采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠同時利用海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)的問題。該系統(tǒng)包括：海洋能發(fā)電機、太陽能組件和儲能裝置；海洋能發(fā)電機包括用于將機械能轉(zhuǎn)化為電能的至少一個納米摩擦發(fā)電機；太陽能組件由多個太陽能電池組成，多個太陽能電池以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接形成太陽能組件的至少兩個輸出端，其中每個太陽能電池為由半導體材料所形成的PN結(jié)式結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元；儲能裝置與納米摩擦發(fā)電機的輸出端和太陽能組件的至少兩個輸出端相連，用于對納米摩擦發(fā)電機輸出的電能和太陽能組件輸出的電能進行存儲。
【專利說明】采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及納米【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在日常生活中，人們利用太陽能發(fā)電為較常見的方法。
[0003]其中，海洋能發(fā)電主要是指利用海洋所蘊藏的能量發(fā)電。海洋的能量包括海流動能、海洋熱能、潮汐能和波浪能等。其中應(yīng)用較多的為潮汐能和波浪能。潮汐是指因月球引力的變化引起的海平面周期性升降的現(xiàn)象，潮汐能是指因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量；波浪是指由于風和水的重力作用形成的起伏運動，波浪能是指波浪所具有的動能和勢能。雖然海洋中蘊藏著大量的能量，但是目前利用海洋能發(fā)電的技術(shù)尚不夠成熟，且使用海洋能發(fā)電機發(fā)電時，其條件局限性較強，在海面平靜的情況下則無法進行正常發(fā)電，以致影響生活用電的穩(wěn)定。
[0004]太陽能發(fā)電系統(tǒng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，此方法能量轉(zhuǎn)化率高，但應(yīng)用時間范圍小，晚上或陰雨天氣不能使用。
[0005]介于上述情況，采用太陽能發(fā)電與海洋能發(fā)電機兩者結(jié)合發(fā)電則能互補其中的不足，但是目前尚沒有一種發(fā)電系統(tǒng)能夠同時利用海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的實用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠同時利用海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)的問題。
[0007]—種采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)，包括:海洋能發(fā)電機、太陽能組件和儲能裝置；海洋能發(fā)電機包括用于將機械能轉(zhuǎn)化為電能的至少一個納米摩擦發(fā)電機；太陽能組件由多個太陽能電池組成，多個太陽能電池以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接形成太陽能組件的至少兩個輸出端，其中每個太陽能電池為由半導體材料所形成的PN結(jié)式結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元；儲能裝置與納米摩擦發(fā)電機的輸出端和太陽能組件的至少兩個輸出端相連，用于對納米摩擦發(fā)電機輸出的電能和太陽能組件輸出的電能進行存儲。
[0008]本實用新型提供的采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電與太陽能發(fā)電組合的發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)了波浪能、潮汐能和太陽能的多重收集利用，能夠同時利用海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電，因此能夠兼具海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電的優(yōu)勢。這不僅節(jié)約了能源，而且清潔環(huán)保，保護了環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1a和圖1b分別示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例一的內(nèi)部剖視圖和立體圖；[0010]圖1c示出了示例一中的海洋能發(fā)電機的內(nèi)部設(shè)置有多個撞擊部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖1d示出了示例一中的海洋能發(fā)電機具有多個殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例二的內(nèi)部剖視圖；
[0013]圖3a至圖3d示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例三的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖4a至圖4d示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例四的結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖5為本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)的一實施例的電路原理示意圖；
[0016]圖6為本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)的又一實施例的電路原理不意圖；
[0017]圖7a和圖7b分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第一種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖8a至圖8b分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第二種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖8c示出了納米摩擦發(fā)電機的第二種結(jié)構(gòu)的具有彈性部件作為支撐臂的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖9a和圖9b分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第三種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖1Oa和圖1Ob分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第四種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為充分了解本實用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實施方式，對本實用新型做詳細說明，但本實用新型并不僅僅限于此。
[0023]針對現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠同時利用海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)的問題，本實用新型提供了一種采用納米摩擦發(fā)電機作為核心部件的海洋能發(fā)電機與太陽能發(fā)電系統(tǒng)組合形成的發(fā)電系統(tǒng)。
[0024]該發(fā)電系統(tǒng)具體包括海洋能發(fā)電機、太陽能組件和儲能裝置。其中，海洋能發(fā)電機包括用于在海水運動時，將運動的海水所產(chǎn)生的海洋能中包含的機械能轉(zhuǎn)化為電能的至少一個納米摩擦發(fā)電機。其中，運動的海水所產(chǎn)生的海洋能主要包括海流動能、波浪能、潮汐能、海水溫差能以及海水鹽差能等，其中，海流動能、波浪能以及潮汐能為機械能(海水溫差能為熱能，海水鹽差能為化學能)，因此，海洋能發(fā)電機主要利用包括海流動能、波浪能和/或潮汐能在內(nèi)的機械能導致其中的納米摩擦發(fā)電機發(fā)生機械形變而發(fā)電。太陽能組件由多個太陽能電池組成，這些太陽能電池以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接形成太陽能組件的至少兩個輸出端，每個太陽能電池為由半導體材料所形成的PN結(jié)式結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元。儲能裝置與納米摩擦發(fā)電機的輸出端和太陽能組件的至少兩個輸出端相連，用于對納米摩擦發(fā)電機輸出的電能和太陽能組件輸出的電能進行存儲。
[0025]該發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是:當海面出現(xiàn)潮汐或波浪時，海水的運動將導致海洋能發(fā)電機內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機產(chǎn)生機械形變，從而產(chǎn)生交流脈沖電信號，儲能裝置將此交流脈沖電信號進行適當?shù)淖儞Q后進行存儲；并且，在適合的條件下，太陽能組件能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換為電能，存儲在儲能裝置中，以備外部用電設(shè)備的使用。
[0026]在本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中，太陽能組件是利用太陽能來發(fā)電的裝置。具體地，太陽能組件由多個太陽能電池組成，這些太陽能電池以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接，并且形成太陽能組件的至少兩個輸出端。其中，太陽能電池是一種光電半導體薄片，它只要被光照到，瞬間即可輸出電壓及電流。具體地，太陽能電池為由半導體材料所形成的PN結(jié)式結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元，當太陽光照到半導體PN結(jié)上時，形成新的空穴-電子對，在PN結(jié)電場的作用下，光生空穴流向P區(qū)，光生電子流向N區(qū)，接通電路后就形成電流。由于單個太陽能電池的輸出的電流很小，這樣的多個太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)或并聯(lián)后即可向外電路輸出滿足蓄電要求的電流?？蛇x地，上述PN結(jié)是由摻雜半導體材料所形成的結(jié)構(gòu)，或者，上述PN結(jié)是半導體薄膜或其它薄膜材料的結(jié)構(gòu)。本實用新型中，太陽能電池可為晶體硅太陽能電池或薄膜太陽能電池。晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)設(shè)備成本相對較低，但設(shè)備能耗及電池成本較高，光電轉(zhuǎn)換效率很高，適于室外陽光下發(fā)電；薄膜太陽能電池的生產(chǎn)設(shè)備成本較高，但設(shè)備能耗和電池成本很低，光電轉(zhuǎn)化效率低于晶體硅太陽能電池，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也可發(fā)電。
