本发明专利技术涉及一种新型复合能源装置和发电方法，该复合能源装置由太阳能电池和覆盖在太阳能电池表面的透明摩擦发电机构成。针对雨季或晚上，用透明的摩擦发电机代替太阳能电池表面最上层的商用保护板，组成一种新型的复合能源装置。在晴天时，太阳光透过摩擦发电机后，太阳能电池照常收集太阳光能量进行光伏发电，在雨天光伏发电效率大幅降低时，辅以摩擦发电机收集雨水能量进行摩擦发电。透明摩擦发电机一方面作为不影响光电转换效率的太阳能电池保护板，另一方面，又可以收集自然界中雨水的能量。本发明专利技术将单一利用光伏发电的太阳能电池板拓展为复合能源电池系统，是一种全新的复合型绿色能源装置，具有广泛的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型复合能源装置，特别是涉及可以同时或分别收集太阳能和雨水能量的复合绿色能源系统和发电方法。
技术介绍
当前社会，传统能源的匮乏及其带来的污染等问题，已经引起了人们的高度关注。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的环境友好型能源，是最有前途的新能源之一。太阳能电池利用光电效应或光化学效应将太阳能直接转化为电能，是太阳能利用的最有效形式。目前，太阳能电池已经被成熟的商业化，广泛的应用于屋顶、道路以及空旷而日照充足的地方进行光伏发电，成为我们日常生活不可或缺的一种发电方式。在实际生产中，为了避免环境的污染和破坏，延长太阳能电池的使用寿命，太阳能电池的表面一般都会被覆盖一层透明的玻璃保护板。在晴天时，太阳能电池可以有效的收集太阳光的能量进行光伏发电，然而在雨天或夜晚时，太阳能电池的发电效率急剧下降甚至消失，这时候的电池板便无法正常工作提供电能。
技术实现思路
本专利技术针对雨季中因日照不足或没有日照的情况下，太阳能电池发电效率急剧下降的问题，提出用透明的摩擦发电机覆盖在太阳能电池表面，代替太阳能电池表面最上层的保护板，组成一种新型的复合能源装置。这种新型复合能源装置，在晴天时，照常收集太阳光能量进行光伏发电，而在雨天光伏发电效率大幅降低时，同时收集雨水能量进行摩擦发电。该专利技术中的透明摩擦发电机一方面可以作为太阳能电池的保护层，不影响太阳能电池的光伏效率，另一方面，又可以收集自然界中雨水的能量，是对光伏发电的一种有益补充。为实现上述目的，本方法提出一种复合能源装置，包括:太阳能电池和覆盖在太阳能电池上的摩擦发电机，其中:所述摩擦发电机自下而上由透明衬底、透明导电层和透明摩擦层依次层叠组成，其中，所述摩擦层的下表面完全覆盖所述导电层，所述导电层与等电位电连接。优选的，所述摩擦层的表面为疏水结构。优选的，所述摩擦层的表面具有超疏水性，超疏水接触角大于150°。优选的，所述摩擦层表面具有微纳结构层，所述微纳结构层为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽,纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，以及由前述结构形成的阵列。优选的，所述微纳结构层与所述摩擦层的材料相同。优选的，所述微纳结构层为通过光刻蚀、化学刻蚀和等离子刻蚀的方法在所述摩擦层的上表面制备；或者所述微纳结构层在制备摩擦层材料时直接形成。优选的，所述摩擦层的材料为透明绝缘材料。优选的，所述绝缘材料为下列材料中的一种或者几种:聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯。优选的，所述摩擦层的厚度为50nm-lmm。优选的，所述透明导电层的材料为透明导电膜TC0、氧化铟锡透明导电膜ΙΤ0、掺氟氧化锡透明导电膜FT0或掺铝氧化锌透明导电膜ΑΖ0。优选的，所述透明衬底、透明导电层和透明摩擦层均为柔性材料；或者，所述透明衬底、透明导电层和透明摩擦层均为硬性材料。优选的，所述透明衬底材料为PET薄膜、玻璃或石英。优选的，所述摩擦发电机紧密贴合封装并固定于太阳能电池上表面；或者，所述摩擦发电机与太阳能电池之间通过支撑体互相隔离开，在所述摩擦发电机和太阳能电池之间形成空隙。优选的，所述空隙的厚度为lmm-5mm。优选的，所述太阳能电池是表面具有微纳凹凸结构的单晶硅太阳能电池。优选的，所述太阳能电池为单晶硅太阳能电池，自下而上由底电极层、P+背反射层、单晶p型硅层、n+发射层、氮化硅膜、栅格状银线以及氧化铟锡ΙΤ0电极构成。