一种基于钙钛矿发电电池的蜂巢翻板阻力型垂直轴风力发电机的制作方法

本发明涉及风力发电机领域，具体说是一种使用蜂巢翻板式叶片的阻力型垂直轴风力发电机。

背景技术：

在垂直轴风力发电机的技术路线上可分为升力阻力复合型和纯阻力型两种，在升力阻力复合型的垂直轴发电技术上已有mw级机组在进行工业化样机试验阶段，而纯阻力型垂直轴发电仍在小型阶段。现有的垂直轴风力发电机：如专利号为200910012160.7，发明名称为垂直轴风力发电机，所公开的技术中其风能转化率较低，并且在低风速情况下由于自重等原因无法旋转造成不工作的情况，若风力较大，会出现因结构不稳定而出现损坏。专利号为200910132493.3，发明名称为一种垂直轴风力发电机，公开了一种将升力转化为启动力矩的垂直轴风力发电机。在风力较小时，升力较弱，启动力矩较小无法启动发电机。

由于风力发电存在无法恒定输出电流的问题，其发电效果与风力大小有关，因此发出的电能无法并入电网。

本发明所要解决的技术问题是如何使风力发电机在纬度为50~55度的地区，电能稳定恒定的输出，尤其是在风力较小无法恒定输出电流的情况下，如何有效利用风力发电机进行电流的恒定输出。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供使用蜂巢翻板式叶片的阻力型垂直轴风力发电机。

本发明的技术方案是：蝶形受风框架匀布在旋转套上，旋转套固定在旋转套筒轴上，旋转套筒轴垂直固定在塔架上部；所述蝶形受风框架上固定有蜂巢式水平翻板框架，蜂巢式水平翻板框架的每个多边形都带有一个限位凸台并固定有一个水平翻板；所述水平翻板上设置有钙钛矿电池，所述钙钛矿电池所述柔性钙钛矿发电电池由从下至上依次包括柔性透明电极、纳米蜂巢支架、钙钛矿层和金属电极层。

在所述钙钛矿层和所述金属电极层之间还设置有界面传输层。

所述纳米蜂巢支架为三层结构，所述三层结构的纳米蜂巢支架错位设置，即中间纳米蜂巢支架的六边形中心点位于相邻两个纳米蜂巢支架的交点上。

所述纳米蜂巢支架中单个六边形尺寸为100-2000nm，所述纳米蜂巢支架的厚度为30-1000nm，所述纳米蜂巢支架的制备方法是室温环境下在聚合物模板层上填充纳米蜂巢支架材料，然后置入液氮环境中20s，待纳米蜂巢支架材料定型后去除聚合物模板层，制得纳米蜂巢支架，纳米蜂巢支架的端面粗糙度为0.3。

所述纳米蜂巢支架由空穴传输材料制成，所述空穴传输材料为聚噻吩衍生物或三苯胺衍生物。

至少五个蝶形受风框架匀布在旋转套上。

蝶形受风框架的边缘呈弧形。

蝶形受风框架上固定有支撑桁架。

所述支撑桁架为固定在旋转轴上的水平悬臂梁，在水平悬臂梁上固定斜支撑梁。

所述纳米蜂巢支架的六边形蜂巢结构内设置有倾斜角为50度的钙钛矿材料制成的隔层。

本发明是在蜂巢式框架上侧的一边装置限位凸台，当气流吹来时，卡槽（柱）挡住翻板呈全阻力状态；而轴对称的翻板当气流吹来时会像前翻倒，呈无阻力通风状态。

由于两侧翻板的阻力不同而产生的阻力差，导致阻力侧被推动，于是整个风力机开始旋转，六扇风力板依次转到水平位置，并闭合。如此往复循环进行工作。

本发明的有益效果是多翻板解决了单翻板由于气候、环境等因素导致冰冻、粘滞导致的卡涩、死点现象，只要有少数翻板可以工作，就可以发生多米诺骨牌效应，带动全部翻板工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是蜂巢结构框架结构图。

图4是图3的a-a向剖视图。

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

参见图1~4，蝶形受风框架1匀布在旋转套2上，旋转套固定在旋转套筒轴上；参见图2，旋转套筒轴垂直固定在塔架3上部；所述蝶形受风框架上固定有蜂巢式水平翻板框架4；参见图3~4，蜂巢式水平翻板框架的每个多边形都带有一个限位凸台5并通过水平的小轴8固定有一个水平翻板6。

六个蝶形受风框架框架匀布在旋转套上。

参见图2，蝶形受风框架框架的外围侧边呈弧形9，是仿生结构。

蝶形受风框架框架上固定有支撑桁架7。

所述支撑桁架为固定在旋转轴上的水平悬臂梁，在水平悬臂梁上固定斜支撑梁。

两块水平翻板在轴对称布置情况下，当气流吹来时常常会发生静止现象。为此当做风力发电机使用时，需加入启动装备，提供初始启动力矩。

蝶形受风框架匀布在旋转套上，旋转套固定在旋转套筒轴上，旋转套筒轴垂直固定在塔架上部；所述蝶形受风框架上固定有蜂巢式水平翻板框架，蜂巢式水平翻板框架的每个多边形都带有一个限位凸台并固定有一个水平翻板；所述水平翻板上设置有钙钛矿电池，所述钙钛矿电池所述柔性钙钛矿发电电池由从下至上依次包括柔性透明电极、纳米蜂巢支架、钙钛矿层和金属电极层。