[0027]上述多個太陽能電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起所形成的是太陽能電池板，為了保護太陽能電池板不受外界環(huán)境的影響，太陽能組件還可以包括保護體。對于一般的太陽能電池，保護體可為保護板，對于薄膜太陽能電池，保護體可為保護膜。以保護板為鋼化玻璃為例，通過粘結(jié)劑太陽能電池被粘結(jié)固定在鋼化玻璃上，粘結(jié)劑可選為EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)，再通過粘結(jié)劑將背板與太陽能電池封裝在一起構(gòu)成太陽能組件，其中背板的作用是密封、絕緣和防水。
[0028]上述太陽能組件的輸出端與儲能裝置連接，太陽能組件能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換為電能，存儲在儲能裝置中，以備外部用電設(shè)備的使用。
[0029]在本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中，海洋能發(fā)電機是利用波浪能和/或潮汐能發(fā)電的裝置。具體地，海洋能發(fā)電機包括:用于將機械能轉(zhuǎn)化為電能的至少一個納米摩擦發(fā)電機及容納至少一個納米摩擦發(fā)電機的殼體，所述殼體內(nèi)部具有空腔，所述至少一個納米摩擦發(fā)電機設(shè)置在所述空腔內(nèi)。上述太陽能組件可固設(shè)在海洋能發(fā)電機的殼體的外壁上，由此組成一個海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合的發(fā)電系統(tǒng)。
[0030]下面通過幾個具體的示例對海洋能發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理進行詳細介紹。
[0031]示例一、
[0032]圖1a和圖1b分別示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例一的內(nèi)部剖視圖和立體圖。從圖1a和圖1b中可以看到，該海洋能發(fā)電機包括形狀為長方體的殼體111，殼體111內(nèi)部具有空腔115。其中，殼體111也可以是其他形狀，例如柱形體(包括圓柱形體、棱柱形體等)以及多邊形體等?？涨?15的內(nèi)部具有相互平行且相對的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，在第一側(cè)壁上通過固定部件110固定有一個納米摩擦發(fā)電機112，在第二側(cè)壁上通過固定部件110固定有另一個納米摩擦發(fā)電機112。具體地，固定部件Iio可以通過任何能夠起到固定作用的部件來替代，例如，固定部件110可以是固定墊片，該固定墊片的一側(cè)固定在第一側(cè)壁或第二側(cè)壁上，該固定墊片的另一側(cè)上固定有納米摩擦發(fā)電機112。該固定墊片通常為絕緣材質(zhì)，而且，為了進一步提高發(fā)電效果，該固定墊片還可以選用柔性材質(zhì)。
[0033]殼體111的內(nèi)部還設(shè)置有撞擊部件113。該撞擊部件113進一步包括:設(shè)置在第一側(cè)壁的納米摩擦發(fā)電機和第二側(cè)壁的納米摩擦發(fā)電機之間的導軌1132，以及能夠沿導軌1132移動進而與納米摩擦發(fā)電機發(fā)生碰撞的撞擊球1131。其中，導軌1132可以通過空心導管來實現(xiàn)，并且，在空心導管的內(nèi)部具有通道，使撞擊球1131能夠在通道內(nèi)來回滾動。除了采用空心導管之外，還可以通過其他形式來制作導軌1132，例如，可以設(shè)置一段軌道，使撞擊球1131能夠沿軌道移動且不會脫離軌道。導軌1132與第一側(cè)壁或第二側(cè)壁相對，優(yōu)選地，導軌1132與第一側(cè)壁或第二側(cè)壁相對且垂直，以便于撞擊球1131能夠順利撞擊納米摩擦發(fā)電機。上述的導軌1132可以通過類似固定支架的裝置固定在空腔內(nèi)部，并且，為了防止導軌1132本身對納米摩擦發(fā)電機造成不必要的擠壓，可以在導軌1132與第一側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機以及與第二側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機之間分別設(shè)置預(yù)設(shè)的保護間隔，即:導軌1132的兩端與兩個側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機之間具有一定的距離，以防止相互之間的接觸。該距離的大小既要能夠防止導軌1132與納米摩擦發(fā)電機之間的接觸，又要保證撞擊球1131在滾動到導軌邊緣時不會脫離導軌。
[0034]通過上面的方式，就可以在海洋能發(fā)電機的殼體隨著波浪、潮汐晃動時，在殼體內(nèi)部實現(xiàn)撞擊部件對納米摩擦發(fā)電機的撞擊，進而促使納米摩擦發(fā)電機發(fā)生形變并將該形變所產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能。可選地，為了防止納米摩擦發(fā)電機因過度摩擦而損壞，還可以在納米摩擦發(fā)電機被撞擊部件撞擊的表面上進一步設(shè)置防護墊片114。
[0035]另外，為了進一步提高發(fā)電效果，還可以在殼體111內(nèi)部的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁上分別設(shè)置多個納米摩擦發(fā)電機，相應(yīng)地，沿與第一側(cè)壁和第二側(cè)壁垂直的方向，對應(yīng)納米摩擦發(fā)電機設(shè)置有多個撞擊部件113，每個撞擊部件113內(nèi)進一步包括導軌1132和撞擊球1131。其中，撞擊部件113的個數(shù)可以與第一側(cè)壁或第二側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機的個數(shù)相同，即:第一側(cè)壁和第二側(cè)壁上每相對的兩個納米摩擦發(fā)電機之間設(shè)置有一個撞擊部件，如圖1c所示?；蛘撸矒舨考?13的個數(shù)也可多于第一側(cè)壁或第二側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機的個數(shù)，即:第一側(cè)壁和第二側(cè)壁上每相對的兩個納米摩擦發(fā)電機之間設(shè)置有多個撞擊部件，以實現(xiàn)更為強烈的撞擊效果。
[0036]進一步地，本示例中的殼體111的數(shù)量也可以為多個，如圖1d所示，可以將多個殼體按照一定的順序進行排列，多個殼體111之間通過導線116串聯(lián)或并聯(lián)，以進一步提高發(fā)電效果。多個殼體內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機通過線纜117連接。
[0037]通過上面的描述可以看出，在圖1a至圖1d所示的結(jié)構(gòu)中，只在空腔的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁上設(shè)置有納米摩擦發(fā)電機，并且僅在第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的垂直方向上設(shè)置有導軌，因此，撞擊球的運動方向僅限于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的垂直方向。這種方式對于海洋能發(fā)電機的晃動方向為固定方向的情況時，發(fā)電效果較為突出。
[0038]當本示例中的海洋能發(fā)電機的晃動方向為非固定方向時，為了提高發(fā)電效率，可以進一步地在空腔的其余兩個側(cè)壁(即垂直于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的兩個側(cè)壁)上分別設(shè)置納米摩擦發(fā)電機，相應(yīng)地，沿平行于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁上的方向再設(shè)置一個或多個導軌和撞擊球，其中，平行于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的導軌與垂直于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的導軌位于不同的平面且相互垂直，即為異面垂直的關(guān)系。這樣，就可以在海洋能發(fā)電機沿不同方向晃動時都能產(chǎn)生電能。
[0039]示例二、
[0040]圖2示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例二的內(nèi)部剖視圖。從圖2中可以看到，該海洋能發(fā)電機包括形狀為長方體的殼體211，殼體211內(nèi)部具有空腔。其中，殼體211也可以是其他形狀，例如柱形體(包括圓柱形體、棱柱形體等)以及多邊形體等?？涨坏膬?nèi)部具有相互平行且相對的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，在第一側(cè)壁上通過固定部件210固定有一個納米摩擦發(fā)電機212，在第二側(cè)壁上通過固定部件210固定有另一個納米摩擦發(fā)電機212。具體地，固定部件210可以通過任何能夠起到固定作用的部件來實現(xiàn)，例如，固定部件210可以是固定墊片，該固定墊片的一側(cè)固定在第一側(cè)壁或第二側(cè)壁上，該固定墊片的另一側(cè)上固定有納米摩擦發(fā)電機212。該固定墊片通常為絕緣材質(zhì)，而且，為了進一步提高發(fā)電效果，該固定墊片還可以選用柔性材質(zhì)。
[0041]殼體211的內(nèi)部還設(shè)置有撞擊部件。該撞擊部件進一步包括牽引件2231和撞擊球2232。其中，牽引件2231的第一端為固定在空腔的頂壁上的固定端，牽引件2231的第二端為連接有撞擊球2232的自由端。其中，牽引件2231可以通過牽引線來實現(xiàn)，也可以通過其他能夠起到牽引作用的部件實現(xiàn)。當海洋能發(fā)電機靜止不動時，撞擊球2232垂直懸掛在牽引件2231的底部，當海洋能發(fā)電機隨著波浪或潮汐而發(fā)生運動時，撞擊球2232將在空腔內(nèi)部隨機擺動，進而撞擊到位于第一側(cè)壁和第二側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機。
[0042]通過上面的方式，就可以在海洋能發(fā)電機隨著波浪、潮汐晃動時實現(xiàn)撞擊部件對納米摩擦發(fā)電機的撞擊，進而促使納米摩擦發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能?？蛇x地，為了防止納米摩擦發(fā)電機因過度摩擦而損壞，還可以在納米摩擦發(fā)電機被撞擊部件撞擊的表面上進一步設(shè)置防護墊片224。
