DE102011086256A1 - Wave energy converter with electroactive polymers - Google Patents

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Benjamin Hagemann
Matthias Grauer
Istvan Denes
Metin Koyuncu
Gabriele Michalke
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellenenergiewandler (20) zur Gewinnung elektrischer Energie. Der Wellenenergiewandler (20) umfasst einen Bereich (22), der einem Gewässer (10) mit Wellengang (11) offen zugewandt ist, und mit einen beweglichen flächigen Druckkraftaufnehmer (24) versehen ist. Der Druckkraftaufnehmer (24) verfügt über eine dem Gewässer (10) zugewandte erste Seite (25) und eine dem Gewässer (10) abgewandte zweiten Seite (27). Ferner weist der Wellenenergiewandler (20) ein elektrisch-mechanisches Wandlermodul (28) auf, das mit dem Druckkraftaufnehmer (24) mechanisch gekoppelt (36) ist. Das Wandlermodul (28) ist zu einer Umwandlung einer Eigenbewegung (44) des Druckkraftaufnehmers (24) in elektrische Spannung ausgebildet, wobei das Wandlermodul (28) als mindestens ein elektroaktives Polymer (30) ausgebildet istThe invention relates to a wave energy converter (20) for obtaining electrical energy. The wave energy converter (20) comprises a region (22), which faces a body of water (10) with a swell (11), and is provided with a movable flat pressure force transducer (24). The pressure force transducer (24) has a first side (25) facing the body of water (10) and a second side (27) facing away from the body of water (10). Furthermore, the wave energy converter (20) has an electrically-mechanical transducer module (28) which is mechanically coupled (36) to the pressure force transducer (24). The converter module (28) is designed to convert a proper movement (44) of the pressure force transducer (24) into electrical voltage, wherein the transducer module (28) is designed as at least one electroactive polymer (30)

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Wellenenergiewandler, der den Wellengang eines Gewässers nutzt, um elektrische Energie zu erzeugen.The invention relates to a wave energy converter that uses the swell of a body of water to generate electrical energy.

DE 10 2009 058 984 A1 offenbart einen elektroaktiven Polymergenerator zur Wandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie. Eine Mehrzahl dieser wird in Wellenenergieanlagen zur Gewinnung elektrischer Energie eingesetzt. Ein elektroaktiver Polymergenerator umfasst eine Elektrode, eine Gegenelektrode und ein dielektrisches Elastomer, das mittels eines Kopplungselements und einem Verbindungselement, mit einem Schwimmkörper mechanisch verbunden ist. Der Schwimmkörper schwimmt auf einer Wasseroberfläche und folgt der Wellenbewegung auf der Wasseroberfläche. Die Bewegung des Schwimmkörpers wird auf den Polymergenerator übertragen und in Dehnzustände umgesetzt. Dabei erfasst ein Beschleunigungssensor die Bewegung des Polymergenerators und übertragt die Messdaten über eine Signalleitung an eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist mit einer Generatorschaltung verbunden, die Elektroden im Polymergenerator entlädt. Dadurch wird die gewonnene elektrische Energie für eine Einspeisung in eine Ladebatterie, einen Zwischenspeicher oder ein Netz nutzbar gemacht. DE 10 2009 058 984 A1 discloses an electroactive polymer generator for converting mechanical energy into electrical energy. A majority of these are used in wave energy systems for the production of electrical energy. An electroactive polymer generator comprises an electrode, a counter electrode and a dielectric elastomer which is mechanically connected to a float by means of a coupling element and a connecting element. The float floats on a water surface and follows the wave motion on the water surface. The movement of the float is transferred to the polymer generator and converted into Dehnzustände. In this case, an acceleration sensor detects the movement of the polymer generator and transmits the measured data via a signal line to a control unit. The control unit is connected to a generator circuit which discharges electrodes in the polymer generator. As a result, the recovered electrical energy is harnessed for feeding into a charging battery, a buffer or a network.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenenergiewandler weist einen Bereich auf, der einem Gewässer mit Wellengang zugewandt ist. Der Bereich weist Wandungen auf, die so ausgebildet sind, dass Wasser in den Bereich eintreten kann. In dem Bereich ist ein flächiger Druckkraftaufnehmer aufgenommen, der im Bereich, der dem Gewässer mit Wellengang zugewandt ist, linear beweglich ist. Der Druckkraftaufnehmer steht hierbei in Kontakt mit dem Wasser, und nimmt Druckkräfte auf, die im Gewässer infolge des Wellengangs entstehen. Die Druckkräfte auf den Druckaufnehmer sind durch die Wellencharakteristik zeitlich nicht konstant. Der Wellengang bewirkt eine periodische Bewegung des Druckkraftaufnehmers. Dabei ist der Druckkraftaufnehmer mechanisch mit einem Wandlermodul gekoppelt. Das Wandlermodul nimmt die Eigenbewegung des Druckkraftaufnehmers auf, wodurch im Wandlermodul Verformungen, etwa Dehnungen und/oder Stauchungen auftreten. Das Wandlermodul setzt die Verformungen in elektrische Energie um. Das Wandlermodul ist als ein elektroaktives Polymer ausgebildet. The wave energy converter proposed according to the invention has an area which faces a watershed. The area has walls that are designed so that water can enter the area. In the area, a two-dimensional force transducer is included, which is linearly movable in the area, which faces the waters with swell. The pressure force transducer is in contact with the water, and absorbs pressure forces that arise in the water due to the swell. The pressure forces on the pressure transducer are not constant over time due to the wave characteristics. The swell causes a periodic movement of the pressure force transducer. The pressure transducer is mechanically coupled to a transducer module. The converter module absorbs the inherent movement of the pressure force transducer, as a result of which deformations, for example strains and / or compressions, occur in the converter module. The converter module converts the deformations into electrical energy. The transducer module is designed as an electroactive polymer.

