一种复式点头鸭波浪能发电系统及其制备方法和应用技术方案

本发明专利技术提供了一种复式点头鸭波浪能发电系统及其制备方法和应用，所述系统所述发电系统包括点头鸭波浪能发电装置单元，所述点头鸭波浪能发电装置单元包括点头鸭式外壳、摩擦纳米发电单元、轴承和轴，所述点头鸭式外壳两侧设有轴承，所述轴穿过轴承和点头鸭式外壳，设置在点头鸭式外壳上，所述摩擦纳米发电单元设置于点头鸭式外壳内部；外部电路将点头鸭波浪能发电装置单元进行串联或并联组成复式点头鸭波浪能发电系统。本发明专利技术所述的复式点头鸭波浪能发电系统可将发电装置单元串联或并联以满足实际应用需求，能够直接持续不断的驱动各种海洋设备或传感器件，也可以向海岛提供电力输出。

【技术实现步骤摘要】
一种复式点头鸭波浪能发电系统及其制备方法和应用
本专利技术属于新材料技术以及新能源
，具体涉及一种复式点头鸭波浪能发电系统及其制备方法和应用。
技术介绍
能源是人类社会生存与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，人们大规模使用化石燃料导致了资源日益枯竭，环境不断恶化。因此，新能源的开发与利用已成为维持社会经济可持续发展的战略性选择。地球表面积约为5.1亿平方公里，其中海洋面积达3.61亿平方公里，占总面积的71%。波浪能蕴藏在海面波浪之中，是一种在风力作用下产生的，并以动能和势能的形式由短期波储存的机械能。通过构建波浪能发电系统可为边远海岛和海上设施等提供电力供应。2012年，王中林院士专利技术了基于摩擦起电效应和静电感应效应耦合的摩擦纳米发电机。当两种不同材料在外力驱动下互相接触时，两种材料的表面会感应出电性相反、电量相等的静电荷；在外力作用下两个接触表面发生分离时，两种静电荷的分离而产生的电势差会驱动电子在分别附着于两种材料的表面电极之间流动，从而产生电流输出。由于其具有功率密度高、成本低、重量轻等诸多优点，在人类生物学能和环境机械能的采集方面显示出巨大的优势和应用潜力。目前摩擦纳米发电机在波浪能发电方面的应用还较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复式点头鸭波浪能发电系统及其制备方法和应用，将摩擦纳米发电机与波浪能发电技术相结合，直接将低频波浪运动转化为电能输出。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种复式点头鸭波浪能发电系统，所述发电系统包括点头鸭波浪能发电装置单元，所述点头鸭波浪能发电装置单元包括点头鸭式外壳、摩擦纳米发电单元、轴承和轴，所述点头鸭式外壳两侧设有轴承，所述轴穿过轴承和点头鸭式外壳，设置在点头鸭式外壳上，所述摩擦纳米发电单元设置于点头鸭式外壳内部；外部电路将点头鸭波浪能发电装置单元进行串联或并联组成复式点头鸭波浪能发电系统。进一步的，所述摩擦纳米发电单元包括支撑面、金属电极、介电薄膜、介电球和格栅，所述金属电极镀在介电薄膜底部，与外部电路连接，所述金属电极贴附在支撑面的上方；所介电球放置在介电薄膜上方；所述格栅固定在支撑面上方，将若干介电球分隔。进一步的，所述介电薄膜为聚合物材料或具有高介电常数的半导体材料；所述介电球为直径为10~40毫米的高分子聚合物球。进一步的，所述点头鸭式外壳内部竖直排列设有3个~5个摩擦纳米发电单元。进一步的，所述点头鸭式外壳由3D打印制成，材料为透明亚克力；所述支撑面为弧形曲面，材料为透明亚克力。本专利技术还提供了所述的复式点头鸭波浪能发电系统的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)、制备可拆分的点头鸭式外壳；(2)、将支撑面固定于点头鸭式外壳的内部，金属电极镀在介电薄膜底面，金属电极贴附于支撑面的上方，将若干介电球放置在介电薄膜表面，格栅固定于支撑面上方，组成摩擦纳米发电单元，在点头鸭式外壳的内部设置多个摩擦纳米发电单元；(3)、在点头鸭式外壳两侧安装轴承，将与轴承相匹配的轴插入轴承和点头鸭式外壳内，得到点头鸭波浪能发电装置单元；(4)、对点头鸭波浪能发电装置单元进行防水密封，通过外部电路将若干防水密封后的点头鸭波浪能发电装置单元串联或并联组成复式点头鸭波浪能发电系统。进一步的，所述步骤(1)中的点头鸭式外壳为3D打印制得，材料为透明亚克力，高度0.2米~1.5米。进一步的，所述步骤（2）中的支撑面为弧形曲面，采用透明亚克力材料。进一步的，所述步骤(2)中的介电薄膜为聚合物材料或具有高介电常数的半导体材料，用流延法制备得到；所述介电球为直径为10毫米~40毫米的高分子聚合物球。进一步的，所述步骤（2）中对介电薄膜摩擦表面进行纹理化处理；对介电球表面进行砂纸打磨处理。本专利技术还提供了所述的复式点头鸭波浪能发电系统在波浪能发电站中的应用。进一步的，所述点头鸭波浪能发电装置单元的开路电压为300V～507V、短路电流为1.15μA～1.91μA、功率密度为78.24mW/m3～217.33mW/m3、能量转换效率为10%～14%。与现有技术相比，本专利技术的优点和技术效果是：本专利技术提供了一种复式点头鸭波浪能发电系统，可以高效的收集低频率的波浪能。