CN114151263A - 一种波浪能-光能混合发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波浪能‑光能混合发电装置，包括球体外壳、波浪能发电模块、太阳能发电模块和集电模块，球体外壳用作支撑结构，漂浮在水面上；波浪能发电模块设于球体外壳内，用于利用波浪能发电；太阳能发电模块包括包裹于球体外壳外表面的光伏板；集电模块用于收集波浪能发电模块和太阳能发电模块所发电量；所述波浪能发电模块包括设于球体外壳内中心处的撞击球体和设于撞击球体四周的若干摩擦发电单元，所述摩擦发电单元包括形成摩擦副的第一摩擦体和第二摩擦体，第一摩擦体和第二摩擦体的摩擦面上设有成对的摩擦发电材料。本发明综合利用波浪能与光能，有效提高能源采集效率，有利于海洋环境下的节能减排。

Description

一种波浪能-光能混合发电装置
技术领域
本发明属于新能源发电领域，涉及一种混合发电技术，具体涉及一种波浪能-光能混合发电装置。
背景技术
随着能源需求的提高，煤炭和石油等化石能源成本提高，而太阳能、波浪能、风能等清洁能源的成本要相对低廉很多，公众对节能减排越来越重视，清洁能源的开发和利用愈发成为当今能源领域的重要研究内容。其中海洋能源不可忽视，对其进行开发利用十分必要。
作为一种清洁能源，波浪能具有储量大、可再生、分布广等特点，但由于其大小、方向都极具随机性，需要一种结构简单、成本方便、实用性强的发电装置实现有效的能量回收。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种波浪能-光能混合发电装置，解决波浪能、光能利用效率低的问题，并通过能源调度提高储能效率；
本发明为解决上述技术问题，所采取的技术方案为；
本发明提供一种波浪能-光能混合发电装置，包括：
球体外壳，用作支撑结构，漂浮在水面上；
波浪能发电模块，设于球体外壳内，用于利用波浪能发电；
太阳能发电模块，包括包裹于球体外壳外表面的光伏板；
集电模块，用于收集波浪能发电模块和太阳能发电模块所发电量。
所述波浪能发电模块基于摩擦发电原理，包括设于球体外壳内中心处的撞击球体和设于撞击球体四周的若干摩擦发电单元，所述摩擦发电单元包括形成摩擦副的第一摩擦体和第二摩擦体，第一摩擦体和第二摩擦体的摩擦面上设有成对的摩擦发电材料，成对的摩擦发电材料分别与集电模块相连，其中第一摩擦体能与撞击球体相互作用，第二摩擦体固定于球体外壳内壁，且摩擦副的方向为球体外壳径向设置。
本发明有益效果如下
本发明太阳能发电模块利用球体自身物理性质有效减少太阳高度角偏移对太阳能能量转换效率所产生的影响。
本发明利用球体无方向性，解决了波浪能利用过程中方向定位困难的问题，实现了对波浪能多方向利用；本发明采用采集波浪能时能同时采集太阳能，实现了全方位、高效率进行能量的采集和转换；有效提高能源采集效率，有利于海洋环境下的节能减排。
附图说明
图1是本发明实施例中波浪能-光能混合发电装置整体示意图；
图2是本发明实施例中波浪能-光能混合发电装置球体外壳部分切除示意图；
图3是本发明实施例中波浪能-光能混合发电装置切除一半示意图；
图4是本发明实施例中摩擦发电单元内部示意图。
1-球体外壳，2-撞击球体，3-摩擦发电单元，31-活塞柱体，32-摩擦筒体，33-复位弹簧， 34-导向孔，35-销轴，36-撞击部，4-光伏板，5-接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1至图4所示，本发明提供一种波浪能-光能混合发电装置，包括：
球体外壳1，用作支撑结构，漂浮在水面上；
波浪能发电模块，设于球体外壳1内，用于利用波浪能发电；
太阳能发电模块，包括包裹于球体外壳1外表面的光伏板4；
集电模块，用于收集波浪能发电模块和太阳能发电模块所发电量。
作为一种具体实施例，集电模块至少包括一蓄电池(图中未画出)。