Des Weiteren kann der Energiewandler so ausgeführt sein, dass das elektroaktive Polymer aus einer Mehrzahl von elektroaktiven Polymeren ausgebildet ist, die in einer Stapelanordnung angebracht sind. Eine derartige Stapelanordnung erhöht die Ausbeute an elektrischer Energie, die aus dem Wellengang erzielt wird. Insbesondere kann der Wellenenergiewandler derart ausgeführt sein, dass der Druckaufnehmer welleninduzierte Druckkräfte, die durch das Gewässer mit Wellengang ausgeübt werden, in eine geradlinige Eigenbewegung umsetzt. Ferner wird eine Ausführungsform bevorzugt, in der das Wandlermodul auf einer Rückseite, die dem Druckaufnehmer abgewandt ist, stationär gegengelagert ist. Furthermore, the energy converter may be configured such that the electroactive polymer is formed from a plurality of electroactive polymers mounted in a stacked configuration. Such a stack arrangement increases the yield of electrical energy that is obtained from the waves. In particular, the wave energy converter can be designed such that the pressure transducer converts wave-induced compressive forces that are exerted by the waters with swell into a rectilinear self-motion. Furthermore, an embodiment is preferred in which the converter module is mounted in a stationary manner on a rear side which faces away from the pressure sensor.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich, der dem Gewässer mit Wellengang zugewandt ist, im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Der Druckkraftaufnehmer ist hierbei horizontal ausgerichtet, und verschließt den Bereich, der dem Gewässer zugewandt ist, im Wesentlichen wasserdicht. Auf einer dem Gewässer zugewandten ersten Seite des Druckkraftaufnehmers umschließt die Wandung des Bereichs, der dem Gewässer zugewandt ist, einen Teil des Gewässers. Der Druckkraftaufnehmer nimmt im Betrieb Druckkräfte auf, die infolge einer vertikalen Komponente der Wellenbewegung entstehen. In one embodiment of the invention, the area facing the tidal waters is oriented substantially vertically. The pressure force transducer is aligned horizontally, and closes the area that faces the water, substantially waterproof. On a first side of the pressure force transducer facing the body of water, the wall of the area facing the body of water surrounds part of the body of water. The pressure transducer absorbs pressure forces during operation that arise as a result of a vertical component of the wave motion.

Alternativ kann der Bereich, der dem Gewässer zugewandt ist, horizontal ausgerichtet sein, und der Druckkraftaufnehmer den Bereich vertikal stehend an den Rändern im Wesentlichen wasserdicht verschließen. Auf einer dem Gewässer zugewandten ersten Seite des Druckkraftaufnehmers umschließt die Wandung einen Teil des Gewässers mit Wellengang. Der Bereich, der dem Gewässer zugewandt ist, befindet sich hierbei vollständig unter dem Wasserspiegel des Gewässers. Der Druckkraftaufnehmer nimmt hierbei Kräfte auf, die infolge einer horizontalen Komponente einer Wellenbewegungen des Gewässers verursacht werden. Alternatively, the area facing the body of water may be oriented horizontally, and the pressure force transducer may close the area standing vertically upright at the edges substantially watertight. On a first side of the pressure force transducer facing the body of water, the wall encloses part of the body of the water with swell. The area facing the water is completely below the water level of the water body. The pressure transducer absorbs forces that are caused as a result of a horizontal component of a wave movements of the water.

Ferner kann der Wellenenergiewandler derart ausgebildet sein, dass das Wandlermodul sich auf einer zweiten Seite des Druckkraftaufnehmers befindet, die dem Gewässer mit Wellengang abgewandt ist. Das Wandlermodul tritt dadurch nicht in Kontakt mit Wasser, und kann unter kontrollierten Betriebsbedingungen eingesetzt werden. Furthermore, the wave energy converter can be designed such that the converter module is located on a second side of the pressure force transducer, which faces away from the waters with swell. The transducer module will not contact water and may be used under controlled operating conditions.

