[发明专利]一种基于压电效应的波浪能发电供能浮标及方法

说明书

本发明公开了一种基于压电效应的波浪能发电供能浮标及方法，利用压电材料特性和海洋波浪能来发电，用于给多功能监测浮标供电。压电效应的波浪能发电供能浮标包含压电发电装置和和水文气象多参数观测浮标。浮标包含上工作平台、浮子、中心轴杆和载重装置。工作时，浮子、载重装置和中心轴杆构成了二自由度谐振系统，在波浪的激励下产生相对运动，通过压电发电装置的周期性振动将波浪能转化为电能输出，从而给各个监测设备供电。本发明充分利用了海洋波浪能进行压电发电，从而为了监测设备稳定持久的供能，实现对海洋环境气象和水文数据的实时采集、处理、传输，具有高度自动化特点，实现了集智能化、模块化于一体的高性能多功能海洋检测系统。

技术领域

本发明涉及一种在海上利用波浪能发电给监测系统供能的压电式浮标，是一种对新能源开发和利用的发电装置及水文气象多功能监测浮标。

背景技术

在人类科技高速发展的现在，供人类直接开采的能源资源如石油和天然气已经日渐匮乏，所以对新能源的开发和利用是当今世界的热潮。海洋面积广阔，约占地球表面积的71％，具有非常大的潜力，而利用波浪能发电则是现在的一项新兴技术。

如今大多数的海洋发电装置都是利用的太阳能发电和蓄电池的交替使用来为工作设备或监测系统进行供电，显而易见，上述现有的供电形式不具有连续性、安全性和可靠性。而利用压电式波浪能发电装置能够直接将波浪能通过压电材料的形变转换为电能，比太阳能发电更持久和稳定，这为海上监测设备供电提供了一种十分可行的技术方案。

由于海洋环境复杂多变，海洋监测浮标的功能一般都比较单一，现在的海洋监测浮标，通常都只具有水文、水质、气象、环境等海洋数据监测中的个别功能。就浮标本身而言，扩展性和兼容性均显得不足，难以满足海洋监测的多方面需求。

发明内容

本发明的目的在于解决背景技术中所阐述的缺陷和不足，提供了一种多功能海洋波浪能压电发电装置供能浮标，其具有体积小、结构简单、易于组装和维护的优点，且寿命长，供能稳定，能量吸收率和发电效率高，可广泛用于江河湖泊及海岸，具有较强的市场竞争优势。

本发明技术方案如下：

一种基于压电效应的波浪能发电供能浮标,包括上工作平台、浮子、中心轴杆和载重装置；

所述的中心轴杆贯穿浮子后，上端与上工作平台连接，下端与载重装置连接；中心轴杆下部外侧搭载有水深计、水温计、盐度计和流速计；中心轴杆处于浮子中心轴位置；水深计用来测量水深计所在位置的深度，水温计、盐度计和流速计分别用来测量水温、水的盐度以及水的流速，同时将数据传输给数据采集器。

所述的上工作平台(17)上搭载有浮标灯、风向风速传感器、气温气压计和无线电发射器；浮标灯用来提供警示，避免过往船只在不知情的情况下对浮标造成损坏；风向风速传感器用来测量当前海域的风向和风速变化，并将收集的数据传给数据采集器；气温气压计用来测量当前海域的气温和气压变化，并将收集的数据传给数据采集器；无线电发射器用来将数据采集器收集到的数据实时传输到船上或岸上接收中心。

所述的浮子内部设有压电发电装置和若干密封舱；所述的压电发电装置为若干压电发电单元，压电发电单元一端与中心轴杆固定连接，另一端与浮子的浮壳固定连接，从而使浮子与中心轴杆连接；所述密封舱以中心轴杆为中心对称布置，密封舱内设置有蓄电池组、数据采集器、存储器以及定位装置；

所述的压电发电装置和蓄电池组分别与水深计、水温计、盐度计、流速计、数据采集器、存储器、定位装置、浮标灯、风向风速传感器、气温气压计和无线电发射器连接以提供电能,所述的压电发电装置和蓄电池组电连接,所述的数据采集器与水深计、水温计、盐度计、流速计、风向风速传感器、气温气压计、定位装置、存储器和无线电发射器连接以采集数据，并将采集到的数据传输给用户。

所述载重装置沉入水面之下工作时，浮子、载重装置和中心轴杆三者构成了二自由度谐振系统，在海洋波浪的激励下产生相对运动,从而给压电发电单元施加压力进而产生电能。