[0043]優(yōu)選地，為了確保撞擊球能夠順利地撞到納米摩擦發(fā)電機，上述的牽引件2231的長度大于納米摩擦發(fā)電機的頂端與牽引件2231的第一端之間的距離，小于納米摩擦發(fā)電機的低端與牽引件2231的第一端之間的距離。在圖2所示的情況中，由于空腔內(nèi)部設(shè)有兩個納米摩擦發(fā)電機，且撞擊部件只有一個，為了使得撞擊部件中的撞擊球能夠順利地撞到每個納米摩擦發(fā)電機，上述的牽引件的長度大于納米摩擦發(fā)電機的頂端與牽引件的第一端之間的距離，小于納米摩擦發(fā)電機的低端與牽引件的第一端之間的距離。因此，可以將牽引件的第一端固定在空腔頂壁的中心部位，以確保對每個納米摩擦發(fā)電機的有效撞擊。
[0044]除了圖2所示的情況之外，也可以只在空腔的第一側(cè)壁上或者只在第二側(cè)壁上設(shè)置納米摩擦發(fā)電機，或者也可以在空腔的其余兩個側(cè)壁(即與第一側(cè)壁和第二側(cè)壁垂直的兩個側(cè)壁)上設(shè)置納米摩擦發(fā)電機，總之，納米摩擦發(fā)電機可以設(shè)置在空腔的四個側(cè)壁中的任意一個或多個側(cè)壁上，本實用新型對此不作限定。
[0045]優(yōu)選地，由于撞擊球可以沿各個方向運動，因此為了提高發(fā)電效率，可以在空腔的每一個側(cè)壁上都設(shè)置納米摩擦發(fā)電機。另外，還可以進一步地在空腔的每個側(cè)壁上設(shè)置多個納米摩擦發(fā)電機。而且，也可以在空腔內(nèi)部設(shè)置多個撞擊部件，當撞擊部件為多個時，可以將每個撞擊部件中的牽引件的第一端按照一定的規(guī)律固定在空腔的頂壁上，例如，當撞擊部件為三個時，可以使各個撞擊部件中的牽引件的第一端之間構(gòu)成一個正三角形，并通過調(diào)整該正三角形的每個頂點與側(cè)壁上的納米摩擦發(fā)電機之間的距離來實現(xiàn)最佳的撞擊效果。
[0046]在本示例中，由于撞擊部件的運動方向是隨機的，因此，該海洋能發(fā)電機尤其適用于晃動方向為非固定方向的情況。
[0047]示例三、
[0048]圖3a至圖3d示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例三的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖3a示出了本示例中的海洋能發(fā)電機在一個視角下的立體結(jié)構(gòu)圖；圖3b示出了本示例中的海洋能發(fā)電機在另一個視角下的立體結(jié)構(gòu)圖；圖3c示出了本示例中的海洋能發(fā)電機的一個剖面的結(jié)構(gòu)圖；圖3d示出了本示例中的海洋能發(fā)電機的另一個剖面的結(jié)構(gòu)圖。
[0049]從圖3a至圖3d中可以看到，該海洋能發(fā)電機包括形狀為長方體的殼體311，殼體311內(nèi)部具有空腔。其中，殼體311也可以是其他形狀，例如柱形體(包括圓柱形體、棱柱形體等)以及多邊形體等?？涨坏膬?nèi)部有六個內(nèi)壁，為了方便描述，根據(jù)殼體的放置方向?qū)⒖涨粌?nèi)部的六個內(nèi)壁劃分為四個位于側(cè)面的側(cè)壁、一個位于頂面的頂壁以及一個位于底面的底壁。將納米摩擦發(fā)電機312通過彈性部件固定在空腔內(nèi)部時，該彈性部件可以包括第一彈性件3151和第二彈性件3152，其中，第一彈性件3151和第二彈性件3152可以都采用彈簧實現(xiàn)，也可以采用其它形式的彈性件，例如橡皮筋等。第一彈性件3151的第一端固定在空腔的一個內(nèi)壁上，第二彈性件3152的第一端固定在空腔的另一個內(nèi)壁上，第一彈性件3151的第二端和第二彈性件3152的第二端之間固定連接有納米摩擦發(fā)電機312。通過上述方式，就將納米摩擦發(fā)電機312固定在了空腔的兩個內(nèi)壁之間，這兩個內(nèi)壁通常為側(cè)壁(實際上也可以包括頂壁或底壁)，并且這兩個內(nèi)壁之間通常是相互平行的，如圖3a至圖3d所示，每個納米摩擦發(fā)電機都通過兩個彈性件固定在空腔的兩個相互平行的側(cè)壁上。在圖3a至圖3d中，將空腔的四個側(cè)壁依次稱作第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、第三側(cè)壁和第四側(cè)壁，其中，第一側(cè)壁和第三側(cè)壁相互平行，第二側(cè)壁和第四側(cè)壁相互平行，且第一側(cè)壁和第三側(cè)壁垂直于第二側(cè)壁和第四側(cè)壁。從圖中可以看到，在第一側(cè)壁和第三側(cè)壁之間通過四個相互平行的彈性部件設(shè)置了四個納米摩擦發(fā)電機，在第二側(cè)壁和第四側(cè)壁之間通過兩個相互平行的彈性部件設(shè)置了兩個納米摩擦發(fā)電機(其中一個未示出)，其中，上述的四個相互平行的彈性部件也可以稱作第一組彈性部件，上述的兩個相互平行的彈性部件也可以稱作第二組彈性部件，第一組彈性部件和第二組彈性部件之間相互垂直且交錯排列。通過這樣的方式，就在空腔的各個側(cè)壁之間都設(shè)置了納米摩擦發(fā)電機。除了圖3a至圖3d描述的方式之夕卜，各個納米摩擦發(fā)電機之間還可以通過其他的方式排布，例如，還可以將其中的一個或多個納米摩擦發(fā)電機分別通過兩個彈性件設(shè)置在任意兩個相鄰且相互垂直的側(cè)壁(例如第一側(cè)壁和第二側(cè)壁)上。總之，本實用新型對殼體內(nèi)的納米摩擦發(fā)電機的數(shù)量以及納米摩擦發(fā)電機在空腔內(nèi)的排布方式不作限定。
[0050]殼體的內(nèi)部還設(shè)置有撞擊部件313。具體地，撞擊部件313為放置在空腔內(nèi)部的一個活動部件，能夠在空腔內(nèi)自由運動。如圖3a至圖3d所示，該撞擊部件313具有橢圓形的底部3131以及球形的頂部3132，其中，底部3131和頂部3132均為能夠活動的自由端，換句話說，撞擊部件313是通過直接將底部3131放置在空腔的底壁上來實現(xiàn)的，因此，撞擊部件的底部3131與空腔的底壁并不固定。這樣一來，當海洋能發(fā)電機受到晃動時，撞擊部件由于慣性作用將會在空腔內(nèi)部來回擺動從而撞擊納米摩擦發(fā)電機312。為了使撞擊部件在擺動時更加靈活，可以將撞擊部件設(shè)置為不倒翁的形狀，因此，撞擊部件的底部的體積大于頂部的體積，且底部的密度大于頂部的密度。這樣，當海洋能發(fā)電機晃動時，撞擊部件的底部位移較小，頂部位移較大，且頂部以底部為中心隨機晃動并撞擊納米摩擦發(fā)電機。
[0051]通過上面的方式，就可以在海洋能發(fā)電機隨著波浪、潮汐晃動時實現(xiàn)撞擊部件對納米摩擦發(fā)電機的撞擊，進而促使納米摩擦發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。由于本實用新型中通過彈性部件來固定納米摩擦發(fā)電機，因此，當撞擊部件撞擊納米摩擦發(fā)電機時，彈性部件將發(fā)生形變并來回震蕩，從而帶動納米摩擦發(fā)電機持續(xù)震蕩，進而持續(xù)撞擊與納米摩擦發(fā)電機相鄰的內(nèi)壁，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)電的效果。
[0052]可選地，為了防止納米摩擦發(fā)電機因過度摩擦而損壞，還可以在納米摩擦發(fā)電機被撞擊部件撞擊的表面上進一步設(shè)置防護墊片。而且，也可以在納米摩擦發(fā)電機與殼體內(nèi)壁相對的表面上進一步設(shè)置防護墊片。另外，為了防止納米摩擦發(fā)電機被海水腐蝕，還可以對納米摩擦發(fā)電機進行塑封處理。
[0053]具體設(shè)置時，可以根據(jù)需要靈活設(shè)置撞擊部件的尺寸。撞擊部件的尺寸過大，將導致撞擊部件在空腔內(nèi)部活動時不夠靈活；撞擊部件的尺寸過小，將導致撞擊部件無法撞擊到全部的納米摩擦發(fā)電機。優(yōu)選地，可以將撞擊部件的底部尺寸設(shè)置為略小于空腔的一個內(nèi)壁的長度，將撞擊部件的整體高度設(shè)置為略小于空腔的一個內(nèi)壁的高度。相應(yīng)地，在設(shè)置納米摩擦發(fā)電機時，可以將納米摩擦發(fā)電機設(shè)置在方便撞擊部件撞擊的部位上，例如，設(shè)置在較靠近撞擊部件的頂部的位置。
[0054]另外，撞擊部件也可以采用其他的形式實現(xiàn)，例如，也可以通過一個放置在空腔內(nèi)部，可以自由滾動的撞擊球?qū)崿F(xiàn)，這時，可以將納米摩擦發(fā)電機設(shè)置在四個側(cè)壁上能夠被撞擊球撞擊的位置上，并且可以根據(jù)撞擊球的直徑來調(diào)整納米摩擦發(fā)電機的設(shè)置高度，以使撞擊效果最佳。
[0055]撞擊部件的形狀并不限于上面描述的幾種方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要對撞擊部件的形狀做各種變形，只要能夠?qū)崿F(xiàn)撞擊效果即可。例如，撞擊部件還可以是方形、菱形或三角形等。而且，撞擊部件的個數(shù)也可以為多個，以便于使撞擊部位更加全面。
[0056]在本示例中，由于撞擊部件的運動方向是隨機的，因此，該海洋能發(fā)電機尤其適用于晃動方向為非固定方向的情況。
[0057]示例四、
[0058]圖4a和圖4b分別示出了本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)中的海洋能發(fā)電機的示例四提供的海洋能發(fā)電機的整體立體圖和縱面的剖面圖。從圖4a和圖4b中可以看到，該海洋能發(fā)電機包括具有至少一個空腔的殼體411，所述殼體的縱剖面為波浪形狀，且所述殼體的每個空腔容納至少一個納米摩擦發(fā)電機412。
[0059]其中，縱剖面為波浪形狀的殼體可以通過一個整體部件來實現(xiàn)，例如，直接加工制作一個縱剖面為波浪形狀的殼體，例如圖4a和圖4b所示的殼體由一個包含四段板材(其材質(zhì)可靈活選擇)的整體部件實現(xiàn)，每相鄰的兩段板材通過一定的工藝合為一體，且每相鄰的兩段板材之間的內(nèi)角呈第一預(yù)設(shè)角度，該第一預(yù)設(shè)角度可根據(jù)需要設(shè)置，例如，可設(shè)置為45度或60度等。由此使四段板材構(gòu)成的整體部件的縱剖面呈現(xiàn)波浪形。每段板材內(nèi)部都具有一個或多個空腔，每個空腔的內(nèi)部又容納有一個或多個納米摩擦發(fā)電機。[0060]另外，縱剖面為波浪形狀的殼體還可以通過多個離散部件的組合來實現(xiàn)，例如，分別加工制作多個形狀類似矩形的子殼體，例如圖4a和圖4b中包含四個子殼體。然后，將每相鄰的兩個子殼體之間通過固定部件固定連接，并且，每相鄰的兩個子殼體之間的內(nèi)角呈第一預(yù)設(shè)角度，該第一預(yù)設(shè)角度可根據(jù)需要設(shè)置，例如，可設(shè)置為45度或60度等。由此使四個子殼體通過固定部件固定而成的整體的縱剖面呈現(xiàn)波浪形。每個子殼體內(nèi)部都具有一個或多個空腔，每個空腔的內(nèi)部又容納有一個或多個納米摩擦發(fā)電機。其中，固定子殼體的固定部件例如可以是鉸鏈、螺栓和/或合頁等，只要能夠起到固定作用即可。
[0061]介紹完殼體的兩種可能的結(jié)構(gòu)之后，接下來介紹一下殼體的空腔內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機的放置形式。
