CN111313754B - 一种仿生风力发电阵列及风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种仿生风力发电阵列，其包括：多个发电单元，发电单元包括类蛊毛毛杆以及类蛊毛基座；类蛊毛毛杆为中空结构，安装于类蛊毛基座上；类蛊毛基座包括第一柔性基底、第一电极层、压电薄膜、第二电极层、第二柔性基底以及空腔；电极引线；能量转换电路，以用于对经电极引线传输过来的电能进行转换处理并输出经处理后的电能。本发明还涉及一种风力发电装置，其包括上述的仿生风力发电阵列。因为类蛊毛毛杆的中空设计使得类蛊毛毛杆对压电薄膜产生更大压力，从而提高风力发电效率，同时多个发电单元组合成发电阵列，提高了电流。本发明适用于低/超低风速的发电问题，其能量收集效率较高且应用条件低。

Description

一种仿生风力发电阵列及风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体的说是涉及一种仿生风力发电阵列及风力发电装置。

背景技术

中国的经济获得高速发展的同时，能源问题变得越来越严重，寻找新的替代能源已成为当务之急。风能作为一种清洁的可再生能源，是新能源开发与利用的重要方向，逐渐得到世界各国的重视。风力发电现主要分为有桨叶风力发电和无桨叶风力发电。有桨叶风力发电主要为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机，其原理是风力带动风车叶片旋转来促使发电机发电，多运用在边远、高海拔的高速风能地区，但由于设备较大型化，建造成本高，运输、安装、维修和检查都极为不便，“并网难”“输送难”成为制约风力发电产业的“瓶颈”。对于无桨叶风力发电装置，多运用于低速/超低风速地区，较适合我国国情，因为我国是低风速国家，超低风速(风速在2-6米/秒之间)的风能占全国风能资源85％。

目前，国内采用逐级离合分级发电等一系列新技术，填补了超低风速风能利用的空白，但研究刚刚起步，距离大面积推广还有很长的时间。并且，对于风力发电装置的制造，传统方式往往需要先进行模具制造，再进行设备的制造，导致设备的制造周期长；且由于风力发电设备较大型化，造成制造工艺复杂、成本高，且维修时更换器件也较为不便。

值得一提的是，自然界中的生物经过近四十亿年的进化，拥有某些特别的感知能力。例如蝎子、蟋蟀及蜘蛛，可以通过自身体表的蛊毛摆动来感知周围环境的微气流变化，其原理是高纵深比决定了高杠杆比，即使是极小的流量作用于毛杆，也会引起巨大的摆角变化；并且生物为更好地感知大频率的气流，将蛊毛的长度调整在一定范围内，形成感知阵列，可感知更大范围的气流变化。因此，利用此原理可以制作一种“低速/超低风速无桨叶风力发电装置”，对低速/超低风速风力发电发展具有重要的意义。

发明内容

要解决的技术问题

(一)本发明提出一种仿生风力发电阵列及风力发电装置，旨在解决如何利用3D打印技术来加工制造基于生物蛊毛原理的仿生风力发电阵列及风力发电装置的问题。

(二)技术方案

为了达到上述的目的，本发明提供一种仿生风力发电阵列，包括：

多个发电单元，所述发电单元包括类蛊毛毛杆以及类蛊毛基座；所述类蛊毛毛杆为中空结构，安装于所述类蛊毛基座上；所述类蛊毛基座包括第一柔性基底、第一电极层、压电薄膜、第二电极层、第二柔性基底以及空腔；

