[发明专利]用于从水波的运动能中获得电能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从水波的运动能中获得电能的方法。在该方法中，在水中提供包含可通过水波的作用膨胀的电活性聚合物的设备。在电活性聚合物膨胀时，在确定的时间点施加电荷、电压或电场强度一确定的时段。在聚合物松弛时，除了剩余电荷外将其取出。在该方法中，确定为运行该方法所需的目标电荷和电活性聚合物的充电和放电的开始和结束的时间点的参量。

背景技术

借助电活性聚合物发电机（EPA发电机）从水波中的能量获得基于如下原理：在第一阶段将潜在的波能转换为EPA发电机的膨胀，其中所述膨胀随后在使用能量获得循环（energy harvesting cycle，EHC）的情况下最终被转换为电能。

电机械转换器的例子在WO 2001/06575 A1中找到。该专利申请涉及转换器、其应用和其制造。用于将机械能转换成电能的这样的转换器包括至少两个电极和聚合物。该聚合物如此被布置，使得作为第一区段的长度变化的结果使电场改变。此外，聚合物的第二区段弹性偏置（vorgespannt）。

WO 2007/130252 A2公开了使用用于转换最初包含在一个或多个波中的机械能的EAP转换器的系统和方法。在海中可使用的设备能够使用机械能量转换系统，其转移机械能，所述机械能适用于作用于EAP转换器。这样的海洋设备包括主体，其中如果该设备在水中漂浮，则主体的一部分位于水表面上方。该设备此外包括用于将来自水表面水平的改变的机械能转移成通过系统调整的机械能的系统。EPA转换器耦合到用于转移机械能的系统的一部分并且被设立用于在用于转移机械能的系统中从所调整的机械能中产生电能。EPA转换器具有电活性聚合物和至少两个耦合到电活性聚合物上的电极。

能量获得循环的优化除了在机械上适当的布置之外是用于提高EAP发电机的能量效率的基本可能性。用于充电/放电过程的控制或调节概念尤其是在该方面作出重要贡献。

在理论角度下，为了EAP发电机的最佳的转换效率可以追求下面的循环，所述循环是理论极限循环：

第一阶段：EAP发电机基于外部力作用而膨胀。该力例如通过充分利用势能的改变引起，如该力在波运动时出现。

第二阶段：在EAP发电机的最大膨胀时，给由在两个软的电极之间所引入的聚合物组成的装置施加电荷。在电角度下可看作具有可变的电容的电容器的装置被充电直至达到电击穿场强。

第三阶段：在减小外部攻击力时EAP由于在聚合物中起作用的弹性回弹力而松弛。在该过程中在EAP发电机中存储的电能增加。该阶段描述了从机械能到电能的能量转换过程。

第四阶段：一旦聚合物内的弹性回弹力按数值等于反向的通过被充电的电容器的静电压力引起的力，EAP不继续收缩并且该装置应该被放电。在该过程之后，EAP发电机再次由于减小的静电压力而达到其初始长度。

前述的理论循环可以在实际角度下仅近似地被经历。在电击穿场强处理论上要追求的运行在实际中可能导致装置破坏。出于该原因，所施加的场强必须在能量获得循环的每个时间点处于电击穿电场之下。当然，场强可以被选择得越高，EAP发电机的能量获得越高。

此外可能如此对于第三阶段制定EAP发电机的循环，使得代替施加恒定的电荷而给EAP发电机供应恒定的电压或恒定的电场。

为了可以获得尽可能多的电能，所施加的电荷、电压或电场强因此应该尽可能靠近于击穿场强。但是，如果波的幅度变化，则所施加的电荷的固定预先给定的值是不利的。随着较小的波高度而出现电活性聚合物的较小的膨胀，使得对聚合物的充电不再能够最佳地进行。在实际运行中此外应该考虑：对于聚合物的充电电流不是无限地高，这样充电时间不是无限地小。更确切地说，在一定的时间间隔上电荷被转移到聚合物上。相应地适用于聚合物的放电。在能量获得的优化中在开始、结束和持续时间方面也必须一起考虑所述时间间隔。

发明内容

因此，实际可实施的能量转换循环对最佳循环的近似的改善是值得期望的。这包含用于实现充电/放电过程的控制或调节概念。控制/调节结构在图4中对于恒定的电荷、在图5中对于恒定的电压和在图6中对于恒定的电场被概述。

根据本发明，建议一种用于从水波的运动能中以恒定的电荷获得电能的方法，包括步骤：

在水中提供设备，其中所述设备如此被设立，使得该设备的一部分布置在水表面上方，其中所述设备包括电活性聚合物，所述电活性聚合物布置在电极之间并且其中在所述设备中，来自水平面的变化的机械能被转移到电活性聚合物上；