一种集风能、太阳能和噪声能的发电系统的制作方法

本发明涉及了一种集风能、太阳能和噪声发电的系统。

背景技术：

风能和太阳能发电技术日益成熟，成为当今利用新能源发电的主要技术。由于二者都受到自然条件的约束，不可能持续进行发电，风光互补技术也就开始应用了。然而，风光互补技术也不是万能的，无风无光的天气也是不时存在，这时，寻求第三种能源互补到该系统，也就成为一种趋势。

随着社会的高速发展，噪声污染势必成为我们无法回避的问题。噪声是发声体做无规则振动时发出的声音，影响人们正常的学习、生活、休息。噪声对我们的生活有着巨大的影响，对人体听力造成损伤，甚至影响人体正常机能健康。然而，噪声不仅是一种污染源，也是一种能量。噪声具有相当的能量值，如震耳欲聋的喷气式飞机其噪声达到160分贝，而它的声功率约为10千瓦；噪声达到140分贝的大型鼓风机，其声功率为100瓦。除此之外，汽车、火车、建筑机械等声源产生的噪声也具有相当大的能量。值得注意的是，噪声总是无时不刻存在着。因此，如果能有效的利用这份能量，不仅能使噪声污染减少，还能发电，造福人们。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是为吸收噪声的能量，而提出的一种集风能、太阳能和噪声能发电的系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种集风能、太阳能和噪声的发电系统，其特征在于：包括风力发电系统、太阳能发电系统以及噪声发电系统，所述噪声发电系统由噪声收集器、传递噪声的噪声导线和噪声发电系统换能器组成，所述噪声收集器布置在所述风能发电系统、太阳能发电系统、地面和大气环境中，所述噪声收集器收集所述风能发电系统、太阳能发电系统、地面和大气环境中的噪声并经所述噪声导线传输至所述噪声发电系统换能器用于发电。

噪声发电系统换能器为球面阵列换能器，在球面阵列换能器上设置有呈阵列布置的噪声声电转换单元。

噪声收集器分别布置在风力机叶片叶尖表面、风力机主轴轴承、风力机齿轮箱外壳和发电机外壳中的至少一处；当与风力机的主轴轴承连接时，所述风力机主轴轴承的两个活动环分别与两噪声导线连接，其中一根噪声导线一端连接轴承外环，一端连接到叶片叶尖的噪声收集器；另一根噪声导线一端连接轴承内环，另一端连接到噪声发电系统换能器；当与风力机齿轮箱外壳和发电机外壳连接时，齿轮箱外壳和发电机外壳都与噪声导线连接，实现了齿轮箱和发电机噪声的收集，同时，机舱的内壳采用光滑表面，使得机舱内散射的声波在其表面进行了反射，然后被噪声收集器进行二次收集。

噪声收集器布置在太能电池板的四周或棱角处，通过噪声导线连接与噪声发电球面阵列连接。

噪声收集器也分散式布置在马路表面，通过噪声导线与噪声球面阵列换能器连接。

噪声收集器采用密度ρ≥7g/cm³的材料；噪声导线也采用大密度固体密实结构的材料制成，并被内表面光滑等级不小于ba级的套管包裹。

本发明一种集风能、太阳能和噪声发电的综合系统，包括风力发电系统、太阳能发电系统、噪声发电系统、控制器、蓄电池组、导线和负载；风力机、太阳能发电面板、噪声发电装置分别通过电能导线与控制器连接，并将电能储存于蓄电池组中，蓄电池组又通过控制器给负载供电。所述的控制器包括风力机发电控制装置、太阳能发电控制器和噪声能发电控制器等。相对于传统风光互补系统而言，本发明新增的噪声发电部分将充分利用环境的声波振动发电。

声波振动通过噪声收集器的收集，再由噪声导线输送到噪声发电装置来集中发电。噪声收集器分别布置在叶片叶尖表面、太阳能电池板的四周或棱角处、马路表面等。

噪声收集器采用密度较大的材料，金属或者其他大密度固体材料，以保证声音能很好的收集和传递，并与噪声导线连接。噪声导线也采用金属或其他大密度固体的密实结构材料制成，其中噪声导线被一种表面光滑的套管包围。噪声导线原理为：声音以波的形式存在，具有传递和反射功能，其中密度越大传递的越快，声音消耗的越小；此外，类似蜂窝状的结构，具有耗散声能作用，而采用密实结构材料，能减小声能耗散。声音的声波遇到光滑的表面会进行反射，原理如同光的镜面反射一样。因此，噪声收集器通过收集声波，并让声波通过噪声导线，在噪声导线材料中进行不断传递。当声波遇到外围内表面光滑包裹材料时，声波发生反射，使声波在噪声导线中不断经历着反射、传递和再反射的循环过程。特别是在噪声导线要经历弯曲等非直线结构时，内表面光滑包裹材料，有效保证了声波的传递。