电极引线，所述电极引线包括与所述第一电极层连接的第一电极引线和与所述第二电极层连接的第二电极引线；

能量转换电路，用于对经所述第一电极引线和所述第二电极引线传输过来的电能进行转换处理，输出经处理后的电能。

优选地，所述类蛊毛毛杆的第一端的横截面积小于所述类蛊毛毛杆的第二端的横截面积，且第一端到中部横截面积不变，中部到第二端横截面积逐渐增加。

优选地，各所述发电单元中的类蛊毛毛杆的高度均不相同。

优选地，所述类蛊毛毛杆为矩形体。

优选地，所述空腔的四个侧面均设有一个凸起和一个凹槽，所述凸起与所述凹槽的形状和体积均相同，且位置对称；

所述第一柔性基底包括第一空心矩形框和沿两个对角线为第一宽度的两个长条；

所述第一电极层包括第二空心矩形框和沿两个对角线为第二宽度的四个长条；

所述压电薄膜包括第三空心矩形框和沿两个对角线为第三宽度的四个长条。

优选地，所述凸起和所述凹槽均为半球体。

优选地，所述第一空心矩形框的投影面积大于所述第二空心矩形框的投影面积，所述第二空心矩形框的投影面积等于所述第三空心矩形框的投影面积；

所述第一宽度大于所述第二宽度，所述第二宽度等于所述第三宽度；

所述第一柔性基底和所述第二柔性基底的形状与结构相同；

所述第一电极层、所述第二电极层以及所述压电薄膜的形状与结构均相同。

优选地，所述类蛊毛毛杆采用碳纳米管，并通过3D打印中的熔融沉积制造方法来制造而成；

所述空腔采用多晶硅材料；

所述第一柔性基底和所述第二柔性基底均采用环氧树脂；

所述压电薄膜采用PZT-PVDF，且通过3D打印技术中的熔融沉积来制造而成；

所述第一电极层和所述第二电极层均采用金、银、钛和铂中的一种或多种，且通过3D打印中的直接喷墨法制造而成。

优选地，所述能量转换电路包括整流模块、滤波模块及降压模块；

所述整流模块包括整流桥，所述整流桥包括四个相同的二极管；

所述滤波模块包括并联在所述整流模块的输出端的滤波电容；

所述降压模块包括连接所述滤波电容的降压芯片和连接在所述降压芯片的输出端的降压电容和泄放电阻。

另外地，本发明还提供了一种风力发电装置，包括根据以上所述的一种仿生风力发电阵列。

(三)有益效果

本发明的有益效果为：本发明以生物蛊毛为模本，利用发电阵列中的类蛊毛毛杆的高纵深比以及中空设计，可使类蛊毛毛杆对压电薄膜产生更大压力，从而提高风力发电效率。第一柔性基底和第二柔性基底则起到了保护、绝缘以及支撑的作用，第一电极层和第二电极层则充当压电薄膜的正负极。并且由于压电薄膜的发电特征无法直接为负载供电，本发明中产生的电能需经过转换处理之后得到稳定的直流电压来供负载使用。由于类蛊毛毛杆的高纵深比以及中空设计，使得类蛊毛毛杆对压电薄膜产生更大压力。当气流经过类蛊毛毛杆的第一端后，会进入类蛊毛毛杆的内部空腔并形成涡旋，因此涡旋作用于内部空腔的上层产生拖曳力来产生更大的电流。而如果类蛊毛毛杆为实心结构的话，仅会使气流因边界层的存在而略微降低流速。再者，由于距离类蛊毛毛杆摆动支点较远，产生的力矩也大，从而提高了风力发电效率。同时多个发电单元组合成发电阵列，提高了电流。本发明适用于低/超低风速的发电问题，其能量收集效率较高且应用条件低。

附图说明

图1是一种仿生风力发电阵列的立体图；

图2是一种仿生风力发电阵列的主视图；

图3是一种仿生风力发电阵列的俯视图；

图4是一种仿生风力发电阵列中类蛊毛毛杆的立体图；

图5是一种仿生风力发电阵列中类蛊毛基座的侧面图；

图6是一种仿生风力发电阵列中类蛊毛基座的电极引线的示意图；

图7是一种仿生风力发电阵列中设于空腔侧面的凸起和凹槽的示意图；

图8是一种仿生风力发电阵列中第一柔性基底(也即第二柔性基底)的立体图；

图9是一种仿生风力发电阵列中第一电极层(也即第二电极层)的立体图；

图10是一种仿生风力发电阵列中压电薄膜的立体图；

图11是一种仿生风力发电阵列中能量转换电路的组成示意图；

图12是一种仿生风力发电阵列中能量转换电路的具体电路图。

【附图标记说明】

100：发电单元；110：类蛊毛毛杆；111：类蛊毛毛杆的第一端；112：类蛊毛毛杆的第二端；120：类蛊毛基座；121：第一柔性基底；122：第一电极层；123：压电薄膜；124：第二电极层；125：第二柔性基底；126：空腔；127：凸起；128：凹槽；

200：电极引线；210：第一电极引线；220：第二电极引线；

300：能量转换电路；310：整流模块；311：第一二极管；312：第二二极管；313：第三二极管；314：第四二极管；320：滤波模块；321：滤波电容；330：降压模块；331：降压芯片；332：降压电容；333：泄放电阻。