[0062]空腔內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機可以直接放置在空腔內(nèi)部，且與空腔的任一內(nèi)壁都不固定，而且，可以使納米摩擦發(fā)電機的尺寸略小于空腔內(nèi)部的尺寸，這樣，在海洋能發(fā)電機的殼體受到波浪和/或潮汐所導致的海水振動時，其空腔內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機也將在空腔內(nèi)晃動，并對空腔的內(nèi)壁形成撞擊，導致納米摩擦發(fā)電機發(fā)生機械形變，從而產(chǎn)生電能。
[0063]或者，空腔內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機可以固定在空腔內(nèi)部，例如，納米摩擦發(fā)電機與空腔的至少一個內(nèi)壁固定，這樣，在海洋能發(fā)電機的殼體受到海水的振動時，其空腔內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機將隨著殼體的振動而振動，導致納米摩擦發(fā)電機發(fā)生機械形變，從而產(chǎn)生電能。具體地，可以使納米摩擦發(fā)電機的尺寸與空腔內(nèi)部的尺寸相吻合，同時還可以進一步地將納米摩擦發(fā)電機的六個表面分別固定在空腔內(nèi)部的六個內(nèi)壁上,這樣，當殼體受到振動或拍打時，將對其空腔內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機進行擠壓，導致納米摩擦發(fā)電機發(fā)生機械形變，從而產(chǎn)生電能。
[0064]通過上面的方式，在海洋能發(fā)電機隨著波浪、潮汐晃動或受到海浪拍打時，就可以導致納米摩擦發(fā)電機發(fā)生機械形變，進而促使納米摩擦發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。其中，殼體可以選用柔性材質(zhì)(例如橡膠等)制作。這樣，殼體是柔軟的、且容易發(fā)生形變的，從而在受到拍打或撞擊時，能夠更好地擠壓內(nèi)部的納米摩擦發(fā)電機，促使納米摩擦發(fā)電機發(fā)生形變，從而提高發(fā)電效率。
[0065]圖4c和圖4d分別示出了示例四中的海洋能發(fā)電機的一種改進結(jié)構(gòu)的整體立體圖和縱面的剖面圖。從圖4c和圖4d中可以看到，該改進結(jié)構(gòu)的主要改進之處在于，殼體411與水平面之間呈第二預(yù)設(shè)角度，該第二預(yù)設(shè)角度可根據(jù)需要靈活設(shè)置，例如，為30度或45度等。也就是說，殼體呈傾斜狀態(tài)，如圖4d所示，該傾斜狀態(tài)的殼體構(gòu)成斜坡式的階梯形狀。在實際使用時，可以通過將殼體的一端放置在海岸上，將殼體的另一端放置在岸邊的巖石上來構(gòu)成上述的斜坡，或者，也可以通過一定的固定裝置，例如繩索、支撐架等實現(xiàn)上述的斜坡。
[0066]具有斜坡的海洋能發(fā)電機尤其適用于沙灘或海邊發(fā)電。當用于沙灘或海邊時，可以利用潮汐能進行發(fā)電。例如，當海水漲潮時，海水將沿著斜坡狀的海洋能發(fā)電機涌起，從而對斜坡狀的海洋能發(fā)電機造成強烈的震蕩和拍打；當海水退潮時，海水將順著斜坡狀的海洋能發(fā)電機退下，從而也會對斜坡狀的海洋能發(fā)電機造成強烈的震蕩和拍打。總之，海洋能發(fā)電機的殼體具有斜坡，從而可以更好地順應(yīng)海水的運動方向，使海水的撞擊力達到最大，進而使納米摩擦發(fā)電機的發(fā)電效率也達到最佳。
[0067]在上述的四個示例中，殼體的數(shù)量都可以為多個，且當納米摩擦發(fā)電機為多個時，多個納米摩擦發(fā)電機之間可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)，其中，當納米摩擦發(fā)電機并聯(lián)時可提高電流的輸出強度，而納米摩擦發(fā)電機串聯(lián)時可提高電壓的輸出大小，從而能夠解決單個納米摩擦發(fā)電機輸出的電流或電壓大小不能滿足需求的問題。為了同時獲得上述優(yōu)勢，也可以考慮將一部分納米摩擦發(fā)電機并聯(lián)，將另一部分納米摩擦發(fā)電機串聯(lián)。
[0068]上述的四個示例僅為本實用新型提供的海洋能發(fā)電機的示例性結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可對上述的四個示例做出各種變形。例如，將示例三中的彈性部件替換為示例一、二中的固定部件，或?qū)⑹纠弧⒍械墓潭ú考鎿Q為示例三中的彈性部件等。
[0069]基于上述太陽能組件和海洋能發(fā)電機的任意一種示例結(jié)構(gòu)，下面將進一步介紹整個發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
[0070]圖5為本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)的一實施例的電路原理示意圖。如圖5所示，儲能裝置包括:整流電路30、第一開關(guān)控制電路31、第一直流/直流控制電路32、儲能電路33以及第二開關(guān)控制電路41和第二直流/直流控制電路42。
[0071]其中，整流電路30與納米摩擦發(fā)電機10的輸出端相連，整流電路30接收納米摩擦發(fā)電機10輸出的交流脈沖電信號，對該交流脈沖電信號進行整流處理得到直流電壓Ul ；第一開關(guān)控制電路31與整流電路30、第一直流/直流控制電路32和儲能電路33相連，第一開關(guān)控制電路31接收整流電路30輸出的直流電壓Ul和儲能電路33反饋的瞬時充電電壓U2，根據(jù)該直流電壓Ul和瞬時充電電壓U2得到第一控制信號SI，將第一控制信號SI輸出給第一直流/直流控制電路32 ;第一直流/直流控制電路32與整流電路30、第一開關(guān)控制電路31和儲能電路33相連，第一直流/直流控制電路32根據(jù)第一開關(guān)控制電路31輸出的第一控制信號SI對整流電路30輸出的直流電壓Ul進行轉(zhuǎn)換處理輸出給儲能電路33充電，得到瞬時充電電壓U2。
[0072]第二開關(guān)控制電路41與太陽能組件40的輸出端、第二直流/直流控制電路42和儲能電路33相連，第二開關(guān)控制電路41接收太陽能組件40輸出的直流電壓U3和儲能電路33反饋的瞬時充電電壓U2，根據(jù)直流電壓U3和瞬時充電電壓U2得到第二控制信號S2，將第二控制信號S2輸出給第二直流/直流控制電路42。第二直流/直流控制電路42與太陽能組件40的輸出端、第二開關(guān)控制電路41和儲能電路33相連，第二直流/直流控制電路42根據(jù)第二開關(guān)控制電路41輸出的第二控制信號S2對太陽能組件40輸出的直流電壓U3進行轉(zhuǎn)換處理輸出給儲能電路33充電，得到瞬時充電電壓U2。
[0073]圖5所示的電路的工作原理是:當海洋能作用于納米摩擦發(fā)電機10時，會使納米摩擦發(fā)電機10發(fā)生機械形變，從而產(chǎn)生交流脈沖電信號。整流電路30接收到該交流脈沖電信號后，對其進行整流處理，得到單向脈動的直流電壓U1。第一開關(guān)控制電路31接收整流電路30輸出的直流電壓Ul和儲能電路33反饋的瞬時充電電壓U2后，將直流電壓Ul和瞬時充電電壓U2分別與儲能電路33的充滿電壓UO進行比較，如果直流電壓Ul高于充滿電壓UO且瞬時充電電壓U2低于充滿電壓U0,此時第一開關(guān)控制電路31輸出第一控制信號SI，控制第一直流/直流控制電路32將整流電路30輸出的直流電壓Ul進行降壓處理，輸出給儲能電路33進行充電，得到瞬時充電電壓U2 ;如果直流電壓Ul低于等于充滿電壓UO且瞬時充電電壓U2低于充滿電壓U0,此時第一開關(guān)控制電路31輸出第一控制信號SI,控制第一直流/直流控制電路32將整流電路30輸出的直流電壓Ul進行升壓處理，輸出給儲能電路33進行充電，得到瞬時充電電壓U2 ;又如果瞬時充電電壓U2等于或短時高于充滿電壓UO,不管直流電壓Ul高于或低于充滿電壓U0,此時第一開關(guān)控制電路31輸出第一控制信號SI，控制第一直流/直流控制電路32使其停止為儲能電路33充電。當太陽光照射到太陽能組件40上時，太陽能組件40會將光能轉(zhuǎn)換為直流電能，輸出直流電壓U3。第二開關(guān)控制電路41接收太陽能組件40輸出的直流電壓U3和儲能電路33反饋的瞬時充電電壓U2后，將直流電壓U3和瞬時充電電壓U2分別與儲能電路33的充滿電壓UO進行比較，如果直流電壓U3高于充滿電壓UO且瞬時充電電壓U2低于充滿電壓U0，此時第二開關(guān)控制電路41輸出第二控制信號S2，控制第二直流/直流控制電路42將太陽能組件40輸出的直流電壓U3進行降壓處理，輸出給儲能電路33進行充電，得到瞬時充電電壓U2 ;如果直流電壓U3低于等于充滿電壓UO且瞬時充電電壓U2低于充滿電壓U0，此時第二開關(guān)控制電路41輸出第二控制信號S2，控制第二直流/直流控制電路42將太陽能組件40輸出的直流電壓U3進行升壓處理，輸出給儲能電路33進行充電，得到瞬時充電電壓U2 ;又如果瞬時充電電壓U2等于或短時高于充滿電壓UO，不管直流電壓U3高于或低于充滿電壓U0，此時第二開關(guān)控制電路41輸出第二控制信號S2，控制第二直流/直流控制電路42使其停止為儲能電路33充電。上述控制方式僅為一個具體的例子，本實用新型對此不做限制，也可采用其他的控制方式為儲能電路充電。
[0074]可選地，儲能電路33可以為鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池或超級電容器等儲能元件。
[0075]圖5所示的發(fā)電系統(tǒng)的特點是采用太陽能組件和納米摩擦發(fā)電機同時為儲能電路進行充電，其中納米摩擦發(fā)電機收集波浪能和/或潮汐能，太陽能組件收集太陽能，這兩個高效率的系統(tǒng)疊加在一起，使整個系統(tǒng)的效率得以大幅度的提升。納米摩擦發(fā)電機作為海洋能發(fā)電機的核心部件能夠?qū)⒉ɡ四芎?或潮汐能轉(zhuǎn)化為電能，由于納米摩擦發(fā)電機本身的發(fā)電效率很高，使整個海洋能發(fā)電機有很高的發(fā)電效率，再加上高效的設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了一個最佳的發(fā)電效率。同時，該發(fā)電系統(tǒng)的核心部件生產(chǎn)便捷，而且形狀、尺寸不僅可以加工至微小化，實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的微型化；也可以加工至較大尺寸，實現(xiàn)高功率發(fā)電。另外，由于納米摩擦發(fā)電機微型化、薄膜化，進而使得整個發(fā)電系統(tǒng)重量減小，同時成本得到了極大的降低。
[0076]圖6為本實用新型提供的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)的又一實施例的電路原理不意圖。如圖6所不,儲能裝置包括:第一開關(guān)控制電路51、整流電路52、開關(guān)電路53、第二開關(guān)控制電路54、直流/直流控制電路55和儲能電路56。