风力机叶片在旋转过程中，叶尖与气流进行相对切割运动，是产生噪声的主要部位。因源于气流，这样的噪声叫气动噪声。由于转速较高，所以分贝较高。根据此原理，噪声收集器布置在叶尖部位。同样的原理，太阳能电池板四周边缘位置也是与空气切割最明显的地方，也是发生气动噪声的主要部位，因此在太阳能电池板四周布置噪声收集器。

水泥或者柏油马路的表面由于人、车辆等各种与地表面摩擦产生噪声，这种声音在坚硬的马路构成材料中传递，漫射和消耗。在马路表面多点埋设噪声收集器，然后通过噪声导线传到噪声发电装置，完成收集和发电的过程。

叶片处于旋转状态，而噪声收集器和噪声导线都是固定在叶片内部。因此，需要滑环式转化结构，实现动静的结合，从而把旋转叶片的收集的噪声传递到静止不动的噪声发电装置中。对于小型风力机而言，一般风力机主轴直接连接发电机。此时，滑环转化式结构采用主轴承来代替。轴承的两个活动环分别与两噪声导线连接，，其中一根噪声导线一端连接轴承外环，一端连接到叶片叶尖的噪声收集器；另一根噪声导线一端连接轴承内环，另一端连接到噪声发电装置。

对于大型风力机而言，风力机除了有叶尖的气动噪声外，还有机舱内齿轮箱和发电机等机械摩擦和碰撞的噪声。齿轮箱和发电机是噪声的主要来源。此时，主轴轴承连接来自叶片噪声导线，在齿轮箱外壳、发电机外壳也都与噪声导线连接，并与球形噪声发电装置相连。同时，为了防止噪声能量的损耗，在机舱的内壳采用光滑表面设置。

当上述的噪声不能被所设置的噪声收集器完全收集时，就会在大气环境中传播。此外，自然界中也有很多产生噪声的行为，这些行为使得大气的环境噪声能量同样巨大。因此，在大气环境中设置一种光滑的抛物线曲面的大气环境噪声收集器，再通过噪声导线传至噪声发电装置。外界环境噪声收集器采用光滑的抛物线曲面，多个噪声收集器互成一定角度安放，以便可以收集从不同方向射来的声波，且经过反射汇集起来，再由噪声导线传递到噪声发电装置。

噪声具有无规律分布的特点。每个噪声声能峰值对应的不同噪声频率，采用不同厚度的压电材料制成具有不同谐振频率的压电薄膜，拓宽噪声发电的频带。为了很好利用不同声波频率的噪声能量，在组装这些噪声声电转换单元时，将谐振频率相同的单元组装成具有一定曲率的球面阵列，并将不同谐振频率的阵列组合成噪声发电装置。根据谐振理论，在压电材料基频处阻抗最小、输出电流最大。然而在压电材料泛音频率处，也能输出较大的电流，而且一个阵列的泛音频率很可能就是另一个阵列的基频，不同频率的单元混合在一起，可以提高能量转换效率。当噪声导线或外界环境直接把声波振动传动噪声发电系统，根据不同的噪声频率，不同的噪声声电转换单元利用声波振动进行发电。

当风吹过风力机，风力机旋转机械能转为电能；阳光照射在太阳能电池板上，产生光电效应，光能转化为电能。风力机叶片产生的气动噪声、风力机机舱内部产生机械碰撞噪声、太阳能电池板产生的气动噪声、安装环境的噪声以及安装地点地表面摩擦噪声，被噪声收集器收集，噪声导线传递到球面阵列噪声发电装置发电。控制器包括风力机发电、太阳能发电和噪声发电控制器等，各控制器把各种能量转化的电能存储在蓄电池组中。

与现有技术相比，本发明的主要效果是：(1)本发明除了应用了传统的风能和光能，有效解决其或环境产生的噪声问题，让噪声转化为电能。(2)本发明吸收噪声的部分考虑多个噪声源，使系统有机结合为一体。(3)本发明能量储存于蓄电池组中，节能环保。

附图说明

图1一种集风能、太阳能和噪声发电的系统示意图。

图2集风能、太阳能和噪声发电的系统的整体示意图。

图3声波在噪声导线的传递方式。

图4小型风力机噪声收集示意图。

图5大型风力机噪声收集示意图。

图6噪声收集器地面安装位置示意图。

图7太阳能噪声收集装置示意图。

图8外界环境噪声收集器收集声波示意图。

图9噪声声电转换单元示意图。

图10噪声发电系统换能器的球面阵列示意图。

图11为图10的a-a剖面图；

图12为图10的b-b剖面图。

其中：1风力机叶片、2太阳能电池板、3噪声收集器、3-1外界环境噪声收集器、4噪声导线、5噪声发电系统球面阵列换能器、5-1压电薄膜、5-2导电镀层、5-3绝缘刚体外壳、6电能导线、7控制器、8蓄电池组、9噪声导线内芯、10噪声导线外包材料、11主轴承(滑环)、12发电机外壳、13机舱内壁、14齿轮箱外壳，15噪声声电转换单元。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明公开了一种集风能、太阳能和噪声发电的系统，包括风力机叶片1、太阳能发电板2、噪声收集器3、噪声导线4、噪声发电系统球面阵列换能器5、电能导线6、控制器7、蓄电池组8。风力机叶片1、太阳能电池板2、球面阵列换能器5分别通过电能导线6与控制器7连接，并将电能储存于蓄电池组8中。

