CN111525870A - 一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，包括，光伏发电组件，所述光伏板以及设置于所述光伏板下方的支撑件；以及，压电发电组件，与所述支撑件连接；所述支撑件的底板位于所述光伏板下方；其中，所述支撑件还包括支架，所述支架设置于所述底板一侧；所述支架还包括第一板体和第二板体，所述第一板体与第二板体交叉设置；本发明设计合理，结构紧凑，通过设置的光伏发电组件和压电发电组件之间相互配合，对建筑外墙进行了有效利用，同时能够合理利用建筑外墙风能与太阳能，增加了受力面，如此能够实现高效输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及的分布式能源和节能技术领域，尤其涉及一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统。
背景技术
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。
太阳能作为清洁能源取之不尽用之不竭，加大清洁能源的利用有助于改善环境；在对太阳能的利用过程中，通过太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能，其中太阳能薄膜电池具有耗材少，材质轻等特点，在太阳能的利用中发挥着越来越重要的作用。
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，太阳能和一部分风能未能充分利用。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统存在的建筑外墙不能合理利用风能和太阳能问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，包括，
光伏发电组件，所述光伏板以及设置于所述光伏板下方的支撑件；以及，
压电发电组件，与所述支撑件连接。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述支撑件的底板位于所述光伏板下方；
其中，所述支撑件还包括支架，所述支架设置于所述底板一侧。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述支架还包括第一板体和第二板体，所述第一板体与第二板体交叉设置。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述压电发电组件的第一压电发电块一端与所述支架连接。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述底板和支架采用塑料材料制成。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述压电发电组件还包括第一连接块、第二压电发电块和第二连接块，所述第一压电发电块的另一端与所述第一连接块连接，所述第二压电发电块的两端分别所述第二连接块和远离所述第一压电发电块一侧的第二连接块连接。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述第一压电发电块与第二压电发电块呈一定角度设置。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：所述第一连接块与第二连接块平行设置。
作为本发明所述集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的一种优选方案，其中：还包括基板，所述第二连接块设置于所述基板上。
本发明的有益效果：本发明设计合理，结构紧凑，通过设置的光伏发电组件和压电发电组件之间相互配合，对建筑外墙进行了有效利用，同时能够合理利用建筑外墙风能与太阳能，增加了受力面，如此能够实现高效输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的整体结构示意图。
图2为本发明集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的整体另一视角结构示意图。
图3为本发明集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的安装结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1和2，提供了一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统的整体结构示意图，如图1，一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统包括光伏发电组件100，光伏板101以及设置于光伏板101下方的支撑件102；以及，压电发电组件200，与支撑件102连接。
具体的，本发明主体结构包括光伏发电组件100和压电发电组件200，通过设置的光伏发电组件100和压电发电组件200两者之间相互配合，对建筑外墙进行了有效利用，同时能够合理利用建筑外墙风能与太阳能，增加了受力面，如此能够实现高效输出功率，其中，光伏发电组件100，用于接收太阳光能，为太阳能转换为电能提供了条件，包括光伏板101以及设置于光伏板101下方的支撑件102；而压电发电组件200，能够利用风能使压电发电块发生形变从而产生电能，其与支撑件102连接。
进一步的，支撑件102的底板102a位于光伏板101下方；其中，支撑件102还包括支架102b，支架102b设置于底板102a一侧。
进一步的，支架102b包括第一板体102b-1和第二板体102b-2，第一板体102b-1与第二板体102b-2交叉垂直设置，其中，第二板体102b-2为三角形结构，第一板体102b-1为长方形结构，第二板体102b-2的长斜边与第一板体102b-1的端斜坡面处于同一斜坡面上，斜坡面的倾斜角为45°～60°之间，底板102a固定在第一板体102b-1和第二板体102b-2构成的斜坡面上，，本系统安装如图3所示，较好的，第一板体102b-1、第二板体102b-2和底板102a为一体式结构，且均采用轻质塑料材料制成。
实施例2
参照图1和2，该实施例不同于第一个实施例的是：压电发电组件200包括第一压电发电块201、第一连接块202、第二压电发电块203和第二连接块204，通过设置的第一压电发电块201、第一连接块202、第二压电发电块203和第二连接块204之间相互配合，能够在风速低、风向随机、气流含尘、有雨水冲击等复杂环境中使压电发电块受到激发输出电能。具体的，压电发电组件200的第一压电发电块201一端与支架102b的第一板体102b-1固定连接，其中，压电发电组件200还包括第一连接块202、第二压电发电块203和第二连接块204，第一压电发电块201的另一端与第一连接块202固定连接，第二压电发电块203的两端分别第二连接块204和远离第一压电发电块201一侧的第二连接块204固定连接。