[0077]其中第一開關(guān)控制電路51與太陽能組件50的輸出端、納米摩擦發(fā)電機10相連，第一開關(guān)控制電路51接收太陽能組件50輸出的直流電壓U4,根據(jù)直流電壓U4向納米摩擦發(fā)電機10輸出用于控制納米摩擦發(fā)電機是否工作的控制信號S3。整流電路52與納米摩擦發(fā)電機10的輸出端相連，整流電路52接收納米摩擦發(fā)電機10輸出的交流脈沖電信號，對該交流脈沖電信號進行整流處理得到直流電壓U5。開關(guān)電路53的控制端與太陽能組件50的輸出端相連，根據(jù)太陽能組件50輸出的直流電壓U4控制開關(guān)電路53的輸入/輸出端與太陽能組件50的輸出端或整流電路52連通。如果開關(guān)電路53的輸入/輸出端與太陽能組件50的輸出端連通,那么開關(guān)電路53的輸入/輸出端輸出的直流電壓U6等于U4 ;如果開關(guān)電路53的輸入/輸出端與整流電路52連通，那么開關(guān)電路53的輸入/輸出端輸出的直流電壓U6等于U5。第二開關(guān)控制電路54與開關(guān)電路53的輸入/輸出端、直流/直流控制電路55和儲能電路56相連，第二開關(guān)控制電路54接收開關(guān)電路53的輸入/輸出端輸出的直流電壓U6和儲能電路56反饋的瞬時充電電壓U7，根據(jù)直流電壓U6和瞬時充電電壓U7得到控制信號S4,將控制信號S4輸出給直流/直流控制電路55。直流/直流控制電路55與開關(guān)電路53的輸入/輸出端、第二開關(guān)控制電路54和儲能電路56相連，根據(jù)第二開關(guān)控制電路54輸出的控制信號S4對開關(guān)電路53的輸入/輸出端輸出的直流電壓U6進行轉(zhuǎn)換處理輸出給儲能電路56充電，得到瞬時充電電壓U7。
[0078]圖6所示的電路的工作原理是:當太陽光照射到太陽能組件50上時，太陽能組件50會將光能轉(zhuǎn)換為直流電能，輸出直流電壓U4。開關(guān)電路53的控制端和第一開關(guān)控制電路51會同時接收到該直流電壓U4，將直流電壓U4與預(yù)先配置在開關(guān)電路53和第一開關(guān)控制電路51中的工作電壓U’進行比較，如果U4大于或等于U，，開關(guān)電路53控制其輸入/輸出端與太陽能組件50的輸出端連通，與此同時第一開關(guān)控制電路51向納米摩擦發(fā)電機10輸出用于控制納米摩擦發(fā)電機10停止工作的控制信號S3 ;如果U4小于U，，第一開關(guān)控制電路51向納米摩擦發(fā)電機10輸出用于控制納米摩擦發(fā)電機10繼續(xù)工作的控制信號S3，與此同時開關(guān)電路53控制其輸入/輸出端與整流電路52連通。第二開關(guān)控制電路54接收開關(guān)電路53的輸入/輸出端輸出的直流電壓U6和儲能電路56反饋的瞬時充電電壓U7后，將直流電壓U6和瞬時充電電壓U7分別與儲能電路56的充滿電壓UO進行比較，如果直流電壓U6高于充滿電壓UO且瞬時充電電壓U7低于充滿電壓U0，此時第二開關(guān)控制電路54輸出控制信號S4,控制直流/直流控制電路55將開關(guān)電路53的輸入/輸出端輸出的直流電壓U6進行降壓處理，輸出給儲能電路56進行充電，得到瞬時充電電壓U7 ;如果直流電壓U6低于等于充滿電壓UO且瞬時充電電壓U7低于充滿電壓U0，此時第二開關(guān)控制電路54輸出控制信號S4，控制直流/直流控制電路55將直流電壓U6進行升壓處理，輸出給儲能電路56進行充電，得到瞬時充電電壓U7 ;又如果瞬時充電電壓U7等于或短時高于充滿電壓UO，不管直流電壓U6高于或低于充滿電壓U0，此時第二開關(guān)控制電路54輸出控制信號S4，控制直流/直流控制電路55使其停止為儲能電路56充電。上述控制方式僅為一個具體的例子，本實用新型對此不做限制，也可采用其他的控制方式為儲能電路充電。
[0079]可選地，儲能電路56可以為鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池或超級電容器等儲能元件。
[0080]圖6所示的發(fā)電系統(tǒng)的特點是采用太陽能組件和納米摩擦發(fā)電機交替為儲能電路進行充電，其中納米摩擦發(fā)電機收集波浪能和/或潮汐能，太陽能組件收集太陽能。這種電路設(shè)計靈活，能夠根據(jù)實際情況自動切換，在太陽能充足的情況下，采用太陽能組件為儲能電路進行充電，并且使納米摩擦發(fā)電機停止工作，延長了納米摩擦發(fā)電機及整流電路的使用壽命；在太陽能不足的情況下，采用納米摩擦發(fā)電機為儲能電路進行充電，大大提高了整個系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0081]下面將詳細介紹自充電超級電容器中的納米摩擦發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。
[0082]納米摩擦發(fā)電機的第一種結(jié)構(gòu)如圖7a和圖7b所示。圖7a和圖7b分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第一種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該納米摩擦發(fā)電機包括:依次層疊設(shè)置的第一電極61，第一高分子聚合物絕緣層62，以及第二電極63。具體地，第一電極61設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層62的第一側(cè)表面上；且第一高分子聚合物絕緣層62的第二側(cè)表面與第二電極63的表面接觸摩擦并在第二電極63和第一電極61處感應(yīng)出電荷。因此，上述的第一電極61和第二電極63構(gòu)成納米摩擦發(fā)電機的兩個輸出端。
[0083]為了提高納米摩擦發(fā)電機的發(fā)電能力，在第一高分子聚合物絕緣層62的第二側(cè)表面(即相對第二電極63的面上)進一步設(shè)有微納結(jié)構(gòu)64。因此，當納米摩擦發(fā)電機受到擠壓時，第一高分子聚合物絕緣層62與第二電極63的相對表面能夠更好地接觸摩擦，并在第一電極61和第二電極63處感應(yīng)出較多的電荷。由于上述的第二電極63主要用于與第一高分子聚合物絕緣層62摩擦，因此，第二電極63也可以稱之為摩擦電極。
[0084]上述的微納結(jié)構(gòu)64具體可以采取如下兩種可能的實現(xiàn)方式:第一種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是微米級或納米級的非常小的凹凸結(jié)構(gòu)。該凹凸結(jié)構(gòu)能夠增加摩擦阻力，提高發(fā)電效率。所述凹凸結(jié)構(gòu)能夠在薄膜制備時直接形成，也能夠用打磨的方法使第一高分子聚合物絕緣層的表面形成不規(guī)則的凹凸結(jié)構(gòu)。具體地，該凹凸結(jié)構(gòu)可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四棱錐型、或圓柱形等形狀的凹凸結(jié)構(gòu)。第二種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是納米級孔狀結(jié)構(gòu)，此時第一高分子聚合物絕緣層所用材料優(yōu)選為聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm (優(yōu)選1.0mm)，且其相對第二電極的面上設(shè)有多個納米孔。其中，每個納米孔的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進行選擇，優(yōu)選的納米孔的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4_50 μ m。納米孔的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進行調(diào)整，優(yōu)選的這些納米孔是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0085]下面具體介紹一下圖7a和圖7b所示的納米摩擦發(fā)電機的工作原理。當該納米摩擦發(fā)電機的各層受到擠壓時，納米摩擦發(fā)電機中的第二電極63與第一高分子聚合物絕緣層62表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷,靜電荷的產(chǎn)生會使第一電極61和第二電極63之間的電容發(fā)生改變，從而導致第一電極61和第二電極63之間出現(xiàn)電勢差。由于第一電極61和第二電極63作為納米摩擦發(fā)電機的輸出端與儲能裝置連接，儲能裝置構(gòu)成納米摩擦發(fā)電機的外電路，納米摩擦發(fā)電機的兩個輸出端之間相當于被外電路連通。當該納米摩擦發(fā)電機的各層恢復到原來狀態(tài)時，這時形成在第一電極和第二電極之間的內(nèi)電勢消失，此時已平衡的第一電極和第二電極之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差。通過反復摩擦和恢復，就可以在外電路中形成周期性的交流脈沖電信號。
[0086]根據(jù)實用新型人的研究發(fā)現(xiàn)，金屬與高分子聚合物摩擦，金屬更易失去電子，因此采用金屬電極與高分子聚合物摩擦能夠提高能量輸出。因此，相應(yīng)地，在圖7a和圖7b所示的納米摩擦發(fā)電機中，第二電極由于需要作為摩擦電極(即金屬)與第一高分子聚合物進行摩擦，因此其材料可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。第一電極由于不需要進行摩擦，因此，除了可以選用上述羅列的第二電極的材料之夕卜，其他能夠制作電極的材料也可以應(yīng)用，也就是說，第一電極除了可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金之外，還可以選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等非金屬材料。
[0087]在圖7a所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層與第二電極是正對貼合，并通過外側(cè)邊緣的膠布粘貼在一起的，但本實用新型不僅限于此。第一高分子聚合物絕緣層與第二電極之間可以設(shè)置有多個彈性部件，例如彈簧，這些彈簧分布在第一高分子聚合物絕緣層與第二電極的外側(cè)邊緣，用于形成第一高分子聚合物絕緣層與第二電極之間的彈性支撐臂。當外力作用于納米摩擦發(fā)電機時，納米摩擦發(fā)電機受到擠壓，彈簧被壓縮，使得第一高分子聚合物絕緣層與第二電極接觸形成摩擦界面；當外力消失時，彈簧彈起，使得第一高分子聚合物絕緣層與第二電極分離，納米摩擦發(fā)電機恢復到原來的狀態(tài)。
[0088]納米摩擦發(fā)電機的第二種結(jié)構(gòu)如圖8a和圖8b所示。圖8a和圖8b分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第二種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該納米摩擦發(fā)電機包括:依次層疊設(shè)置的第一電極71，第一高分子聚合物絕緣層72，第二高分子聚合物絕緣層74以及第二電極73。具體地，第一電極71設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層72的第一側(cè)表面上；第二電極73設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層74的第一側(cè)表面上；其中，第一高分子聚合物絕緣層72的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層74的第二側(cè)表面接觸摩擦并在第一電極71和第二電極73處感應(yīng)出電荷。其中，第一電極71和第二電極73構(gòu)成納米摩擦發(fā)電機的兩個輸出端。