同时，根据不同海域的波浪条件，自主设计大规模的摩擦纳米发电单元，提高波浪能俘获效率；摩擦纳米发电单元密封于聚合物外壳内部，减少海水腐蚀对发电机组输出性能的影响，易于维护。本专利技术提供的复式点头鸭波浪能发电系统结构简单、发电成本低、能量转换效率高，可将发电装置单元串联或并联以满足实际应用需求，能够直接持续不断的驱动各种海洋设备或传感器件，也可以向海岛提供电力输出。附图说明图1为点头鸭波浪能发电装置单元结构示意图；图2为点头鸭波浪能发电装置单元的侧视示意图。图3为摩擦纳米发电单元的结构示意图；图4为摩擦纳米发电单元的原理图。图5为点头鸭波浪能发电装置单元的开路电压和短路电流输出示意图。图中：1、点头鸭式外壳，2、格栅，3、支撑面，4、介电球，5、轴，6，轴承，7、介电薄膜，8、金属电极，9、外部电路，10、外接电阻。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。如图1~4所示，本专利技术提供了一种复式点头鸭波浪能发电系统，所述系统包括点头鸭波浪能发电装置单元，所述点头鸭波浪能发电装置单元包括点头鸭式外壳1、摩擦纳米发电单元、轴承6和轴5。点头鸭式外壳1为3D打印制成，材料为透明亚克力，点头鸭式外壳1高度0.2~1.5米。点头鸭式外壳1两侧中间偏下位置设有轴承6，轴承6为密封防水轴承，轴6穿过轴承5和点头鸭式外壳1，设置在点头鸭式外壳1上。摩擦纳米发电单元设于点头鸭式外壳1内部，包括支撑面3、金属电极8、介电薄膜7、介电球4和格栅2。支撑面3为弧形曲面，材料为透明亚克力。金属电极8镀在介电薄膜7底部，并贴附于支撑面3的上方。介电薄膜7为聚合物材料或具有高介电常数的半导体材料，介电薄膜7经表面纳米结构处理增加其表面粗糙度。介电球4为直径为10毫米~40毫米的高分子聚合物球，放置于介电薄膜7上方，可自由滚动；格栅2固定于支撑面3上方，将若干介电球4分隔，形成单个介电球运行轨道。点头鸭式外壳1内部摩擦纳米发电单元的数量为3个。金属电极8与外部电路9连接，外部电路9上设有外接电阻10，将点头鸭波浪能发电装置单元进行串联或并联组成复式点头鸭波浪能发电系统。本专利技术提供了复式点头鸭波浪能发电系统的制备方法，包括以下步骤：1、以亚克力材料为原材料，采用3D打印技术制备高度为0.2米~1.5米的可拆分的点头鸭式外壳1；2、支撑面3为弧形曲面，采用透明亚克力材料，将支撑面3固定于点头鸭式外壳1的内部，采用流延法制备聚合物或具有高介电常数的介电薄膜7，并对其摩擦表面进行纹理化处理以增加摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复式点头鸭波浪能发电系统，其特征在于：所述发电系统包括点头鸭波浪能发电装置单元，所述点头鸭波浪能发电装置单元包括点头鸭式外壳、摩擦纳米发电单元、轴承和轴，所述点头鸭式外壳两侧设有轴承，所述轴穿过轴承和点头鸭式外壳，设置在点头鸭式外壳上，所述摩擦纳米发电单元设置于点头鸭式外壳内部；外部电路将点头鸭波浪能发电装置单元进行串联或并联组成复式点头鸭波浪能发电系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种复式点头鸭波浪能发电系统，其特征在于：所述发电系统包括点头鸭波浪能发电装置单元，所述点头鸭波浪能发电装置单元包括点头鸭式外壳、摩擦纳米发电单元、轴承和轴，所述点头鸭式外壳两侧设有轴承，所述轴穿过轴承和点头鸭式外壳，设置在点头鸭式外壳上，所述摩擦纳米发电单元设置于点头鸭式外壳内部；外部电路将点头鸭波浪能发电装置单元进行串联或并联组成复式点头鸭波浪能发电系统。


2.根据权利要求1所述的复式点头鸭波浪能发电系统，其特征在于：所述摩擦纳米发电单元包括支撑面、金属电极、介电薄膜、介电球和格栅，所述金属电极镀在介电薄膜底部，与外部电路连接，所述金属电极贴附在支撑面的上方；所介电球放置在介电薄膜上方；所述格栅固定在支撑面上方，将若干介电球分隔。


3.根据权利要求2所述的复式点头鸭波浪能发电系统，其特征在于：所述介电薄膜为聚合物材料或具有高介电常数的半导体材料；所述介电球为直径为10毫米~40毫米的高分子聚合物球。


4.根据权利要求1所述的复式点头鸭波浪能发电系统，其特征在于：所述点头鸭式外壳内部竖直排列设有3个~5个摩擦纳米发电单元。


5.权利要求1~4所述的复式点头鸭波浪能发电系统的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)、制备可拆分的点头鸭式外壳；
(2)、将支撑面固定于点头鸭式外壳的内部，金属电极镀在介电薄膜底面，金属电极贴附于支撑面的上方，将若干介电球放置在介...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐群委，刘利强，杨希娅，潘荣雄，
申请(专利权)人：青岛亿恩方能源环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37