如图3和图4作为一种具体实施例，所述波浪能发电模块基于摩擦发电原理，包括设于球体外壳1内中心处的撞击球体2和设于撞击球体2四周的若干摩擦发电单元3，所述摩擦发电单元3包括形成摩擦副的第一摩擦体和第二摩擦体(图中未画出)，第一摩擦体和第二摩擦体的摩擦面上设有成对的摩擦发电材料，成对的摩擦发电材料分别与集电模块相连，其中第一摩擦体能与撞击球体2相互作用，第二摩擦体固定于球体外壳1内壁，且摩擦副的方向为球体外壳1径向设置。
作为一种优选实施例，如图4所示，所述第一摩擦体为活塞柱体31，第二摩擦体为摩擦筒体32，所述活塞柱体31能自由滑动的装配在摩擦筒体32内形成摩擦副，活塞柱体31外表面设有第一摩擦发电材料，相应的摩擦筒体32内壁设有第二摩擦发电材料。
作为一种优选实施例，如图3和图4所示，所述撞击球体2可以与第一摩擦体活接相连，也以不相连，比如可以在活塞柱体31端部设置截面变大的撞击部36。
作为优选实施例，成对的摩擦发电材料的材料类型不同，并且均选自聚酰亚胺、聚酯纤维、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、尼龙、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯和驻极体材料中的一种或多种。
作为优选实施例，成对的摩擦发电材料选聚酯纤维材料与聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料，两种材料分别设于活塞柱体31外表面和摩擦筒体32内壁，且位置可以互换，聚酯纤维材料层与聚二甲基硅氧烷材料层分别通过导线与蓄电池相连，进行摩擦发电收集，当然一般情况下为了提高电量收集效率，会在中间增加充电电路，即聚酯纤维材料层与聚二甲基硅氧烷材料层通过充电电路与蓄电池相连。
作为优选实施例，如图3和图4所示，所述活塞柱体31端部和摩擦筒体32内底部之间设有复位弹簧33，通过复位弹簧33保证活塞柱体31相对于摩擦筒体32处于一个初始平衡位置，也即是撞击球体2在球体外壳1内处于初始平衡位置。
作为优选实施例，复位弹簧33两端分别与活塞柱体31端部和摩擦筒体32内底部固定相连，比如过导向孔34与销轴35固定，实现活塞柱体31单自由度运动，避免活塞柱体31回弹超行程，提升产品安全性。
作为优选实施例，通过选择复位弹簧33的初始位置，使得撞击球体2的初始平衡位置处于球体外壳1内中心处。
作为优选实施例，所述撞击球体2为具有一定质量的配重球体，一般来说撞击球体2大于每个摩擦发电单元3的质量，但是不超过波浪能-光能混合发电装置的一半。
作为优选实施例，所述摩擦发电单元3有10-36个，均匀分布在撞击球体2四周，本实施例中最优为20。
作为优选实施例，所述光伏板4为设于球体外壳1外表面的柔性光伏板或光伏涂层；光伏板4也通过充电电路与蓄电池相连，光伏板4的充电电路和摩擦发电单元3的充电电路既可以分开设置，也可以一起设置，采用现有技术即可。
作为优选实施例，所述球体外壳1内可以设置一个或者多个蓄电池(图中未画出)，蓄电池固定在球体外壳1内壁，且避开波浪能发电模块，防止对波浪能发电造成干扰，当然球体外壳1内也可以不设置蓄电池，比如多个波浪能-光能混合发电装置公用一个蓄电池，多个波浪能-光能混合发电装置通过设于球体外壳1上的接口5，将所发电量收集起来。
作为优选实施例，可以在球体外壳1上设置偏心的配重，这样可以使得球体外壳1内在漂浮时保持一个姿态，这样光伏板4就可以只覆盖球体外壳1上部的大部分，而无需覆盖所有部分，可以节省成本。
作为优选实施例，所述球体外壳1采用分体式制造，通过螺栓或者其他连接件密封连接起来，保证内部与外界隔离，不透水。
本发明使用和发电原理如下：