Der Wellenenergiewandler kann alternativ derart ausgebildet sein, dass der Druckkraftaufnehmer als Schwimmkörper ausgebildet ist. Der Schwimmkörper schwimmt hierbei an der Oberfläche des Gewässers, und folgt dessen Wellenbewegungen. Der Schwimmkörper ist über einen Hebel mit dem Wandlermodul gekoppelt, und überträgt mittels des Hebels die Wellenbewegung des Gewässers auf das Wandlermodul. The wave energy converter may alternatively be designed such that the pressure force transducer is designed as a floating body. The float floats on the surface of the water, and follows its wave movements. The float is coupled via a lever to the transducer module, and transmits by means of the lever, the wave motion of the water body on the transducer module.

Der Wellenenergiewandler wird bevorzugt an einer Küste installiert, wobei das Gewässer mit Wellengang ein Meer ist. Die elektrische L, die das Wandlermodul im Betrieb erzeugt, wird mittels einer Leistungselektronik in eine elektrische Leistung umgewandelt, die in ein Stromnetz eingespeist werden kann. Die Installation des erfindungsgemäßen Wellenenergiewandlers an einer Küste ermöglicht eine einfache Anbindung an ein Stromnetz, und erlaubt eine einfache Wartung des Wellenenergiewandlers. Ferner können mehrere derartige Wellenenergiewandler zu einem Wellenenergiekraftwerk zusammengefasst werden. The wave energy converter is preferably installed on a coast, where the waters with swell is a sea. The electrical L that generates the converter module in operation is converted by means of power electronics into an electrical power that can be fed into a power grid. The installation of the wave energy converter according to the invention on a coast allows easy connection to a power grid, and allows easy maintenance of the wave energy converter. Furthermore, several such wave energy converters can be combined to form a wave energy power plant.

Alternativ können mehrere Wellenenergiewandler zu einem Wellenenergiekraftwerk zusammengefasst werden, das als schwimmendes Kraftwerk ausgebildet ist. Hierbei schwimmt mindestens ein Wellenenergiewandler auf einer Wasseroberfläche eines Gewässers. Alternatively, several wave energy converters can be combined to form a wave energy power plant, which is designed as a floating power plant. Here, at least one wave energy converter floats on a water surface of a body of water.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Wellenenergiewandler nutzt einen flächigen Druckkraftaufnehmer, der in einen Bereich vorgesehen ist, der dem Gewässer zugewandt ist. Der flächige Druckaufnehmer ist wartungsarm und erlaubt der flächige Druckkraftaufnehmer die Nutzung hydrostatischer Kräfte, die schon bei geringem Wellengang relativ groß sind. Durch das Aufnehmen hoher Kräfte kann eine hohe Energieausbeute des Wellenenergiewandlers erreicht werden. Ferner macht sich der erfindungsgemäße Wellenenergiewandler elektroaktive Polymere zur Wandlung von mechanischer in elektrischer Energie zunutze. Elektroaktive Polymere können hohe Dehnungen erreichen, und können mechanisch verhältnismäßig stark verformt werden. Dadurch sind elektroaktive Polymere in der Lage, den Wellenbewegungen zu folgen, und diese in elektrische Energie umzuwandeln. Des Weiteren weisen elektroaktive Polymere eine Eigenfrequenz auf, die in einem Größenbereich liegt, der der Periodendauer einer Welle entspricht. Eine Dehnungslänge eines elektroaktiven Polymers liegt im gleichen Größenbereich wie eine Länge eines Wellenhubs. Ferner sind elektroaktive Polymere in der Lage, eine hohe Energiedichte bei der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie zu erreichen, wodurch bereits mit geringen Mengen von elektroaktivem Polymer große Energiemengen umgewandelt werden können. Dabei geschieht die Energieumwandlung mit hoher Effektivität, die unabhängig von der Dehnung des elektroaktiven Polymers ist. Des Weiteren sind elektroaktive Polymere nicht giftig, und sind korrosionsbeständig. Ferner halten elektroaktive Polymere einer hohen Zahl von Spannungs- und Entspannungszyklen stand, weisen eine niedrige Dichte auf, und sind preisgünstig herzustellen. Dadurch können elektroaktive Polymere gefahrlos in großtechnischem Maßstab eingesetzt werden. Die Korrosionsbeständigkeit erlaubt, elektroaktive Polymere auch ohne besondere Schutzmaßnahmen in Umgebungen einzusetzen, die aufgrund ihrer Feuchtigkeit, Luftfeuchtigkeit oder ihres Salzgehaltes der Luft ein hohes Korrosionsrisiko bergen. Elektroaktive Polymere eignen sich dadurch für den Einsatz in Küstennähe oder auf dem offenen Meer. Ferner sind elektroaktive Polymere in Stapelanordnungen einzubringen, wodurch leistungsfähige Wandlermodule herstellbar sind. Dabei sind die elektroaktiven Polymere jeweils mit einer Elektrode aus einem leitfähigen Material beschichtet.The wave energy converter according to the invention uses a flat pressure force transducer, which is provided in an area which faces the water. The flat pressure transducer is low maintenance and allows the flat pressure transducer the use of hydrostatic forces that are relatively large even at low swell. By absorbing high forces, a high energy yield of the wave energy converter can be achieved. Furthermore, the wave energy converter according to the invention makes use of electroactive polymers for the conversion of mechanical energy into electrical energy. Electroactive polymers can reach high strains and can be mechanically deformed relatively heavily. As a result, electroactive polymers are able to follow the wave motions and convert them into electrical energy. Furthermore, electroactive polymers have a natural frequency which is in a size range corresponding to the period of a wave. An elongation length of an electroactive polymer is in the same size range as a length of a shaft stroke. Furthermore, electroactive polymers are able to achieve a high energy density in the conversion of mechanical energy into electrical energy, which can be converted even with small amounts of electroactive polymer large amounts of energy. The energy conversion is done with high efficiency, which is independent of the elongation of the electroactive polymer. Furthermore, electroactive polymers are non-toxic and are corrosion resistant. Furthermore, electroactive polymers withstand a high number of stress and relaxation cycles, have a low density, and are inexpensive to manufacture. As a result, electroactive polymers can be safely used on an industrial scale. The corrosion resistance allows electroactive polymers to be used without special protective measures in environments that are highly susceptible to corrosion due to their humidity, humidity or salinity. Electroactive polymers are thus suitable for use near the coast or on the open sea. Furthermore, electroactive polymers are to be introduced in stack arrangements, as a result of which efficient converter modules can be produced. The electroactive polymers are each coated with an electrode made of a conductive material.

