电极层和下电极层通过引出导线及电路与蓄电池相连接。
4.根据权利要求2所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述内微纳米旋转摩擦材料层和外微纳米旋转摩擦材料层采用的材料为两种不相同的高分子聚合物材料；两种不相同的高分子聚合物材料分别带上等量的异种电荷；所述高分子聚合物材料的表面进行微纳米结构化处理；所述微纳米结构化处理的方式为：在高分子聚合物材料的表面采用下列方法之一进行处理：干法蚀刻、湿法刻蚀、光刻蚀、电感耦合等离子体反应离子刻蚀、组装微纳米线阵列或微纳米棒阵列。
5.根据权利要求3所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述组装纳米颗粒的光波转换型光波导层中的纳米颗粒的尺寸大小为1nm-100nm；所述纳米颗粒吸收太阳光谱后经所述组装纳米颗粒的光波转换型光波导层发射的转换波长与光伏电池B的有效吸收波长相匹配对应；所述纳米颗粒采用纳米无机发光颗粒、纳米有机发光颗粒、纳米复合发光颗粒、纳米离子聚合物发光颗粒和纳米上转换发光颗粒中的任一种或几种。
6.根据权利要求3所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述组装纳米颗粒的荧光光波转换型光波导层中的荧光光波转换材料采用有机荧光染料材料、量子点荧光材料、纳米长余辉荧光材料、稀土荧光材料、各向异性荧光材料中的任一种或几种。
7.根据权利要求3所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述压电发电层采用聚偏氟乙烯压电薄膜、锆钛酸铅压电薄膜、锆钛酸铅压电陶瓷、氮化铝压电材料、氧化锌压电材料、硅基氮化铝压电材料、复合压电材料或柔性压电纳米发电机中的任一种；所述弹性层采用：胶带弹性层或弹性薄膜中的任一种。
8.根据权利要求3所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述石墨烯吸收层采用石墨烯薄膜层、石墨烯涂层、氧化石墨烯薄膜或石墨烯复合材料层中的任一种。
9.根据权利要求1所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述光伏电池A采用单晶硅太阳光伏电池、多晶硅太阳光伏电池、二氧化钛太阳光伏电池、导电氧化物太阳光伏电池、微晶硅太阳光伏电池或薄膜太阳能电池中的任一种；所述传感器采用风力传感器、风向传感器、振动传感器和太阳光强度传感器中的任一种或多种。
10.根据权利要求1所述的风光协同驱动微型阵列多重能量采集发电机,其特征在于，所述外旋转弹性框架的弹性材料和弹性支撑杆采用：高可拉伸全碳气凝胶弹性体、PDMS弹性体和弹簧体中的任一种。
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