进一步的，第一压电发电块201与第二压电发电块203呈一定角度设置，两者之间呈90°设置；其中，第一连接块202与第二连接块204平行设置。
进一步的，本发明还包括基板300，第二连接块204设置于基板300上，基板300通过螺栓与建筑外墙连接。
实施例3
参照图1和2，该实施例不同于第一个实施例的是：压电发电组件200包括第一压电发电块201、第一连接块202、第二压电发电块203、第二连接块204、第三压电发电块和第三连接块，通过设置的第一压电发电块201、第一连接块202、第二压电发电块203和第二连接块204之间相互配合，能够在风速低、风向随机、气流含尘、有雨水冲击等复杂环境中使压电发电块受到激发输出电能。具体的，压电发电组件200的第一压电发电块201一端与支架102b的第一板体102b-1固定连接，其中，压电发电组件200还包括第一连接块202、第二压电发电块203和第二连接块204，第一压电发电块201的另一端与第一连接块202固定连接，第二压电发电块203的两端分别第二连接块204和远离第一压电发电块201一侧的第二连接块204固定连接。
其中，压电发电组件200还包括第三压电发电块和第三连接块，第三压电发电块的两端分别于第三连接块和第二连接块204连接。
进一步的，第一压电发电块201、第二压电发电块203和第三连接块呈一定角度设置，三者之间构成的夹角呈60°设置；其中，第一连接块202、第二连接块204和第三连接块平行设置。
进一步的，本发明还包括基板300，第三连接块设置于基板300上，基板300通过螺栓与建筑外墙连接。
本发明考虑在利用太阳能的同时也通过相关的支撑装置同时对风能进行利用；设计一种压电效应和光伏利用一体化的发电系统，将系统发出的电能进行储存，一方面可以满足建筑的部分能源需求，减少建筑从电网购电，另一方面，当发生断电的情况下可以作为备用能源使用。
本装置还包括风光互补控制器、蓄电池、逆变器和负载。
实施例4
对本方法中采用的技术效果加以验证说明，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
单独对该装置中的压电发电部分进行优化设计，在优化设计中不考虑光伏发电产生的电能；以两片压电发电片的情形为例，分别设置不同长度的压电发电片，其中压电发电片201和压电发电片203的长度均有4cm、5cm、6cm、7cm、8cm五种情况，压电发电片201与压电发电片203之间呈“十”字型设置，在相同的测试环境下，测试不同长度的压电发电片组合下测试电路中电容的充电情况。
对本方法中采用的技术效果加以验证说明，将压电片串联后产生的电流整流后存入一个2mf的电容，利用示波器观测该电容电压从0V升至10V即产生0.1J能量所用时间长短来对压电片的发电性能进行测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
测试环境：模拟阵风2～3级，气温20℃；测试实验数据如下表：
通过测试比较发现，在压电发电片201和压电发电片都是5cm的组合下电容的充电效果最好，而发电片太长的情况下振动频率较低，因此发电量小，给电容充电慢。
实施例5
为了进一步验证本方法中采用的技术效果，本实施例又进行了如下实验：
传统的技术方案：存在墙外风能和太阳能不能合理利用的问题，为验证本方法相对传统方法具有风能和太阳能合理利用率高。
本实施例中将采用传统独个压电装置和独个光伏电池与本装置分别对风能和太阳能利用率进行实时测量对比。
测试环境：在上海大学杨浦校区实验室外墙壁搭建A装置为相同占地面积下的压电装置(仅设有二个压电发电块，二个压电发电块之间夹角为90°，长度均为5cm)、B装置为同样占地面积的光伏电池、C装置为同样占地面积的本发明设计装置(设置有二个压电发电块，且二个压电发电块之间夹角为90°，长度均为5cm)和D装置为同样占地面积的本发明设计装置(设置有三个压电发电块，三个压电发电块之间夹角为60°，且其三个压电发电块长度均为5cm)，将三组装置A，B，C放置于墙面(A装置为相同占地面积下的压电装置、B装置为同样占地面积的光伏电池、C装置为同样占地面积的本发明设计装置)；在自然日的9：00～17：00来测量的收集电量，将压电片产生的电流整流后存入一个电容，测量电容的SOC(电容容量为2f)来对压电片的发电性能进行测试；将光伏板给蓄电池(蓄电池容量为5kWh)充电，测量蓄电池的SOC来对光伏板的发电性能进行测试。
由上表可以看出，在相同占地面积内，C组和D组的风能和太阳能利用率均高于B组和A组，D组的特殊结构优于C组风能和太阳能利用率。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：包括，
光伏发电组件(100)，所述光伏板(101)以及设置于所述光伏板(101)下方的支撑件(102)；以及，
压电发电组件(200)，与所述支撑件(102)连接。
2.如权利要求1所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述支撑件(102)的底板(102a)位于所述光伏板(101)下方；
其中，所述支撑件(102)还包括支架(102b)，所述支架(102b)设置于所述底板(102a)一侧。
3.如权利要求2所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述支架(102b)还包括第一板体(102b-1)和第二板体(102b-2)，所述第一板体(102b-1)与第二板体(102b-2)交叉设置。
4.如权利要求2或3所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述压电发电组件(200)的第一压电发电块(201)一端与所述支架(102b)连接。
5.如权利要求4所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述底板(102a)和支架(102b)采用塑料材料制成。
6.如权利要求5所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述压电发电组件(200)还包括第一连接块(202)、第二压电发电块(203)和第二连接块(204)，所述第一压电发电块(201)的另一端与所述第一连接块(202)连接，所述第二压电发电块(203)的两端分别所述第二连接块(204)和远离所述第一压电发电块(201)一侧的第二连接块(204)连接。
7.如权利要求5或6所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述第一压电发电块(201)与第二压电发电块(203)呈一定角度设置。
8.如权利要求7所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：所述第一连接块(202)与第二连接块(204)平行设置。
9.如权利要求8所述的集压电效应和光伏利用为一体的建筑外墙发电系统，其特征在于：还包括基板(300)，所述第二连接块(204)设置于所述基板(300)上。
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