Die Umsetzung von welleninduzierten Druckkräften durch den Druckaufnehmer in geradlinige Eigenbewegungen gewährleistet eine optimale Anregung des elektroaktiven Polymers. Elektroaktive Polymere wandeln Dehn- und Stauchbewegungen in elektrische Energie um, wobei eine geradlinige Beanspruchung die höchste Umwandlungseffizienz bietet. Der erfindungsgemäße Wellenenergiewandler erlaubt dadurch eine verbesserte Umsetzung von Druckkräften in elektrische Energie. Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenenergiewandlers, in dem der Bereich, der dem Gewässer zugewandt ist, vertikal ausgerichtet ist, erlaubt hierbei die vertikale Komponente eines Wellengangs in Eigenbewegung umzusetzen. Wellen, die vertikale Kraftkomponenten aufweisen, werden dadurch effizient erfasst, und energetisch nutzbar gemacht. Ferner gewährleistet der wasserdichte Verschluss des Bereichs, der dem Gewässer zugewandt ist, durch den Druckkraftaufnehmer eine maximale Druckdifferenz auf beiden Seiten des Druckkraftaufnehmers. Hierdurch wird die Eigenbewegung des Druckkraftaufnehmers maximiert. Der Bereich, der dem Gewässer zugewandt ist, erstreckt sich teilweise unter dem Wasserspiegel des Gewässers, wodurch gewährleistet ist, dass jegliche Wellenbewegung des Gewässers zu einer Auslenkung des Druckkraftaufnehmers führt. Dabei verwirklicht der erfindungsgemäße Wellenenergiewandler das Prinzip einer oszillierenden Wassersäule bzw. Oscillating Water Column (OWC). The implementation of wave-induced pressure forces by the pressure transducer in linear proper movements ensures optimum excitation of the electroactive polymer. Electroactive polymers convert strain and compression into electrical energy, with straight-line stress providing the highest conversion efficiency. The wave energy converter according to the invention thereby allows an improved conversion of compressive forces into electrical energy. The first embodiment of the wave energy converter according to the invention, in which the area facing the body of water, is vertically aligned, in this case allows to implement the vertical component of a wave motion in self-motion. Waves that have vertical force components are thereby efficiently detected, and made energetically usable. Furthermore, the watertight closure of the area facing the body of water ensures a maximum pressure difference on both sides of the pressure force transducer by the pressure force transducer. As a result, the proper movement of the Druckkraftaufnehmers is maximized. The area that faces the water partially extends below the water level of the water, which ensures that any wave movement of the water leads to a deflection of the pressure force transducer. In this case, the wave energy converter according to the invention realizes the principle of an oscillating water column or Oscillating Water Column (OWC).