优选的，所述太阳能电池为有机物柔性太阳能电池或染料敏化太阳能电池。优选的，所述透明导电层通过导线连接负载或检测装置后接地电位或者等电位电路。优选的，所述摩擦发电机还包括整流元件，上述整流元件连接在所述透明导电层与等电位之间。优选的，所述摩擦发电机摩擦层的表面与地面的夹角范围为20°至70°。优选的，所述摩擦发电机与所述太阳能电池均为平板状，所述摩擦发电机置于所述太阳能电池上方。相应的，本专利技术还提供一种发电方法，采用上述任一项所述的复合能源装置，太阳光透过所述摩擦发电机照射到所述太阳能电池进行光电转换；和/或，带电荷的雨滴或流动的雨水与所述摩擦发电机的透明摩擦层表面接触后分离，在所述透明导电层上产生感应电荷并在透明导电层与等电位之间形成电流。优选的，所述摩擦发电机的接入电阻为5M-15M。与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果:1、本专利技术首次提出了一种新型复合能源装置，用于同时或分别收集自然界中不同天气状况下的太阳能和雨水能量。该复合能源电池系统由两套独立的发电组件构成，下层是太阳能电池，通过光伏效应收集日照中的太阳光能量；上层是透明的摩擦发电机，通过摩擦或接触发电而收集下雨天雨水的静电能，同时摩擦发电机还可以承担太阳能电池表面的环境保护板的角色。2、本专利技术提出并制作的新型复合能源装置，晴天时能够保证太阳能的有效光电转换，雨天光伏发电效率大幅降低时，摩擦发电机收集雨水能量进行发电输出，是对太阳能的一种有益补充。本专利技术拓展了单一利用光伏发电的太阳能电池板为复合能源装置，是一种全新的复合型绿色能源装置，在雨水较多的地区和雨水较多的季节，具有广泛的实际应用价值。3、本专利技术中的摩擦发电机的各层材料，在太阳光波段是透明的，几乎无吸收，类似现有商用太阳能电池板的保护板，不影响太阳能电池对日光的吸收，即不影响太阳能电池板的光电转换效率。4、摩擦发电机的摩擦层的表面，可以进行微米、纳米结构修饰或者进行表面化学改性，增强摩擦层的超疏水性，并进而提高发电机的电学输出特性。5、摩擦发电机的摩擦层表面的疏水的微纳结构层同时具有自清洁的功能，将有助于摩擦发电机的摩擦层维持一干净表面，对于使用在户外大自然环境中，可确保可长时间洁净并提供有效输出。【附图说明】通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术复合能源装置的结构示意图；图2为复合能源装置中摩擦发电机的摩擦层表面包括微纳结构层的结构示意图；图3为复合能源装置中太阳能电池表面包括微纳结构层的结构示意图；图4为复合能源装置中摩擦发电机和太阳能电池之间包括空隙的结构示意图；图5为复合能源装置中摩擦发电机的工作原理示意图；图6为摩擦发电机的输出电压、电流密度曲线，和连接并通过电阻情况下电压、电流密度及输出功率密度的变化曲线；图7为随着摩擦发电机的摩擦层与雨水下落方向之间的夹角不同时，摩擦发动机的输出电压和电流密度结果。【具体实施方式】现有的太阳能电池，在晴天可以有效的收集太阳光的能量进行光伏发电，然而在雨天或夜晚时，太阳能电池的发电效率急剧下降甚至消失，无法正常工作提供电能。摩擦发电机是近两年专利技术的一种新型的将机械能转化为电能的技术，利用得失电子能力不同的两种材料之间的互相摩擦，发生表面电荷转移，能够将广泛存在的机械能，如风能、各种运动物体的动能、以及人体活动如步行、跑动、跳动等形式的能量转变为电能，为小型电子器件如便携设备等提供电源。尤其最近新发现，水与一些材料也可以摩擦起电，这样摩擦发电机就可以捕获自然界中与水相关的能量，例如:水流、海浪、雨水等。本专利技术采用透明的摩擦发电机与太阳能电池相结合，组成一种新型的复合能源装置。晴天时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合能源装置，其特征在于，包括：太阳能电池和覆盖在太阳能电池上的摩擦发电机，其中：所述摩擦发电机自下而上由透明衬底、透明导电层和透明摩擦层依次层叠组成，其中，所述摩擦层的下表面完全覆盖所述导电层，所述导电层与等电位电连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，郑莉，程纲，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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