具体实施方式

如图1、图2以及图3所示，图1是一种仿生风力发电阵列的立体图，图2是一种仿生风力发电阵列的主视图，图3是一种仿生风力发电阵列的俯视图。本发明提供一种仿生风力发电阵列，包括多个发电单元100；发电单元100包括类蛊毛毛杆110以及类蛊毛基座120；类蛊毛毛杆110为中空结构，安装于类蛊毛基座120上。如图5所示，图5是一种仿生风力发电阵列中类蛊毛基座的侧面图。类蛊毛基座120包括第一柔性基底121、第一电极层122、压电薄膜123、第二电极层124、第二柔性基底125以及空腔126，且类蛊毛基座120从上到下依次装配的是：第一柔性基底121、第一电极层122、压电薄膜123、第二电极层124、第二柔性基底125以及空腔126。

如图6所示，图6是一种仿生风力发电阵列中类蛊毛基座的电极引线的示意图。电极引线200，电极引线200包括与第一电极层122连接的第一电极引线210和与第二电极层124连接的第二电极引线220。

能量转换电路300，以用于对经第一电极引线210和第二电极引线220传输过来的电能进行转换处理并输出经处理后的电能。

本发明以生物蛊毛为模本，利用发电阵列中的类蛊毛毛杆110的高纵深比以及中空设计，可使类蛊毛毛杆110对压电薄膜123产生更大压力，从而提高风力发电效率。第一柔性基底121和第二柔性基底125则起到了保护、绝缘以及支撑的作用，第一电极层122和第二电极层124则充当压电薄膜123的正负极。并且由于压电薄膜123的发电特征无法直接为负载供电，本发明中产生的电能需经过转换处理之后得到稳定的直流电压来供负载使用。由于类蛊毛毛杆110的高纵深比以及中空设计，使得类蛊毛毛杆110对压电薄膜123产生更大压力。当气流经过类蛊毛毛杆的第一端111后，会进入类蛊毛毛杆110的内部空腔并形成涡旋，因此涡旋作用于内部空腔的上层产生拖曳力来产生更大的电流。而如果类蛊毛毛杆110为实心结构的话，仅会使气流因边界层的存在而略微降低流速。再者，由于距离类蛊毛毛杆110摆动支点较远，产生的力矩也大，从而提高了风力发电效率。同时多个发电单元100组合成发电阵列，提高了电流。本发明适用于低/超低风速的发电问题，其能量收集效率较高且应用条件低。

如图4所示，图4是一种仿生风力发电阵列中类蛊毛毛杆110的立体图。类蛊毛毛杆的第一端111的横截面积小于类蛊毛毛杆的第二端112的横截面积，且第一端到中部横截面积不变，中部到第二端横截面积逐渐增加。这个设计的好处是：类蛊毛毛杆110的第二段(即类蛊毛毛杆的110中部到类蛊毛毛杆的第二端112的部分)粗一些，类蛊毛毛杆110的第一段(即类蛊毛毛杆的第一端111到类蛊毛毛杆110的中部的部分)细一些，首先是符合生物蛊毛的细长型特征，从第一端到第二端，由粗变细，从而对风流更加敏感；其次，类蛊毛毛杆110第二段更粗一些，这样不易被风刮断。

再次结合图1和图2所示，图1是一种仿生风力发电阵列的立体图，图2是一种仿生风力发电阵列的主视图。可知各发电单元100中的类蛊毛毛杆110的高度均不相同。在仿生风力发电阵列中，使用长短不一的类蛊毛毛杆110能充分利用不同高度以及不同频率的风力，从而提高风力发电效率。较佳的，本发明一实施例中的风力发电阵列中设置了四种不同高度的类蛊毛毛杆110，从而对于高风速和低风速都可以有效的进行风电转化。风力发电阵列的四个类蛊毛毛杆110的第一段的长度分别为200mm、300mm、400mm和500mm，类蛊毛毛杆110的第二段的长度为150mm，类蛊毛毛杆的第一端111的横截面积为8mm×6mm(长×宽)，类蛊毛毛杆的第二端112的横截面积为10mm×6mm(长×宽)；特别的，四个类蛊毛毛杆110的内部空腔为矩形体，矩形体的体积分别为5mm×4mm×350mm(长×宽×高)、5mm×4mm×450mm(长×宽×高)、5mm×4mm×550mm(长×宽×高)和5mm×4mm×650mm(长×宽×高)。