In gleicher Art und Weise erlaubt eine zweite Ausführungsform, bei der der Bereich, der dem Gewässer zugewandt ist, im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, eine effiziente Umwandlung der welleninduzierten Druckkräfte, die eine horizontale Kraftkomponente haben, in elektrische Energie. Werden die erste und die zweite Ausführungsform kombiniert, so können welleninduzierte Druckkräfte mit beliebigen Orientierungen genutzt werden, um elektrische Energie zu gewinnen. Hierdurch wird eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie erzielt. Similarly, a second embodiment in which the area facing the waterway is oriented substantially horizontally permits efficient conversion of the wave induced compressive forces having a horizontal force component into electrical energy. If the first and second embodiments are combined, wave-induced compressive forces with arbitrary orientations can be used to obtain electrical energy. As a result, a high efficiency in the conversion of wave energy into electrical energy is achieved.

Ferner erlaubt ein Wellenenergiewandler, bei dem der Druckkraftaufnehmer als Schwimmkörper ausgebildet ist, eine effiziente, einfache und kostengünstige Installation des Wellenenergiewandlers. Eine mechanische Kopplung des Schwimmkörpers mit dem Wandlermodul erlaubt durch Wahl der Hebellängen, die Hubhöhe am Wandlermodul an die Höhe des Wellengangs anzupassen. Ferner wird die Anzahl an Komponenten, die mit Wasser in Kontakt stehen, reduziert. Korrosionsanfällige Komponenten können an Land installiert und geschützt werden. Des Weiteren können an Land installierte Komponenten einfach gewartet und ausgetauscht werden. Der Schwimmkörper ist leicht zugänglich und kann ebenfalls leicht gewartet und ausgetauscht werden.Furthermore, allows a wave energy converter, in which the pressure force transducer is designed as a floating body, an efficient, simple and cost-effective installation of the wave energy converter. A mechanical coupling of the floating body with the transducer module allows by adjusting the lever lengths to adjust the lifting height on the transducer module to the height of the waves. Further, the number of components in contact with water is reduced. Corrosion-prone components can be installed and protected on land. Furthermore, components installed on land can be easily maintained and replaced. The float is easily accessible and can also be easily serviced and replaced.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen dargestellt.The invention will be illustrated below with reference to various embodiments.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenenergiewandlers, 1 shows schematically a first embodiment of the wave energy converter according to the invention,

2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenenergiewandlers, 2 shows schematically a second embodiment of the wave energy converter according to the invention,

3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenenergiewandlers. 3 schematically shows a third embodiment of the wave energy converter according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Ein Wellenenergiewandler 20 nach 1 umfasst einen Bereich 22, der einem Gewässer 10 mit Wellengang 11 zugewandt ist. Der Bereich 22 wird durch eine Wandung 26 begrenzt, die sich teilweise unter dem Wasserspiegel des Gewässers 10 erstreckt. Im Bereich 22 ist ein flächiger Druckkraftaufnehmer 24 aufgenommen, der im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Der flächige Druckkraftaufnehmer 24 schließt den Bereich 22 an Rändern mittels eines Verschlusses 38 im Wesentlichen wasserdicht ab. Hierdurch steht eine erste Seite 25 des Druckkraftaufnehmers 24 mit dem Gewässer 10 in Kontakt, während eine zweite Seite 27 des Druckkraftaufnehmers 24 nicht in Kontakt mit dem Gewässer 10 steht. Der Druckkraftaufnehmer 24 nimmt welleninduzierte Druckkräfte des Gewässers 10 auf, und setzt diese in eine vertikale Eigenbewegung um. Auf der zweiten Seite 27 des Druckkraftaufnehmers 24 ist ein Wandlermodul 28 aufgenommen. Das Wandlermodul 28 ist als eine Stapelanordnung 32 von elektroaktiven Polymeren 30 ausgebildet, und auf einer dem Wandlermodul 28 abgewandten Rückseite 29 mit einem stationären Gegenlager 48 versehen. Eine lineare Eigenbewegung 34 des Druckkraftaufnehmers 24 wird über eine mechanische Kopplung 36 in eine mechanische Verformung, so. z.B. Dehnungen und Stauchungen, des Wandlermoduls 28 umgesetzt. Die Dehnungen und Stauchungen des Wandlermoduls 28 werden hierbei in elektrische Energie umgewandelt. Die mittels des Wandlermoduls 28 gewonnene elektrische Energie wird mittels einer Leistungselektronik 44 weiter elektrisch umgewandelt, und in ein Stromnetz 46 eingespeist. Alternativ kann statt eines Stromnetzes 46 ein Zwischenspeicher für elektrische Energie, beispielsweise eine Batterie, gespeist werden. A wave energy converter 20 to 1 includes an area 22 of a body of water 10 with swell 11 is facing. The area 22 is through a wall 26 limited, in part below the water level of the water body 10 extends. In the area 22 is a flat pressure transducer 24 taken substantially horizontally aligned. The flat pressure force transducer 24 closes the area 22 on edges by means of a closure 38 essentially waterproof. This is a first page 25 of the pressure force transducer 24 with the waters 10 in contact while a second page 27 of the pressure force transducer 24 not in contact with the water 10 stands. The pressure transducer 24 absorbs wave-induced pressure forces of the water body 10 on, and converts them into a vertical proper motion. On the second page 27 of the pressure force transducer 24 is a converter module 28 added. The converter module 28 is as a stack arrangement 32 of electroactive polymers 30 trained, and on a the converter module 28 facing away back 29 with a stationary counter bearing 48 Mistake. A linear self-motion 34 of the pressure force transducer 24 is via a mechanical coupling 36 in a mechanical deformation, so. eg strains and compressions of the transducer module 28 implemented. The strains and compressions of the transducer module 28 are converted into electrical energy. The means of the converter module 28 gained electrical energy is by means of power electronics 44 continue to be converted electrically, and into a power grid 46 fed. Alternatively, instead of a power grid 46 a buffer for electrical energy, such as a battery, are fed.

