[发明专利]一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置及方法

权利要求书

1.一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置，包括整体能量收集装置，其特征在于，所述整体能量收集装置包括雨滴能收集系统、光伏发电系统与能量收集利用系统，所述雨滴能收集系统包括用于整流电能的整流桥(3)、用于透光的玻璃板(4)、用于吸附传导电子的铜电极(5)与用于产生感应电荷的PTFE薄膜(6)，所述光伏发电系统为光伏发电板(7)，所述能量收集利用系统包括作为负载的LED灯(1)与用于存储能量的无极电容(2)；所述整体能量收集装置单个单元大小为76*26mm。

2.如权利要求1所述的一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置，其特征在于，所述雨滴能收集系统的铜电极(5)单元排布形式为两片“L”型中心对称分布为一组，所述雨滴能收集系统设有用于固定铜电极(5)位置的亚克力板，所述铜电极(5)通过亚克力板与雨滴能收集系统固定连接。

3.如权利要求2所述的一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置，其特征在于，所述雨滴能收集系统的工作方法包括：

S1：液滴(9)从高处滴落与PTFE薄膜(6)接触，液滴(9)带正电荷，而PTFE薄膜(6)表面则带相反的负电荷；

S2：PTFE薄膜(6)上铺展的液滴(9)达到最大面积，固-液界面间电荷转移数达到最大。

S3：液滴(9)于表面张力作用下，开始收缩回弹，回弹使固-液接触面积减小，导致PTFE薄膜(6)与液滴(9)间的电平衡被破坏；

S4：PTFE薄膜(6)与铜电极(5)间产生负电势差，电子从铜电极(5)流向地电极，此时产生一个负电流脉冲，当液滴(9)滑离PTFE薄膜(6)表面时，又会产生一个负电流脉冲；

S5：液滴(9)再次滴落与带负电荷的PTFE薄膜(6)表面接触时，液滴(9)与PTFE薄膜(6)表面形成双电层，导致PTFE薄膜(6)与铜电极(5)间的电平衡被破坏；

S6：电子从地电极流向铜电极(5)，直到液滴(9)铺展到最大面积时，产生一个正电流脉冲。与第一个液滴(9)相同，当液滴(9)回弹、滑离PTFE薄膜(6)表面时，产生两个负电流脉冲。

4.如权利要求1所述的一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置，其特征在于，所述太阳能光伏系统的光伏发电板(7)包括钢化玻璃(701)、EVA(702)、太阳电池(703)。

5.如权利要求4所述的一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置，其特征在于，所述光伏发电系统的工作方法包括：

S1：太阳光照在光伏发电板(7)设有的半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对；

S2：在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区；

S3：接通电路后就形成电流，从而将太阳能转化为电能。

6.如权利要求1所述的一种基于TENG的多功能屋顶能量收集装置，其特征在于，所述玻璃板(4)、铜电极(5)与PTFE薄膜(6)由下至上固定连接组成发电机单元，所述玻璃板(4)的底面与光伏发电板(7)的表面连接，所述玻璃板(4)为实验常用76*26mm载玻片，所述铜电极(5)为长20mm、宽4mm的长方形铜箔；所述发电机单元采用单电极式的工作模式，玻璃板(4)上半部分粘贴有铜电极(5)，所述铜电极(5)表面粘贴有一层用于覆盖铜电极(5)的PTFE薄膜(6)，铜电极(5)与玻璃板(4)间插入有铜导线。

7.一种如权利要求1所述的基于TENG的多功能屋顶能量收集装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：液滴(9)滴落在雨滴能收集系统的PTFE薄膜(6)上；

S2：基于摩擦起电和静电感应原理，玻璃板(4)和PTFE薄膜(6)的得失电子能力不同；

S3：在PTFE薄膜(6)产生的感应电荷通过铜电极(5)传输至整流桥(3)上，整流后的电能通过无极电容(2)储存起来；

S4：光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能；

S5：在晴天时光能透过透明的玻璃板(4)将能量储存至无极电容(2)，待到夜晚时可将储存的能量用于LED灯(1)照明。