特别的，类蛊毛毛杆110为矩形体。矩形体与其他形状例如圆柱体相比，矩形体迎向气流的面积更大，因此，对毛杆产生的力矩要更大一些。

然后，如图7所示，图7是一种仿生风力发电阵列中设于空腔侧面的凸起127和凹槽128的示意图。空腔126的四个侧面均设有一个凸起127和一个凹槽128，凸起127与凹槽128的体积相同且位置对称。空腔126的作用是当压电薄膜123受力时，为压电薄膜123上下摆动提供空间。而利用空腔126四周的凸起127和凹槽128，可以做到：将一个空腔126的凸起127插入到相邻空腔126的凹槽128中，一个空腔126的凹槽128容置相邻空腔126的凸起127，按此步骤重复，可以实现多个类蛊毛基座120的勾连，进而可以通过第一电极引线210和第二电极引线220进行并联的结构方式，而并联的实现方式具体为：将各发电单元100的第一电极引线210彼此之间相互连接，同时将各发电单元100的第二电极引线220彼此之间相互连接，这样多个发电单元100就连接形成发电阵列，连接后的第一电极引线210和第二电极引线220引出与能量转换电路300相连，从而在电压不变的情况下，可通过增加发电单元100的数目来提高产生的电流。

在具体的实施例中，空腔126外尺寸为80mm×80mm×10mm(长×宽×高)，空腔126内尺寸为60mm×60mm×10mm(长×宽×高)；半球体的半径为2mm，其凸起127与凹槽128的形状体积相同且位置对称。

而如图8所示，图8是一种仿生风力发电阵列中第一柔性基底(也即第二柔性基底)的立体图。第一柔性基底121包括第一空心矩形框和沿两个对角线为第一宽度的两个长条。而如图9所示，图9是一种仿生风力发电阵列中第一电极层(也即第二电极层)的立体图，第一电极层122包括第二空心矩形框和沿两个对角线为第二宽度的四个长条，如图10所示，图10是一种仿生风力发电阵列中压电薄膜的立体图，压电薄膜123包括第三空心矩形框和沿两个对角线为第三宽度的四个长条。第一柔性基底121、第一电极层122以及压电薄膜123设有沿两个对角线的多个长条既起到固定的作用又节省了材料。

进一步地，凸起127和凹槽128均为半球体，而凸起127的半球体球心与空腔126边缘距离为5mm。凸起127和凹槽128均设置为半球体，此处设置半球体的作用为：在多个类蛊毛基座120勾连形成发电阵列以后，其结构使连接处接触面积大，受力较均匀，不容易断裂或者出现裂纹。

更进一步地，第一空心矩形框的投影面积大于第二空心矩形框的投影面积，第二空心矩形框的投影面积等于第三空心框的投影面积；第一宽度大于第二宽度，第二宽度等于第三宽度；第一柔性基底121与第二柔性基底125的形状和结构相同；第一电极层122、第二电极层124以及压电薄膜123的形状与结构均相同，而压电薄膜123的几何中心中间留有矩形孔的作用是：发电的时候防止压电薄膜123对角线因挤压方向不同而使产生的电能相互抵消减弱，而为了完全的贴合压电薄膜123，第一电极层122与第二电极层124的几何中心也留有同样大小的矩形孔。第一电极层122设于第一柔性基底121下，第一柔性基底121充分起到保护、绝缘以及支撑的作用，同理第二基底设于第二电极层124下，起到保护、绝缘以及支撑的作用。在具体的实施例中，第一柔性基底121与第二柔性基底125相同，第一空心矩形框的体积为80mm×80mm×3mm，长宽均为80mm，高度为3mm，第一宽度为10mm，两个长条的长度均为74.85mm。第一电极层122与第二电极层124相同，第二空心矩形框的体积70mm×70mm×1mm，长宽均为70mm，高度为3mm，第二宽度为7mm，四个长条的长度均是36.25mm。压电薄膜123位于第一电极层122和第二电极层124之间，其第三空心矩形框体积为70mm×70mm×1mm(长×宽×高)，第三宽度为7mm，四个长条的长度均是36.25mm。

另外地，类蛊毛毛杆110采用碳纳米管，并通过3D打印中的熔融沉积制造方法来制造而成。类蛊毛毛杆110的刚度和弹性模量都需要大于类蛊毛基座120，而碳纳米管具有高模量和高强度的特性，所以适用于本发明。并且使用3D打印技术有不需要模具，直接打印的优点，而3D打印技术中的熔融沉积制造技术则具有材料利用率高，工艺简单，干净环保等优点。