[0089]為了提高納米摩擦發(fā)電機的發(fā)電能力，第一高分子聚合物絕緣層72和第二高分子聚合物絕緣層74相對設(shè)置的兩個面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。在圖8b中，第一高分子聚合物絕緣層72的面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)75。因此，當納米摩擦發(fā)電機受到擠壓時，第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74的相對表面能夠更好地接觸摩擦，并在第一電極71和第二電極73處感應(yīng)出較多的電荷。上述的微納結(jié)構(gòu)可參照上文的描述，此處不再贅述。
[0090]圖8a和圖8b所示的納米摩擦發(fā)電機的工作原理與圖7a和圖7b所示的納米摩擦發(fā)電機的工作原理類似。區(qū)別僅在于，當圖8a和圖Sb所示的納米摩擦發(fā)電機的各層受到擠壓時，是由第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74的表面相互摩擦來產(chǎn)生靜電荷的。因此，關(guān)于圖8a和圖Sb所示的納米摩擦發(fā)電機的工作原理此處不再贅述。
[0091]圖8a和圖8b所示的納米摩擦發(fā)電機主要通過聚合物(第一高分子聚合物絕緣層)與聚合物(第二高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來產(chǎn)生電信號。
[0092]在這種結(jié)構(gòu)中，第一電極和第二電極所用材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。上述兩種結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層分別選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。其中，在第二種結(jié)構(gòu)中，原則上第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)可以相同，也可以不同。但是，如果兩層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)都相同，會導致摩擦起電的電荷量很小。因此優(yōu)選地，第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。
[0093]在圖8a所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74是正對貼合，并通過外側(cè)邊緣的膠布粘貼在一起的，但本實用新型不僅限于此。第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74之間可以設(shè)置有多個彈性部件，圖Sc示出了納米摩擦發(fā)電機的第二種結(jié)構(gòu)的具有彈性部件作為支撐臂的立體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8c所示，彈性部件可選為彈簧70，這些彈簧70分布在第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74的外側(cè)邊緣，用于形成第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74之間的彈性支撐臂。當外力作用于納米摩擦發(fā)電機時，納米摩擦發(fā)電機受到擠壓，彈簧70被壓縮，使得第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74接觸形成摩擦界面；當外力消失時，彈簧70彈起，使得第一高分子聚合物絕緣層72與第二高分子聚合物絕緣層74分離，納米摩擦發(fā)電機恢復到原來的狀態(tài)。
[0094]除了上述兩種結(jié)構(gòu)外，納米摩擦發(fā)電機還可以采用第三種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，如圖9a和圖9b所示。圖9a和圖9b分別示出了納米摩擦發(fā)電機的第三種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，第三種結(jié)構(gòu)在第二種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一個居間薄膜層，即:第三種結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機包括依次層疊設(shè)置的第一電極81、第一高分子聚合物絕緣層82、居間薄膜層80、第二高分子聚合物絕緣層84以及第二電極83。具體地，第一電極81設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層82的第一側(cè)表面上；第二電極83設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層84的第一側(cè)表面上，且居間薄膜層80設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層82的第二側(cè)表面和第二高分子聚合物絕緣層84的第二側(cè)表面之間。其中，所述居間薄膜層80和第一高分子聚合物絕緣層82相對設(shè)置的兩個面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)85，和/或所述居間薄膜層80和第二高分子聚合物絕緣層84相對設(shè)置的兩個面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)85，關(guān)于微納結(jié)構(gòu)85的具體設(shè)置方式可參照上文描述，此處不再贅述。
[0095]圖9a和圖9b所示的納米摩擦發(fā)電機的材質(zhì)可以參照前述的第二種結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機的材質(zhì)進行選擇。其中，居間薄膜層也可以選自透明高聚物聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物(LCP)中的任意一種。其中，所述第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材料優(yōu)選透明高聚物聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);其中，所述居間薄膜層的材料優(yōu)選聚二甲基硅氧烷(PDMS)。上述的第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層的材質(zhì)可以相同，也可以不同。但是，如果三層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)都相同，會導致摩擦起電的電荷量很小，因此，為了提高摩擦效果，居間薄膜層的材質(zhì)不同于第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層，而第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)則優(yōu)選相同，這樣，能減少材料種類，使本實用新型的制作更加方便。
[0096]在圖9a和圖9b所示的實現(xiàn)方式中，居間薄膜層80是一層聚合物膜，因此實質(zhì)上與圖8a和圖Sb所示的實現(xiàn)方式類似，仍然是通過聚合物(居間薄膜層)和聚合物(第二高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來發(fā)電的。其中，居間薄膜層容易制備且性能穩(wěn)定。
[0097]如果在居間薄膜層和第一高分子聚合物絕緣層相對設(shè)置的兩個面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)，在圖9a所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層是正對貼合，并通過外側(cè)邊緣的膠布粘貼在一起的，但本實用新型不僅限于此。第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間可以設(shè)置有多個彈性部件，例如彈簧，這些彈簧分布在第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層的外側(cè)邊緣，用于形成第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間的彈性支撐臂。當外力作用于納米摩擦發(fā)電機時，納米摩擦發(fā)電機受到擠壓，彈簧被壓縮，使得第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層接觸形成摩擦界面；當外力消失時，彈簧彈起，使得第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層分離，納米摩擦發(fā)電機恢復到原來的狀態(tài)。
[0098]如果在居間薄膜層和第二高分子聚合物絕緣層相對設(shè)置的兩個面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)，在圖9a所示的結(jié)構(gòu)中，第二高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層是正對貼合，并通過外側(cè)邊緣的膠布粘貼在一起的，但本實用新型不僅限于此。第二高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間可以設(shè)置有多個彈性部件，例如彈簧，這些彈簧分布在第二高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層的外側(cè)邊緣，用于形成第二高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間的彈性支撐臂。當外力作用于納米摩擦發(fā)電機時，納米摩擦發(fā)電機受到擠壓，彈簧被壓縮，使得第二高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層接觸形成摩擦界面；當外力消失時，彈簧彈起，使得第二高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層分離，納米摩擦發(fā)電機恢復到原來的狀態(tài)。
[0099]可選地，彈性部件可以同時設(shè)置在居間薄膜層與第一高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層與第二高分子聚合物絕緣層之間。