如图1所示，控制器7包括了风力机发电装置、太阳能发电和噪声发电的控制器等。

噪声发电系统由各装置的噪声收集器3、传递噪声的噪声导线4和噪声发电系统球面阵列换能器5组成。噪声收集器收集各噪声点的噪声能源，噪声通过波的形式在噪声导线中传递，并且把各点的小能量噪声能汇集到噪声球面阵列转能器5中，完成噪声能和电能的转化。

如图2所示，噪声收集装置3布置在风力机叶片各叶尖。当风力机叶片1旋转，叶片1叶尖产生噪声，噪声收集器3采集噪声，通过噪声导线4进行传递。

如图3所示，噪声导线4周围采用内表面光滑(光滑等级不小于ba级)外包材料包裹，声波遇到光滑表面，无论噪声导线曲直，都发生反射和传递，最终较小消耗或无消耗的将噪声传递到球面阵列换能器5。噪声收集器3和噪声导线4采用大密度(ρ≥7g/cm³)材料制作，增加噪声能量的传递速度，减小消耗；采用密实结构，减少噪声能量的消耗。

风力机叶片收集到的噪声，在风力机主轴处通过滑环，实现动静物之间的噪声传递。如图4所示，对于小型风力机而言，一般风力机主轴直接连接发电机。此时，滑环转化式结构采用主轴承11来代替。轴承的两个活动环分别与两噪声导线4连接，其中一根噪声导线连接到叶片叶尖的噪声收集器，另一根与发电机外壳12的噪声汇集连接到球面阵列换能器5。收集到的叶尖噪声通过噪声导线传递到轴承外环，轴承为大密度材料构成起到传递作用，轴承内环收集的噪声再通过噪声导线传递到噪声发电系统球面阵列换能器5。

如图5所示，对于大型风力机而言，风力机除了有叶尖的气动噪声外，还有机舱内齿轮箱等机械摩擦和碰撞的噪声。此时，来自叶片的噪声导线连接主轴轴承11实现了叶尖噪声的收集和传递。在齿轮箱外壳14、发电机外壳12都与噪声导线4连接，实现了齿轮箱和发电机噪声的收集。同时，机舱的内壳13采用光滑表面，使得机舱内散射的声波在其表面进行了反射，然后被各收集器进行二次收集，有效防止噪声能量的损耗，噪声向外界的传递。

如图6所示，在安装地点马路地面进行安装噪声收集器3。人、动物和车的行走，对地面摩擦，地面多点布置噪声收集器3，通过噪声导线4传递和汇集到噪声发电装置5。

如图7所示，噪声收集器3也布置在太阳能电池板2的四周和棱角处，当风吹过太阳能电池板2，这些地方也是主要噪声源产生处。收集的噪声通过噪声导线4传递到噪声发电装置5。

外界环境也存在着巨大的噪声能量，噪声收集器3也可直接安置大气环境中，并如图8所示为外界环境噪声收集器3-1。由于直接与大气接触，外界环境噪声收集器3-1采用光滑的抛物线曲面，互成一定角度安放，以便可以收集从不同方向射来的声波，且经过反射汇集起来，由噪声导线4传递到噪声发电装置5。

从噪声导线传来的声波振动反复施压于声电转换装置的压电材料，将振动的机械能转化为电能，声电转换装置产生的电流经整流稳压电路存入蓄电池组8中。如图9所示，压电材料制成的压电薄膜本身带有电荷，又能产生交流电，相当于一个交流电源和电容器进行并联。在压电材料正反两面镀上一层很薄的银膜或其他导电、传声性能优异的材料，制成声电转换单元。无规律分布的噪声，其每个噪声声能峰值对应的噪声频率不同。不同厚度的压电薄膜制的谐振频率不同，可以有效拓宽噪声发电的频带。

将谐振频率相同的噪声声电转换单元15组装成具有一定曲率的球面阵列，并将不同谐振频率的阵列组合成球形大面积受声板，如图10所示每个方格为一个噪声声电转换单元15。当噪声传来时，噪声发电装置噪声声电转换单元15的压电薄膜振动，使得电容的两极的距离发生变化，这个变化又可以转化为交变的电信号，实现声电换能。电能导线经过控制器将电流导入蓄电池组，就可以实现能量的转化与储存。