[发明专利]一种复合能量采集装置

说明书

本发明公开一种复合能量采集装置，包括矩形的箱体，在箱体顶部设有透光口，透光口安装有菲涅尔透镜，在箱体四周的其中一侧面上设有通风口，在通风口内设有呈横向设置的绕流体，绕流体把通风口分隔成呈上下设置上风口和下风口，在箱体的内部设有呈竖向设置的支撑柱，支撑柱上端连接有悬臂，悬臂与绕流体设置在同一水平面上，悬臂包括自上而下依次叠层设置的透明上电极层、铁电薄膜层、下电极层、衬底层，衬底层包括与支撑柱连接的固定端、悬空设置的自由端，在自由端安装有重量块，铁电薄膜层同时具有的铁电光伏效应、热释电效应和压电效应，使太阳能、热能和风能同时转换为电能，实现对不同形式能量的同时采集。本发明用于能量的采集。

技术领域

本发明涉及能量采集的技术领域，特别涉及一种复合能量采集装置。

背景技术

无线传感网络被广泛用于环境监测、智慧农业、交通管理以及军事侦察等领域，在物联网时代具有广阔的应用前景，然而，无线传感器节点的寿命受能量所限，其供能问题已经成为无线传感网络技术发展的瓶颈问题之一，环境中存在着丰富的太阳能、热能、振动能和风能等可再生绿色能源，日益得到研究人员的关注，但是由于昼夜、工作条件的限制，这些能源并不是一直都可用，因此单一形式的能量采集易受到外界环境影响，其供能不稳定、不连续，且能量密度较低，为了得到稳定持续的高效能源，多种形式能量的复合采集技术逐渐引起重视，但目前的复合能量采集技术主要通过不同形式的能量转换模块实现不同形式能量的复合采集，存在换能结构复杂，不易微小型化等问题。

铁电薄膜具有优良的铁电、压电和热释电性能，集力、热、光、电等性能于一体，且易与微机电系统集成，具有其他材料不可比拟的优势。基于铁电薄膜的光热电力多场耦合机理，可实现单一材料/结构对不同形式能量的采集，同时对太阳能、热能、振动能等不同能量进行复合采集，从而提高复合能量采集器的转换效率和供能稳定性，有助于解决无线传感网络节点的供能瓶颈，在微能源采集及自供能领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种复合能量采集装置，可利用单一结构/材料使太阳能、热能和风能同时转换为电能，实现对不同形式能量的同时采集，使能量转换结构简单紧凑，解决了微能源采集供能不连续、不稳定的难题，并有效提高了能量转换密度。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种复合能量采集装置，包括矩形的箱体，在所述箱体顶部设有透光口，所述透光口安装有菲涅尔透镜，在所述箱体四周的其中一侧面上设有通风口，在所述通风口内设有呈横向设置的绕流体，所述绕流体把通风口分隔成呈上下设置上风口和下风口，在所述箱体的内部设有呈竖向设置的支撑柱，所述支撑柱的下端与箱体底面的中心连接，所述支撑柱上端连接有悬臂，所述悬臂与绕流体设置在同一水平面上，所述悬臂包括自上而下依次叠层设置的透明上电极层、铁电薄膜层、下电极层、衬底层，所述衬底层包括与支撑柱连接的固定端、悬空设置的自由端，在所述自由端安装有重量块。

进一步的，所述衬底层采用硅基材料制成。硅基材料的衬底层主要作为支撑结构，具有一定的承载能力。

作为上述方案的进一步改进，所述绕流体呈圆柱状设置，所述绕流体的两端分别与通风口的两侧固定连接。气流经过圆柱状的绕流体更容易产生涡流，并且对风阻力小。

作为上述方案的进一步改进，所述铁电薄膜层采用镧改性锆钛酸铅、锆钛酸铅或钙钛矿薄膜其中的一种材料制成。使得铁电薄膜层同时具有良好的铁电光伏效应、热释电效应和压电效应。

作为上述方案的进一步改进，所述透明上电极层为掺锡氧化铟透明电极，所述下电极层为铂电极或铜电极。透明上电极层一来可以导电，二来需要透光，太阳光可透过透明上电极层照射到铁电薄膜层上，铁电薄膜层产生的电能通过下电极层和透明上电极层输出，下电极层也具有良好的导电性。