[0100]另外，納米摩擦發(fā)電機還可以采用第四種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，如圖1Oa和圖1Ob所示，包括:依次層疊設(shè)置的第一電極91，第一高分子聚合物絕緣層92，居間電極層90，第二高分子聚合物絕緣層94和第二電極93 ;其中，第一電極91設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層92的第一側(cè)表面上；第二電極93設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層94的第一側(cè)表面上，居間電極層90設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層92的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層94的第二側(cè)表面之間。其中，第一高分子聚合物絕緣層92相對居間電極層90的面和居間電極層90相對第一高分子聚合物絕緣層92的面中的至少一個面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)(圖未示)；和/或，第二高分子聚合物絕緣層94相對居間電極層90的面和居間電極層90相對第二高分子聚合物絕緣層94的面中的至少一個面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)(圖未示)。在這種方式中，通過居間電極層90與第一高分子聚合物絕緣層92和第二高分子聚合物絕緣層94之間摩擦產(chǎn)生靜電荷，由此將在居間電極層90與第一電極91和第二電極93之間產(chǎn)生電勢差,此時，第一電極91和第二電極93串聯(lián)為納米摩擦發(fā)電機的一個輸出端；居間電極層90為納米摩擦發(fā)電機的另一個輸出端。
[0101]在圖1Oa和圖1Ob所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第一電極和第二電極的材質(zhì)可以參照前述的第二種結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機的材質(zhì)進行選擇。居間電極層可以選擇導電薄膜、導電高分子、金屬材料，金屬材料包括純金屬和合金，純金屬選自金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢、釩等，合金可以選自輕合金(鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金等)、重有色合金(銅合金、鋅合金、錳合金、鎳合金等)、低熔點合金(鉛、錫、鎘、鉍、銦、鎵及其合金)、難熔合金(鎢合金、鑰合金、鈮合金、鉭合金等)。居間電極層的厚度優(yōu)選100 μ m-500 μ m,更優(yōu)選200 μ m。[0102]如果第一高分子聚合物絕緣層相對居間電極層的面和居間電極層相對第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)，在圖1Oa所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層是正對貼合，并通過外側(cè)邊緣的膠布粘貼在一起的，但本實用新型不僅限于此。第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間可以設(shè)置有多個彈性部件，例如彈簧，這些彈簧分布在第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層的外側(cè)邊緣，用于形成第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間的彈性支撐臂。當外力作用于納米摩擦發(fā)電機時，納米摩擦發(fā)電機受到擠壓，彈簧被壓縮，使得第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層接觸形成摩擦界面；當外力消失時，彈簧彈起，使得第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層分離，納米摩擦發(fā)電機恢復到原來的狀態(tài)。
[0103]如果第二高分子聚合物絕緣層相對居間電極層的面和居間電極層相對第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)，在圖1Oa所示的結(jié)構(gòu)中，第二高分子聚合物絕緣層與居間電極層是正對貼合，并通過外側(cè)邊緣的膠布粘貼在一起的，但本實用新型不僅限于此。第二高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間可以設(shè)置有多個彈性部件，例如彈簧，這些彈簧分布在第二高分子聚合物絕緣層與居間電極層的外側(cè)邊緣，用于形成第二高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間的彈性支撐臂。當外力作用于納米摩擦發(fā)電機時，納米摩擦發(fā)電機受到擠壓，彈簧被壓縮，使得第二高分子聚合物絕緣層與居間電極層接觸形成摩擦界面；當外力消失時，彈簧彈起，使得第二高分子聚合物絕緣層與居間電極層分離，納米摩擦發(fā)電機恢復到原來的狀態(tài)。
[0104]可選地，彈性部件可以同時設(shè)置在居間電極層與第一高分子聚合物絕緣層、居間電極層與第二高分子聚合物絕緣層之間。
[0105]本實用新型提供的采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電與太陽能發(fā)電組合的發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)了波浪能、潮汐能和太陽能的多重收集利用，這不僅節(jié)約了能源，而且清潔環(huán)保，保護了環(huán)境。對于采用納米摩擦發(fā)電機的波浪能、潮汐能發(fā)電系統(tǒng)，由于納米摩擦發(fā)電機本身的發(fā)電效率很高，而使整個波浪能、潮汐能發(fā)電系統(tǒng)有很高的發(fā)電效率，再加上高效的設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了一個最佳的發(fā)電效率。
[0106]本實用新型的海洋能發(fā)電與太陽能發(fā)電組合的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成多種形式，可以根據(jù)應(yīng)用場所的不同選擇不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，擴大了波浪能、潮汐能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
[0107]本實用新型提供的發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)了納米摩擦發(fā)電機收集波浪能發(fā)電、潮汐能發(fā)電與太陽能發(fā)電的結(jié)合，多個高效率的子系統(tǒng)的疊加，使整個系統(tǒng)的效率得到大幅度的提高。另外還提供了一種儲能裝置，該儲能裝置設(shè)計靈活，能自動進行切換，不僅可以同時儲存納米摩擦發(fā)電機收集波浪能、潮汐能所發(fā)的電與太陽能發(fā)的電，還可以交替儲存納米摩擦發(fā)電機收集波浪能、潮汐能所發(fā)的電與太陽能發(fā)的電，操作簡單。
[0108]本實用新型提供的發(fā)電系統(tǒng)中將納米摩擦發(fā)電機設(shè)置于殼體中，殼體是一個封閉的結(jié)構(gòu)，可以防止海水腐蝕納米摩擦發(fā)電機和電路等內(nèi)部部件，使得發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)長壽命發(fā)電。
[0109]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例子，當然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行改動和變型，倘若這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認為是本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用納米摩擦發(fā)電機的海洋能發(fā)電和太陽能發(fā)電組合系統(tǒng)，其特征在于，包括:海洋能發(fā)電機、太陽能組件和儲能裝置； 所述海洋能發(fā)電機包括用于將機械能轉(zhuǎn)化為電能的至少一個納米摩擦發(fā)電機； 所述太陽能組件由多個太陽能電池組成，所述多個太陽能電池以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接形成太陽能組件的至少兩個輸出端，其中每個太陽能電池為由半導體材料所形成的PN結(jié)式結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元； 所述儲能裝置與所述納米摩擦發(fā)電機的輸出端和所述太陽能組件的至少兩個輸出端相連，用于對所述納米摩擦發(fā)電機輸出的電能和所述太陽能組件輸出的電能進行存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述PN結(jié)是半導體薄膜的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能組件還包括保護體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述保護體為保護板或保護膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述海洋能發(fā)電機還包括:容納所述至少一個納米摩擦發(fā)電機的殼體，其中，所述殼體內(nèi)部具有空腔，所述至少一個納米摩擦發(fā)電機設(shè)置在所述空腔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述海洋能發(fā)電機還包括:設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一個撞擊部件，其中，所述撞擊部件包括能夠與所述納米摩擦發(fā)電機發(fā)生碰撞的撞擊球。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個納米摩擦發(fā)電機通過固定部件固定在所述空腔的第一側(cè)壁和/或第二側(cè)壁上，所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁相對； 且所述撞擊部件進一步包括:設(shè)置在所述第一側(cè)壁和第二側(cè)壁之間的導軌，所述撞擊球能夠沿所述導軌移動。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導軌為空心導管，所述撞擊球設(shè)置于所述空心導管內(nèi)部的通道內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導軌與所述第一側(cè)壁和所述第二側(cè)壁之間分別具有預(yù)設(shè)的保護間隔。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個納米摩擦發(fā)電機通過固定部件固定在所述空腔的任一側(cè)壁上，且所述撞擊部件進一步包括牽引件，所述牽引件的第一端為固定在所述空腔的頂壁上的固定端，所述牽引件的第二端為連接有所述撞擊球的自由端。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引件的長度大于納米摩擦發(fā)電機的頂端與牽引件的第一端之間的距離，小于納米摩擦發(fā)電機的低端與牽引件的第一端之間的距離。