Der Wellenenergiewandler in 2 weist einen Bereich 22 auf, der dem Gewässer 10 zugewandt ist. Der dem Gewässer 10 zugewandte Bereich 22 ist durch eine Wandung 26 begrenzt, wobei die Wandung 26 einen Teil des Gewässers 10 umschließt. Der Bereich 22 ist dabei im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und ist mit einem vertikal ausgerichteten Druckkraftaufnehmer 24 versehen. Der Druckkraftaufnehmer 24 ist im Bereich 22 beweglich aufgenommen, wobei der Druckkraftaufnehmer 24 an seinem Rand mittels eines Verschlusses 38 den Bereich 22 wasserdicht abschließt. Auf einer dem Gewässer 10 mit Wellengang 11 abgewandten zweiten Seite 27 des Druckkraftaufnehmers 24, ist ein Wandermodul 28 aufgenommen, das als eine Stapelanordnung 32 von elektroaktiven Polymeren 30 ausgebildet ist. Die Stapelanordnung 32 von elektroaktiven Polymeren 30 ist hierbei an einer dem Wandlermodul 28 abgewandten Rückseite 29 mittels eines stationären Gegenlagers 48 befestigt. Ferner ist das Wandlermodul 28 über eine mechanische Kopplung 36 mit dem Druckkraftaufnehmer 24 verbunden. Der Druckkraftaufnehmer 24 nimmt welleninduzierte Druckkräfte in horizontaler Richtung auf, und setzt diese in eine lineare Eigenbewegung 34 um. Mittels der mechanischen Kopplung 36 wird die lineare Eigenbewegung 34 des Druckkraftaufnehmers 24 in mechanische Verformungen, wie Dehnungen und Stauchungen, der Stapelanordnung 32 von elektroaktiven Polymeren 30 umgesetzt. Hierbei wandeln die elektroaktiven Polymere 30 die mechanischen Verformungen in elektrische Energie um. Die hierbei gewonnene elektrische Energie wird mittels einer Leistungselektronik 44 weiter dahingehend umgewandelt, dass die gewonnene elektrische Leistung in ein Stromnetz 46 eingespeist werden kann. Alternativ kann statt des Stromnetzes 46 ein Zwischenspeicher für elektrische Energie, beispielsweise eine Batterie, gespeist werden. The wave energy converter in 2 has an area 22 on, the waters 10 is facing. The water 10 facing area 22 is through a wall 26 limited, with the wall 26 a part of the water 10 encloses. The area 22 is essentially aligned horizontally and is with a vertically oriented pressure force transducer 24 Mistake. The pressure transducer 24 is in the area 22 movably received, whereby the pressure force transducer 24 at its edge by means of a closure 38 the area 22 waterproof closes. On a the water 10 with swell 11 remote second side 27 of the pressure force transducer 24 , is a hiking module 28 recorded as a stacking arrangement 32 of electroactive polymers 30 is trained. The stacking arrangement 32 of electroactive polymers 30 is here at a the converter module 28 facing away back 29 by means of a stationary counter bearing 48 attached. Further, the converter module 28 via a mechanical coupling 36 with the pressure force transducer 24 connected. The pressure transducer 24 absorbs wave-induced pressure forces in the horizontal direction, and sets them in a linear self-motion 34 around. By means of mechanical coupling 36 becomes the linear self-motion 34 of the pressure force transducer 24 in mechanical deformations, such as strains and compressions, the stacking arrangement 32 of electroactive polymers 30 implemented. This is where the electroactive polymers change 30 the mechanical deformations into electrical energy. The electrical energy obtained in this process is achieved by means of power electronics 44 further converted to the fact that the electrical power obtained in a power grid 46 can be fed. Alternatively, instead of the power grid 46 a buffer for electrical energy, such as a battery, are fed.

