[发明专利]一种基于TEG和PEG的太阳能与风能多能互补小型能量采集装置

说明书

本发明提供一种基于TEG和PEG的太阳能与风能多能互补小型能量采集装置，由设置在顶部的TEG单元、中部的PEG单元和底部的能量管理单元耦合构成，TEG单元包括温差发电部件、作为热端的储热腔室和作为冷端的平板热管；PEG单元包括压电悬臂梁、与压电悬臂梁的自由端相连的柔性梁或者质量块；压电悬臂梁的固定端由夹具夹持且固定在封装外壳的主侧壁中部，平板热管下端面、封装外壳以及能量管理单元的上端面共同构成PEG单元的风道；能量管理单元，由两部分集成，分别为PEG单元的能量储存与管理模块和TEG升压电路模块，用于存储电能和外供电能。本发明具有结构紧凑、多能互补等优点，有效提高发电性能、清洁无污染、节约成本。

技术领域

本发明涉及多能互补自供能技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于TEG和PEG的太阳能与风能多能互补小型能量采集装置，可采集环境中的太阳能与风能为小型传感网络与用电设备进行供电，可应用于智能船舶传感网络、海洋智能传感网络、农业气象监测节点供能、森林险情预警等场景。

背景技术

当前，微型器件及系统大多仍然使用传统的化学电池作为工作电源。然而，传统电池需要人为的定期更换或充电，尤其是在偏远地区，这将是一项繁琐、高成本的工作任务。不仅如此，传统化学电池还具有体积大、寿命短、功率密度低等缺点，使其在无线传感节点、植入式微系统等方面的应用受到一定的限制。能量采集技术是一种采集、收集各种各样周围环境中的能源，并将已经收集到能量转化为电能为用电负载进行供电。近年来，国内外对能量采集器开展了大量的研究，能量采集器可将环境中的能量进行采集并转化为所需的电能，具有环保、体积小、寿命长、易集成等优势，是解决无线传感节点等供电问题的一种理想方案。

在自然环境中，可利用的能源很多，如机械能、热能、光能等。其中，机械能(如振动能、风能等)蕴藏丰富、清洁环保，对环境中的机械能进行采集与利用已经引起了人们的广泛关注。因风能在自然界中随处可见，具有可再生、环保等优点，对于风能采集的相关研究也越来越多，小型风能采集器已逐步成为微能源研究的热点之一。自供能无线风速与温度监测节点可广泛应用于农业气象监测、森林险情预警等领域。而太阳能具有很高的功率密度，当室外艳阳高照的情况下，太阳能就很丰富。如果能够在同一时刻同一地点能够同时捕捉这两种能源，将两种能源进行互补发电供能，可有效解决可再生能源不连续输出的问题，更大程度地回收环境中的各种能源，对负载供能具有重大的意义。

因此，有必要提供一种采集装置，可以有效的捕捉太阳能和风能两种能源，有效进行互补发电供能。

发明内容

根据上述提出现有的微型能量采集器采集可再生能源时存在的能源输出不连续或机械能采集过程中存在利用率低、功率不能满足较大范围的技术问题，而提供一种基于TEG(Thermoelectric Power Generator温差发电)和PEG(Piezoelectric Generator压电发电)的太阳能与风能多能互补小型能量采集装置。本发明的装置主要由设置在顶部的TEG单元与设置在中部的PEG单元和底部的能量管理单元耦合构成，顶部的TEG单元通过PEG单元的封装外壳顶部刚性连接固定，采集周围环境中的能源产生电能并输出至能量管理单元，经处理后再对负载电路供能，从而可以满足较大功率范围的需求，且可根据实际情况串联多组改能量采集装置为外界负载进行供电，以满足负载用电需求。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于TEG和PEG的太阳能与风能多能互补小型能量采集装置，其特征在于，由设置在顶部的TEG单元、中部的PEG单元和底部的能量管理单元耦合构成，所述TEG单元的端部与所述PEG单元的封装外壳顶部刚性连接固定，所述PEG单元的封装外壳还包括主侧壁及与所述主侧壁两侧连接的侧板，其中：

所述TEG单元，包括温差发电部件、设置在所述温差发电部件上部的作为热端用于提供热源的储热腔室和设置在所述温差发电部件下部的作为冷端用于散热的平板热管；所述TEG单元产生的电能经导线输运至能量管理单元；