[实用新型]基于压电效应的风能俘获发电装置

说明书

本实用新型提供一种基于压电效应的风能俘获发电装置，包括至少一个第一扇叶、轴件单元、至少一个第二扇叶、至少一个压电陶瓷片和压电仓；所述第一扇叶，与所述轴件单元连接；所述轴件单元，依次与所述第一扇叶和所述第二扇叶连接，并固定连接于所述压电仓；所述第二扇叶，与所述轴件单元连接；所述压电陶瓷片，与所述压电仓连接。本实用新型提供的一种基于压电效应的风能俘获发电装置，通过设置扇叶、以及压电陶瓷片，可以实现风能‑机械能‑弹性势能‑电能的转换，为小型风力发电机提供技术支撑，为微风并网发电提供理论基础，能够解决一些偏远地区的小型用电场所电能供给困难以及能源清洁的问题。

技术领域

本实用新型涉及新能源设备领域，更具体地，涉及一种基于压电效应的风能俘获发电装置。

背景技术

能源不可再生，且伴随环境污染与生态恶化以及能源危机等问题。风能作为可再生能源，储量丰富，通过风能俘获能量装置将其转换，从而为小型用电场所提供电能供给，对现代社会的可持续发展具有重要意义。

随着电子技术与储能技术的提高，小型风力发电如风光互补路灯这类典型应用越来越多出现在人们的视野，但其通常沿用大型风力发电机组的参数，往往忽略低风速发电条件而导致系统容量设计不足。压电式发电装置采用压电材料制作，作为新型能量采集设备，具有较高的能量转换效率，结合能量储存与转换电路，在低风速条件下能够达到较好的风力发电效果。

压电效应指在压电介质中发生机械能和电能转换的现象，目前常见的压电材料包括单晶体、压电陶瓷、压电高分子聚合物和压电复合材料等，相比较而言，压电陶瓷制造工序简单可以加工成任意形状，而且具备较高的力学性能和稳定的压电性能，振动能量的收集通常采用压电陶瓷材料。在分析压电陶瓷特性时须将力学量与电学量相结合，压电陶瓷既是弹性体也是铁电体，所以同时具备机械效应和电效应，可用压电方程描述其特性：

其中表示电场强度E为零或者其他常数时，应力σ_j对总应变贡献；为应力σ_j为零或者为其他常数时的介电常数。第一个等式表示应变＝应力+电场，第二个等式表示电位移＝应力+电场。

根据压电方程，当施加一定力至压电陶瓷上，即可产生一定的电能。

近年来，压电发电技术的研究取得了较大的进展。现有技术中有研制的压电发电鞋，以0.9Hz的频率步行，能够在两端分别产生1.3mw和8.4mw的平均功率；现有技术中还有的研发了压电式实现导航标识，其压电装置产生的电能可以点亮6个LED灯，在实际测试道路上的可见距离达200m；现有技术中还有用一个自由落体的球去撞击表面粘有压电陶瓷的金属板，并设计了压电发电的等效电路模型，对转化效率进行了研究，得出这种存储方法的最大转换效率为35％，是太阳能电池转化效率的3倍多的结论。

这些压电装置在结构与功能上均不适用于空间利用率与复用指数极高小型用电场所。而对于传统的发电装置主要是通过发电机转子的转动，使得发电装置通过电磁感应的方式发电。这些发电装置一般适用于大型的的发电场所，不适用于小型发电场所，并且发电装置庞大且昂贵，部件更换不方便，在发电过程中会产生一定的热能。

实用新型内容

本实用新型提供一种克服上述问题的一种基于压电效应的风能俘获发电装置。

根据本实用新型的一个方面，提供一种基于压电效应的风能俘获发电装置，包括至少一个第一扇叶、轴件单元、至少一个第二扇叶、至少一个压电陶瓷片和压电仓；所述第一扇叶，与所述轴件单元连接；所述轴件单元，依次与所述第一扇叶和所述第二扇叶连接，并固定连接于所述压电仓；所述第二扇叶，与所述轴件单元连接；所述压电陶瓷片，与所述压电仓连接。