Die in 3 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellenenergiewandlers weist einen Druckkraftaufnehmer 24 auf, der als Schwimmkörper 42 ausgebildet ist. Der Schwimmkörper 42 schwimmt an der Oberfläche des Gewässers 10 mit Wellengang 11, und setzt dessen Wellenbewegung in eine vertikale lineare Eigenbewegung 34 um. Der Schwimmkörper 42 weist ein drehbares Lager auf, an dem ein Hebel 40 befestigt ist. Des Weiteren ist der Hebel 40 mit einem elektroaktiven Polymer 30 gekoppelt, der sich an Land befindet. Dabei ist das elektroaktive Polymer 30 mittels eines stationären Gegenlagers 48 fest gelagert. Der Hebel 40 überträgt die vertikale lineare Eigenbewegung 34 des Schwimmkörpers 42 auf das elektroaktive Polymer 30, wodurch dieses mechanische verformt wird. Das elektroaktive Polymer 30 wandelt die mechanischen Verformungen in elektrische Energie. Bei der Umwandlung der mechanischen Verformungen in elektrische Energie bewirken die mechanischen Verformungen einen Ladungstransport im elektroaktiven Polymer 30. Der Ladungstransport kann mittels Elektroden abgegriffen werden und als elektrische Energie genutzt werden. Das elektroaktive Polymer 30 kann als dielektrisches, piezoelektrisches, elektrostriktives, ionisches, Polymer, als Flüssigkristall-Polymer, als elektrostriktives Pfropf-Polymer, als elektrorheologische Flüssigkeit oder als ionisches Polymer-Metall-Komposit ausgebildet sein In the 3 illustrated embodiment of the wave energy converter according to the invention has a pressure transducer 24 on, as a float 42 is trained. The float 42 Floats on the surface of the water 10 with swell 11 , and sets its wave motion in a vertical linear motion 34 around. The float 42 has a rotatable bearing on which a lever 40 is attached. Furthermore, the lever 40 with an electroactive polymer 30 coupled, which is located on land. This is the electroactive polymer 30 by means of a stationary counter bearing 48 firmly stored. The lever 40 transmits the vertical linear self-motion 34 of the float 42 to the electroactive polymer 30 , whereby this mechanical is deformed. The electroactive polymer 30 converts the mechanical deformations into electrical energy. In the conversion of the mechanical deformations into electrical energy, the mechanical deformations cause a charge transport in the electroactive polymer 30 , The charge transport can be tapped by means of electrodes and used as electrical energy. The electroactive polymer 30 may be formed as a dielectric, piezoelectric, electrostrictive, ionic, polymer, liquid crystal polymer, electrostrictive graft polymer, electrorheological fluid or ionic polymer-metal composite

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Claims (11)