空腔126采用多晶硅材料；第一柔性基底121和第二柔性基底125均采用环氧树脂，能起到良好的保护、绝缘以及支撑的作用。压电薄膜123需要较高的压电系数、机电转换效率和较大的柔韧性，因PZT具有高介电常数、压电性较强和机电耦合系数大的特点以及PVDF具有柔韧性好，机械强度高且是已知压电高聚物中压电性能最好的特点。因此，本发明选用压电陶瓷与压电聚合物的混合体PZT-PVDF作为压电薄膜123的材料，PZT-PVDF混合体是一种具有强压电性、低脆性、良好柔韧性、较高的化学稳定性以及高热稳定性的材料，同时该结构采用3D打印技术中的熔融沉积制造。第一电极层122和第二电极层124采用至少金、银、钛和铂之间的一种，具有良好的导电性，且通过3D打印中的直接喷墨法制造而成，直接喷膜法的优点在于成型速度快，价格低廉，降低了使用成本。

最后，能量转换电路300包括整流模块310、滤波模块320及降压模块330。

由于压电薄膜123的发电特征无法直接为负载供电，本发明中将产生的电能先经过整流和滤波形成正电压，再通过降压模块330输出稳定的直流电压以供负载使用，从而实现在超低风速条件下的发电。

如图11所示，图11是一种仿生风力发电阵列中能量转换电路的组成示意图。能量转换电路300包括整流模块310、滤波模块320及降压模块330。整流模块310包括整流桥，整流桥包括四个相同的二极管。滤波模块320包括并联在整流模块310的输出端的滤波电容321。降压模块330包括连接滤波电容321的降压芯片331和连接在降压芯片331的输出端的降压电容332和泄放电阻333。

如图12所示，图12是一种仿生风力发电阵列中能量转换电路的具体电路图。整流模块310包括整流桥，整流桥包括第一二极管311、第二二极管312、第三二极管313以及第四二极管314。

风力发电阵列产生的电能通过整流模块310将电压转变为正电压；滤波模块320为并联在整流模块310的输出端(也是降压芯片331的输入端)的滤波电容321，较佳的，滤波电容321为超级电容；降压模块330包括连接滤波电容321的降压芯片331和连接在降压芯片331的输出端的降压电容332和泄放电阻333，经过整流和滤波的电压，通过降压模块330输出稳定的直流电压以供负载使用，从而实现超低风速的发电。较佳的，该降压芯片331型号为LM2596，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路，且输出电压范围大。

本发明还提供一种风力发电装置，其包含了上述的一种仿生风力发电阵列。

本发明的工作过程和原理为：将一个或者多个发电单元100并联放置在有风场所，当风流过来时，风力F作用于类蛊毛毛杆110，使类蛊毛毛杆110偏转角度θ，由于类蛊毛毛杆110的刚度和弹性模量远大于类蛊毛基座120，从而，类蛊毛基座120受到向下的拉力N，由力矩平衡方程可得：

N·d＝F·L，

其中，L为类蛊毛毛杆110的长度，d为类蛊基座120内部的长度。类蛊毛毛杆110由于其高纵深比和中空设计，可在类蛊毛毛杆110处产生较大的拖拽力。纵深比的意思是类蛊毛毛杆110的高度与类蛊基座120的长度(类蛊基座120的长度按第一空心矩形框的长度来算)之比。

综上所述，本发明包括了发电单元100、电极引线200以及能量转换电路300。发电单元100则包括了类蛊毛毛杆110以及类蛊毛基座120，类蛊毛毛杆110为中空结构。较佳的，类蛊毛毛杆110为矩形体。类蛊毛毛杆第一端111的横截面积小于第二端的横截面积，且第一端到中部横截面积不变，中部到第二端横截面积逐渐增加。在发电阵列中各发电单元100中的类蛊毛毛杆110的高度均不相同。类蛊毛毛杆110采用了碳纳米管，并通过3D打印中的熔融沉积制造方法来制造而成。

类蛊毛基座120则包括依次装配的第一柔性基底121、第一电极层122、压电薄膜123、第二电极层124、第二柔性基底125以及空腔126。空腔126的四面均设有一个凸起127和一个凹槽128，凸起127与凹槽128的体积相同且位置对称，凸起127和凹槽128均为半球体，凸起127的球心与空腔126边缘距离为5mm；第一柔性基底121包括第一空心矩形框和沿两个对角线宽度为3mm的两个长条。第一柔性基底121与第二柔性基底125的形状和结构相同；第一电极层122、第二电极层124以及压电薄膜123的形状与结构相同。而空腔126采用多晶硅材料。第一柔性基底121和第二柔性基底125均采用环氧树脂。压电薄膜123采用PZT-PVDF，且通过3D打印技术中的熔融沉积来制造而成；第一电极层122和第二电极层124采用金、银、钛和铂中的一种或多种，且通过3D打印中的直接喷墨法制造而成。