12.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個納米摩擦發(fā)電機通過彈性部件設(shè)置在所述空腔內(nèi)部，且所述海洋能發(fā)電機還包括:設(shè)置于所述空腔內(nèi)的至少一個撞擊部件，其中，所述撞擊部件能夠在所述空腔內(nèi)自由運動。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性部件包括第一彈性件和第二彈性件，所述第一彈性件的第一端和所述第二彈性件的第一端分別固定在所述空腔的兩個內(nèi)壁上，所述第一彈性件的第二端和所述第二彈性件的第二端之間固定連接一個納米摩擦發(fā)電機，其中，所述兩個內(nèi)壁之間相對平行或垂直。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性部件為兩組，其中，第一組彈性部件中的各個彈性部件之間相互平行，第二組彈性部件中的各個彈性部件與所述第一組彈性部件中的各個彈性部件之間相對垂直。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述撞擊部件具有橢圓形的底部以及球形的頂部，其中，所述底部和頂部均為自由端。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述底部的體積大于所述頂部的體積，且所述底部的密度大于所述頂部的密度。
17.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體的縱剖面為波浪形狀。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體進一步包括:多個子殼體，每相鄰的兩個子殼體之間通過固定部件固定連接且呈第一預(yù)設(shè)角度，其中，每個子殼體內(nèi)部具有至少一個空腔。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個空腔內(nèi)的納米摩擦發(fā)電機與所述空腔的至少一個內(nèi)壁固定。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體與水平面之間呈第二預(yù)設(shè)角度。
21.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機的表面設(shè)置有防護墊片，或者，所述納米摩擦發(fā)電機的表面為塑封表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能裝置包括:整流電路、第一開關(guān)控制電路、第一直流/直流控制電路、第二開關(guān)控制電路、第二直流/直流控制電路以及儲能電路； 所述整流電路與所述至少一個納米摩擦發(fā)電機的輸出端相連，接收所述至少一個納米摩擦發(fā)電機輸出的交流脈沖電`信號并對所述交流脈沖電信號進行整流處理得到直流電壓； 所述第一開關(guān)控制電路與所述整流電路、所述第一直流/直流控制電路和所述儲能電路相連，接收所述整流電路輸出的直流電壓和所述儲能電路反饋的瞬時充電電壓，根據(jù)所述整流電路輸出的直流電壓和所述儲能電路反饋的瞬時充電電壓得到第一控制信號，將所述第一控制信號輸出給所述第一直流/直流控制電路； 所述第一直流/直流控制電路與所述整流電路、所述第一開關(guān)控制電路和所述儲能電路相連，根據(jù)所述第一開關(guān)控制電路輸出的第一控制信號對所述整流電路輸出的直流電壓進行轉(zhuǎn)換處理輸出給所述儲能電路充電，得到瞬時充電電壓； 所述第二開關(guān)控制電路與所述太陽能組件的至少兩個輸出端、所述第二直流/直流控制電路和所述儲能電路相連，接收所述太陽能組件輸出的直流電壓和所述儲能電路反饋的瞬時充電電壓，根據(jù)所述太陽能組件輸出的直流電壓和所述儲能電路反饋的瞬時充電電壓得到第二控制信號，將所述第二控制信號輸出給所述第二直流/直流控制電路； 所述第二直流/直流控制電路與所述太陽能組件的至少兩個輸出端、所述第二開關(guān)控制電路和所述儲能電路相連，根據(jù)所述第二開關(guān)控制電路輸出的第二控制信號對所述太陽能組件輸出的直流電壓進行轉(zhuǎn)換處理輸出給所述儲能電路充電，得到瞬時充電電壓。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能裝置包括:第一開關(guān)控制電路、整流電路、開關(guān)電路、第二開關(guān)控制電路、直流/直流控制電路和儲能電路； 所述第一開關(guān)控制電路與所述太陽能組件的至少兩個輸出端和所述至少一個納米摩擦發(fā)電機相連，接收所述太陽能組件輸出的直流電壓，根據(jù)所述太陽能組件輸出的直流電壓向所述至少一個納米摩擦發(fā)電機輸出用于控制納米摩擦發(fā)電機是否工作的控制信號； 所述整流電路與所述至少一個納米摩擦發(fā)電機的輸出端相連，接收所述至少一個納米摩擦發(fā)電機輸出的交流脈沖電信號并對所述交流脈沖信號進行整流處理得到直流電壓； 所述開關(guān)電路的控制端與所述太陽能組件的輸出端相連，根據(jù)所述太陽能組件輸出的直流電壓控制所述開關(guān)電路的輸入/輸出端與所述太陽能組件的至少兩個輸出端或所述整流電路連通； 所述第二開關(guān)控制電路與所述開關(guān)電路的輸入/輸出端、所述直流/直流控制電路和所述儲能電路相連，接收所述開關(guān)電路的輸入/輸出端輸出的直流電壓和所述儲能電路反饋的瞬時充電電壓，根據(jù)所述開關(guān)電路的輸入/輸出端輸出的直流電壓和所述儲能電路反饋的瞬時充電電壓得到控制信號，將所述控制信號輸出給所述直流/直流控制電路； 所述直流/直流控制電路與所述開關(guān)電路的輸入/輸出端、所述第二開關(guān)控制電路和所述儲能電路相連，根據(jù)所述第二開關(guān)控制電路輸出的控制信號對所述開關(guān)電路的輸入/輸出端輸出的直流電壓進行轉(zhuǎn)換處理輸出給所述儲能電路充電，得到瞬時充電電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能電路為鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池或超級電容器。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機包括:依次層疊設(shè)置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面朝向所述第二電極設(shè)置，所述第一電極和第二電極構(gòu)成所述納米摩擦發(fā)電機的輸出端。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述 的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層與所述第二電極之間設(shè)置有多個彈性部件，所述彈性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物絕緣層與所述第二電極接觸和分離。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機進一步包括:設(shè)置在所述第二電極和所述第一高分子聚合物絕緣層之間的第二高分子聚合物絕緣層，所述第二電極設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；且所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面相對設(shè)置。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層相對設(shè)置的兩個面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層與所述第二高分子聚合物絕緣層之間設(shè)置有多個彈性部件，所述彈性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物絕緣層與所述第二高分子聚合物絕緣層接觸和分離。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機進一步包括:設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間的居間薄膜層，其中，所述居間薄膜層為聚合物薄膜層，且所述第一高分子聚合物絕緣層相對所述居間薄膜層的面和居間薄膜層相對于第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個面上和/或所述第二高分子聚合物絕緣層相對所述居間薄膜層的面和居間薄膜層相對第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和所述居間薄膜層之間設(shè)置有多個彈性部件，該彈性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物絕緣層和所述居間薄膜層接觸和分離； 和/或，所述第二高分子聚合物絕緣層和所述居間薄膜層之間設(shè)置有多個彈性部件，該彈性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物絕緣層和所述居間薄膜層接觸和分離。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機包括:依次層疊設(shè)置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，居間電極層，第二高分子聚合物絕緣層以及第二電極；其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；所述第二電極設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上，所述居間電極層設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面之間，且所述第一高分子聚合物絕緣層相對所述居間電極層的面和居間電極層相對于第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個面上和/或所述第二高分子聚合物絕緣層相對所述居間電極層的面和居間電極層相對第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)，所述第一電極和第二電極相連后與所述居間電極層構(gòu)成所述納米摩擦發(fā)電機的輸出端。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和所述居間電極層之間設(shè)置有多個彈性部件，該彈性部件用于在外力的作用下控制所述第一高分子聚合物絕緣層和所述居間電極層接觸和分離； 和/或，所述第二高分子聚合物絕緣層和所述居間電極層之間設(shè)置有多個彈性部件，該彈性部件用于在外力的作用下控制所述第二高分子聚合物絕緣層和所述居間電極層接觸和分離。
【文檔編號】H02N1/04GK203377808SQ201320212587
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月22日
【發(fā)明者】徐傳毅, 張勇平 申請人:納米新能源（唐山）有限責任公司