Wellenenergiewandler (20) zur Gewinnung elektrischer Energie, der einen Bereich (22) umfasst, der einem Gewässer (10) mit Wellengang (11) offen zugewandt ist, und mit einen beweglichen flächigen Druckkraftaufnehmer (24) mit einer dem Gewässer (10) zugewandten ersten Seite (25) und einer dem Gewässer (10) abgewandten zweiten Seite (27) versehen ist, und ein elektrisch-mechanisches Wandlermodul (28) aufweist, das mit dem Druckkraftaufnehmer (24) mechanisch gekoppelt (36) ist, und das Wandlermodul (28) zu einer Umwandlung einer Eigenbewegung (44) des Druckkraftaufnehmers (24) in elektrische Spannung ausgebildet ist, wobei das Wandlermodul (28) als mindestens ein elektroaktives Polymer (30) ausgebildet ist.Wave energy converter ( 20 ) for obtaining electrical energy that covers an area ( 22 ), which belongs to a body of water ( 10 ) with swell ( 11 ) facing open, and with a movable flat pressure transducer ( 24 ) with a the water ( 10 ) facing first side ( 25 ) and one of the waters ( 10 ) facing away from the second side ( 27 ), and an electro-mechanical transducer module ( 28 ), which with the pressure force transducer ( 24 ) mechanically coupled ( 36 ), and the converter module ( 28 ) to a transformation of a self-motion ( 44 ) of the pressure force transducer ( 24 ) is formed in electrical voltage, wherein the converter module ( 28 ) as at least one electroactive polymer ( 30 ) is trained. Wellenenergiewandler (20) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktive Polymer (30) als Stapelanordnung (32) aus mehreren elektroaktiven Polymeren (30) ausgebildet ist, und die elektroaktiven Polymere (30) jeweils mit einer Elektrode aus einem leitfähigen Material beschichtet ist.Wave energy converter ( 20 ) according to claim 1, characterized in that the electroactive polymer ( 30 ) as a stack arrangement ( 32 ) of several electroactive polymers ( 30 ), and the electroactive polymers ( 30 ) is coated in each case with an electrode made of a conductive material. Wellenenergiewandler (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkraftaufnehmer (24) zu einer Umsetzung von welleninduzierten Druckkräften, die das Gewässer (10) mit Wellengang (11) ausübt, in eine lineare Eigenbewegung (34) ausgebildet ist.Wave energy converter ( 20 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure force transducer ( 24 ) on the implementation of wave-induced compressive forces affecting 10 ) with swell ( 11 ), in a linear motion ( 34 ) is trained. Wellenenergiewandler (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlermodul (28) auf einer Rückseite (29), die dem mindestens einen elektroaktiven Polymer (30) abgewandt ist, stationär gegengelagert ist.Wave energy converter ( 20 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the converter module ( 28 ) on a back side ( 29 ) containing the at least one electroactive polymer ( 30 ) facing away, is stationary counter-mounted. Wellenenergiewandler (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (22), der dem Gewässer (10) mit Wellengang (11) zugewandt ist, im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, und durch den Druckkraftaufnehmer (24) im Wesentlichen wasserdicht verschlossen ist, und der dem Gewässer (10) mit Wellengang (11) zugewandtem Bereich (22) eine Wandung (26) aufweist, die einen Teil des Gewässers (10) mit Wellengang umschließt. Wave energy converter ( 20 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the area ( 22 ), which enters the waters ( 10 ) with swell ( 11 ), is oriented substantially vertically, and by the pressure force transducer ( 24 ) is substantially watertight, and that the body of water ( 10 ) with swell ( 11 ) facing area ( 22 ) a wall ( 26 ), which forms part of the water body ( 10 ) encloses with swell. Wellenenergiewandler (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (22), der dem Gewässer mit Wellengang (10) zugewandt ist, eine Wandung (26) aufweist, die sich unterhalb des Wasserspiegels des Gewässers (10) mit Wellengang erstreckt.Wave energy converter ( 20 ) according to claim 5, characterized in that the area ( 22 ), which is the waters with swell ( 10 ), a wall ( 26 ) located below the water level of the water body ( 10 ) with swell. Wellenenergiewandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (22), der dem Gewässer mit Wellengang (10) zugewandt ist, im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, und unterhalb des Wasserspiegels des Gewässers (10) mit Wellengang ausgebildet ist, wobei der Bereich (22), der dem Gewässer (10) mit Wellengang zugewandt ist, durch den Druckkraftaufnehmer (24) im Wesentlichen wasserdicht verschlossen ist.Wave energy converter according to claim 1 to 4, characterized in that the range ( 22 ), which is the waters with swell ( 10 ), is oriented substantially horizontally, and below the water level of the body of water ( 10 ) is formed with swell, the area ( 22 ), which enters the waters ( 10 ) with swell, by the pressure force transducer ( 24 ) is sealed substantially watertight. Wellenenergiewandler (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlermodul (28) auf einer dem Gewässer (10) mit Wellengang abgewandten zweiten Seite (27) des Druckkraftaufnehmers (24) angeordnet ist.Wave energy converter ( 20 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the converter module ( 28 ) on one of the waters ( 10 ) facing away from swell second side ( 27 ) of the pressure force transducer ( 24 ) is arranged. Wellenenergiewandler (20) nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkraftaufnehmer (24) über einen Hebel (40) mit dem Wandlermodul (28) gekoppelt ist, und der Druckkraftaufnehmer (24) als Schwimmkörper (42) ausgebildet ist.Wave energy converter ( 20 ) according to claim 1 or 4, characterized in that the pressure force transducer ( 24 ) via a lever ( 40 ) with the converter module ( 28 ), and the pressure transducer ( 24 ) as a floating body ( 42 ) is trained. Wellenenergiewandler (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenenergiewandler (20) an einer Küste installiert ist, und das Gewässer (10) mit Wellengang ein Meer ist, wobei die elektrische Spannung des Wandlermoduls (28) mittels einer Leistungselektronik (44) in elektrische Leistung umgewandelt und in ein Stromnetz (46) eingespeist wird.Wave energy converter ( 20 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the wave energy converter ( 20 ) is installed on a coast, and the waters ( 10 ) is a sea with swell, wherein the electrical voltage of the transducer module ( 28 ) by means of power electronics ( 44 ) converted into electrical power and into a power grid ( 46 ) is fed. Wellenenergiekraftwerk, das mindestens einen Wellenenergiewandler (20) nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, wobei die Wellenenergiewandler (20) auf dem Gewässer mit Wellengang (10) schwimmen.Wave energy power plant, the at least one wave energy converter ( 20 ) according to any one of claims 1 to 9, wherein the wave energy converters ( 20 ) on the waters with swell ( 10 ) swim.
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