一个发电单元100包括一个类蛊毛毛杆110以及一个类蛊毛基座120，可根据需要通过空腔126的四面设有的凸起127和凹槽128来和其他发电单位勾连组成发电阵列，因为各发电单位100通过第一电极引线210和第二电极引线220并联到一起，所以会增大所产生的电流。

能量转换电路300则包括了整流模块310、滤波模块320及降压模块330。因为压电薄膜123自身的发电特征，所以需要后续的电路对其产生的电能进行处理，经整流和滤波之后再通过降压输出稳定的直流电压。

本发明是基于生物的蛊毛能感知微小气流并引起巨大的摆角变化这一原理来制造的，利用类蛊毛毛杆110的高纵深比、中空设计、矩形状设计以及由长度不一的类蛊毛毛杆110组成的发电阵列来感知更大空间范围和更大频率范围的气流变化。同时利用了3D打印技术来实现异质材料、复杂结构的精确制造，既节省开支，又能大大缩短制造周期，同时能量收集效率较高，对低速/超低风速风力发电发展具有重要的意义。

以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种仿生风力发电阵列，其特征在于，包括：

多个发电单元，所述发电单元包括类蛊毛毛杆以及类蛊毛基座；所述类蛊毛毛杆为中空结构，所述类蛊毛毛杆垂直安装于所述类蛊毛基座的表面中心处；所述类蛊毛基座包括依次层叠设置的第一柔性基底、第一电极层、压电薄膜、第二电极层、第二柔性基底以及空腔；

所述空腔的四个侧面均设有一个凸起和一个凹槽，所述凸起与所述凹槽的形状和体积均相同，且位置对称；所述第一柔性基底包括第一空心矩形框和沿两个对角线为第一宽度的两个长条；所述第一电极层包括第二空心矩形框和沿两个对角线为第二宽度的四个长条；所述压电薄膜包括第三空心矩形框和沿两个对角线为第三宽度的四个长条；

电极引线，所述电极引线包括与所述第一电极层连接的第一电极引线和与所述第二电极层连接的第二电极引线；

能量转换电路，用于对经所述第一电极引线和所述第二电极引线传输过来的电能进行转换处理，输出经处理后的电能。

2.根据权利要求1所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，所述类蛊毛毛杆的第一端的横截面积小于所述类蛊毛毛杆的第二端的横截面积，且第一端到中部横截面积不变，中部到第二端横截面积逐渐增加。

3.根据权利要求1所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，各所述发电单元中的类蛊毛毛杆的高度均不相同。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，所述类蛊毛毛杆为矩形体。

5.根据权利要求1所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，所述凸起和所述凹槽均为半球体。

6.根据权利要求1或权利要求5所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，

所述第一空心矩形框的投影面积大于所述第二空心矩形框的投影面积，所述第二空心矩形框的投影面积等于所述第三空心矩形框的投影面积；

所述第一宽度大于所述第二宽度，所述第二宽度等于所述第三宽度；

所述第一柔性基底和所述第二柔性基底的形状与结构相同；

所述第一电极层、所述第二电极层以及所述压电薄膜的形状与结构均相同。

7.根据权利要求1所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，

所述类蛊毛毛杆采用碳纳米管，并通过3D打印中的熔融沉积制造方法来制造而成；

所述空腔采用多晶硅材料；

所述第一柔性基底和所述第二柔性基底均采用环氧树脂；

所述压电薄膜采用PZT-PVDF，且通过3D打印技术中的熔融沉积来制造而成；

所述第一电极层和所述第二电极层均采用金、银、钛和铂中的一种或多种，且通过3D打印中的直接喷墨法制造而成。

8.根据权利要求1所述的一种仿生风力发电阵列，其特征在于，所述能量转换电路包括整流模块、滤波模块及降压模块；

所述整流模块包括整流桥，所述整流桥包括四个相同的二极管；

所述滤波模块包括并联在所述整流模块的输出端的滤波电容；

所述降压模块包括连接所述滤波电容的降压芯片和连接在所述降压芯片的输出端的降压电容和泄放电阻。

9.一种风力发电装置，其特征在于，所述风力发电装置包括根据权利要求1-8任一项所述的一种仿生风力发电阵列。

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