对于单个波浪能-光能混合发电装置，将波浪能-光能混合发电装置置于水中(一般为海水)，由于波浪能-光能混合发电装置整体外形为球体外壳1的球形，因此大部分都露在水面上，露出部分的光伏板4进行太阳能发电，并通过集电模块进行收集；球体外壳1随着波浪进行起伏或者翻滚，而球体外壳1内的撞击球体2由于惯性产生滞后运动，这样撞击球体2 与球体外壳1之间就发生相对位移，撞击相应摩擦发电单元3的第一摩擦体，迫使被撞击的摩擦发电单元3的第一摩擦体和第二摩擦体发生相对运动，进行摩擦发电，撞击结束后，该摩擦发电单元3可以在复位弹簧33的作用下复位，再次发电，依次类推，随着波浪的起伏，撞击球体2不断的撞击各个摩擦发电单元3，使得摩擦发电单元3交替或者同时发电，电量被集电模块进行收集。本发明可以将波浪能-光能混合发电装置所发的电就地使用给海上设备，比如航标灯之类供电，也可以通过导线连接，将波浪能-光能混合发电装置传输给陆地或者海上平台使用。也可以投放多个波浪能-光能混合发电装置，将多个波浪能-光能混合发电装置之间通过导线相连收集电量，组成具有一定功率的发电系统。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种波浪能-光能混合发电装置，其特征在于，包括：
球体外壳，用作支撑结构，漂浮在水面上；
波浪能发电模块，设于球体外壳内，用于利用波浪能发电；
太阳能发电模块，包括包裹于球体外壳外表面的光伏板；
集电模块，用于收集波浪能发电模块和太阳能发电模块所发电量。
2.根据权利要求1所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述波浪能发电模块基于摩擦发电原理，包括设于球体外壳内中心处的撞击球体和设于撞击球体四周的若干摩擦发电单元，所述摩擦发电单元包括形成摩擦副的第一摩擦体和第二摩擦体，第一摩擦体和第二摩擦体的摩擦面上设有成对的摩擦发电材料，成对的摩擦发电材料分别与集电模块相连，其中第一摩擦体能与撞击球体相互作用，第二摩擦体固定于球体外壳内壁，且摩擦副的方向为球体外壳径向设置。
3.根据权利要求2所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述第一摩擦体为活塞柱体，第二摩擦体为摩擦筒体，所述活塞柱体能自由滑动的装配在摩擦筒体内形成摩擦副，活塞柱体外表面设有第一摩擦发电材料，相应的摩擦筒体内壁设有第二摩擦发电材料。
4.根据权利要求3所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述活塞柱体端部和摩擦筒体内底部之间设有复位弹簧，通过复位弹簧保证活塞柱体相对于摩擦筒体处于一个初始平衡位置，也即是撞击球体在球体外壳内处于初始平衡位置。
5.根据权利要求2所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述撞击球体为具有一定质量的配重球体。
6.根据权利要求2-5任意一项所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述摩擦发电单元有10-36个，均匀分布在撞击球体四周。
7.根据权利要求1所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述光伏板为设于球体外壳外表面的柔性光伏板或光伏涂层。
8.根据权利要求2-5任意一项所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述集电模块包括蓄电池，所述波浪能发电模块和光伏板通过充电电路与蓄电池相连。
9.根据权利要求8所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：所述球体外壳上设有用于电量收集或外放的接口。
10.根据权利要求2-5任意一项所述的波浪能-光能混合发电装置，其特征在于：成对的摩擦发电材料的材料类型不同，并且均选自聚酰亚胺、聚酯纤维、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚乙烯醇缩丁醛、尼龙、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯和驻极体材料中的一种或多种。
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