在所述钙钛矿层和所述金属电极层之间还设置有界面传输层。

所述纳米蜂巢支架为三层结构，所述三层结构的纳米蜂巢支架错位设置，即中间纳米蜂巢支架的六边形中心点位于相邻两个纳米蜂巢支架的交点上。

所述纳米蜂巢支架中单个六边形尺寸为100-2000nm，所述纳米蜂巢支架的厚度为30-1000nm，所述纳米蜂巢支架的制备方法是室温环境下在聚合物模板层上填充纳米蜂巢支架材料，然后置入液氮环境中20s，待纳米蜂巢支架材料定型后去除聚合物模板层，制得纳米蜂巢支架，纳米蜂巢支架的端面粗糙度为0.3。

所述纳米蜂巢支架由空穴传输材料制成，所述空穴传输材料为聚噻吩衍生物或三苯胺衍生物。所述纳米蜂巢支架的六边形蜂巢结构内设置有倾斜角为50度的钙钛矿材料制成的隔层。

本发明是在蜂巢式框架上侧的一边安装限位凸台，当气流吹来时，限位凸台挡住水平翻板呈全阻力状态；而轴对称侧的水平翻板当气流吹来时会像前翻倒，呈无阻力通风状态。

由于两侧翻板的阻力不同而产生的阻力差，导致阻力侧被推动，于是整个风力机开始旋转，六扇由蜂巢式框架组成的蝶形受风板依次转到水平位置，同时水平翻板闭合。如此往复循环进行工作。

所述钙钛矿发电电池的结构是自上而下依次为透明导电阳极、蜂窝状空穴传输层、钙钛矿层、电子界面层、空穴界面层、有机太阳能电池层、电子传输层和金属阴极；上述钙钛矿电池的制备方法如下：

1）在经过丙酮和无水乙醇清洗的透明导电阳极上采用狭缝挤出涂布工艺依次印刷和热退火后处理制备蜂窝状空穴传输层、钙钛矿层、电子界面层、空穴界面层、有机太阳能电池层、电子传输层；

2）蜂窝状空穴传输层为通过聚苯乙烯纳米微球作为模板，制备蜂窝状聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss）层；

3）钙钛矿层前驱体溶液为以1：1比例的pbi2和mai混合溶液；使用掺杂5%聚氨酯（pu）的聚乙氧基乙烯亚胺（peie）增强叠层电池的柔韧性和保证电荷传输；

4）空穴界面层为掺杂5%高弹性聚苯乙烯（sbs）的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]即ptaa

5）有机太阳能电池层前驱体溶液混合比例为1：1.5的浓度为13mg/ml的ptb7-th与foic；6）电子传输层为富勒烯衍生物pc61bm；

7）采用真空镀膜技术制备带有金属银离子的阴极。

参见图1，在间隔60°角的受风板之间用t型钢相互连接，t型钢的中点用钢索分别与塔架顶部连接，塔架外的旋转套筒、等刚度悬臂梁与连接钢索组成力的封闭三角型。因而结构受力清晰，计算简便，安全可靠，寿命长久，便于维护。

本发明可以达到全地形（沿海滩涂），全时空（全年利用小时），全风级有效利用。

本发明的有益效果是多翻板解决了单翻板由于气候、环境等因素导致冰冻、粘滞导致的卡涩、死点现象，只要有少数翻板可以工作，就可以发生多米诺骨牌效应，带动全部翻板工作。

其工作原理是根据蜂巢式框架内水平翻板在塔架的两侧的不同状态，在有微风的情况下一侧水平翻板被限位凸起卡住，形成受风面；另一侧翻转至水平位置，使风流畅通过。这样就分别形成一侧被限位凸起卡死，受风板呈全阻力状态；在其对应侧的蜂巢式框架，由风克服水平翻板的自重，将垂直状态变为向上翻起的通风状态。全阻力状态的蜂巢式框架的阻力达到最大，而与其对称的通风状态下的蜂巢式框架阻力最小，从而形成两侧的阻力差，最后导致风力机绕塔架旋转。其它类型风力机要求2.5米/秒以上风速才能启动，而本发明专利风力机在0.5米/秒就可启动。

在工作时仅向塔架传递垂直转矩和重力，没有弯矩，故可以在强风速下继续运行，可抗12~14级强风，为我国东南沿海提供可选择风力机机型。从而极大提高了垂直轴风力机风能利用效率，超过目前水平轴风力机的理论风能利用效率。

当风力不足时，日照能够对大面积的蜂巢翻板形成照射，其照射对钙钛矿发电电池提供发电所需的光能，使每个蜂巢翻板均能够提供一定的电力，在每扇蝶形受风框架的根部还设置有增压整流器，增压整流器将每个蜂巢翻板连接在一起，使其形成稳定的恒压电流直接输送给电网。为了在热带地区获得更大的光电能效，将纳米蜂巢支架的六边形蜂巢结构内设置有倾斜角为50度。其设置角度根据风电机所设置的位置有所调整，使阳光与受光面形成直角。本申请中的风电机设置在纬度为50~55度的地区。