基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统的制作方法

本发明属于发电系统，具体涉及一种为基于摩擦纳米发电机的“光伏+夜间风电”一体化发电系统。

背景技术：

1、在能源匮乏及环境危机的大背景下，提高能源利用率日益受到人们的重视。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，在当前阶段，太阳能光伏的技术相对成熟，应用较为光伏，但其储能难以解决。但是光伏发电系统难以储能，目前较为成熟的光伏储能配套方式仍然是电池储能，但电池储能的造价始终太高，同时难以避免引发火灾等事故，对于发电厂这样功率等级的大规模储能需求，各种类型的电池储能目前都难以推广。因此长期以来太阳能光伏发电都面临着弃光的问题，将15％甚至更高的能量白白浪费。另一方面，由于夜间没有太阳能，大量收纳太阳能光伏发电的电源在夜间又面临缺单的问题，需要调峰电站，或者电网其他电源侧调度电能满足需求。为此部分地区，鼓励夜间发电，鼓励一年中3月至5月下午17时至次日9时，当年6月至8月下午18时至次日9时，当年9月至11月下午18时至次日8时，当年12月至次年2月下午19时至次日9时内的风电上网，即所谓“夜间风电”。但风力发电和太阳能光伏发电是两套不同的发电体系，配备的配套电器设备有不小的区别，单独建立风力发电为太阳能光伏发电解决昼夜调峰问题经济性上和工程施工上并非十分合理。若能在光伏电站附近地区建立低风速风力发电站，并且两套发电系统的部分设备，例如电力输出系统设备能够公用则可以根据充分的利用设备资料，并且有利于改善经济性。

2、近年来，随着摩擦纳米发电机迅速崛起，摩擦纳米发电机利用了摩擦起电原理。摩擦起电效应是一种由接触引发的带电效应，当两种材料发生接触时，二者的表面之间会形成化学键(或称黏结)，然后电荷会从一种材料中移动到另一种材料中，来平衡二者的电化学势差。这种转移的电荷有可能是电子，也可能是离子或分子。当两种材料分离时，有的成键原子倾向于保留多余的电子，有的倾向于失去电子，这样就有可能在材料表面产生摩擦电荷。根据这一基本原理王中林院士的课题组于2012年首次发明的摩擦纳米发电机(teng-“triboelectric nanogenerator”)。目前该发电机还在研发阶段，但其具有非常大的发展潜力，包括：便于分布式利用，成本低，便于利用微小风能等。经过数年的发展，teng已产生了多种形式，从原理上主要分为4种，包括：垂直接触-分离模式摩擦纳米发电机，水平滑动式摩擦纳米发电机，单电极模式摩擦纳米发电机，独立层模式摩擦纳米发电机。

3、当teng与风能利用结合起来以后又产生了多种利用形式，主要是根据风能的采集利用形式不同而划分，大致可分为：旋转式，颤振式和拍打式，也有其他形式的研究，例如滚动摩擦式，水平滑动式等，但这些数量较少。其中，旋转式又可分为接触式和非接触式，水平风车式，垂直风车式，风斗式，风帽式，旋转盘式和滚筒式等这些不同形式的teng发电机原理和输出性能大致类似，都是吸收风能，在不同材料上产生电荷分离，然后输出间断性的直流电，并且与光伏组件相变，但是存在输出电流的电压高和电流小的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种为基于摩擦纳米发电机的“光伏+夜间风电”一体化发电系统，通过电源管理系统调整摩擦纳米发电机的输出电压，转换为直流电能，有效的解决了输出电流的电压高和电流小的问题，进一步了太阳能发电的储能投资成本。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，包括：

4、通过电性连接的光伏组件、汇流箱、直流柜、逆变器、升压变压器、汇集站、摩擦纳米发电组件和电源管理系统；

5、其中，光伏组件与摩擦纳米发电组件并联，分别通过汇流箱和电源管理系统与直流柜电性连接；

6、所述光伏组件输出的直流电能经过汇流箱送入直流柜中；所述摩擦纳米发电组件中的电能输送到电源管理系统中转换为直流电能送入直流柜中；

7、所述光伏组件和摩擦纳米发电组件两者的直流电能均通过直流柜汇集到逆变器转换为交流电后，再送入变压器升压，升压后的电能由汇集站送入电网中。

8、优选的，所述摩擦纳米发电组件阵列分布布置在光伏组件的下方。

9、优选的，相邻两列摩擦纳米发电组件之间交错相间布置。

10、优选的，相邻两列摩擦纳米发电组件之间的距离为150-200mm。

11、优选的，所述摩擦纳米发电组件采用拍打式摩擦纳米发电机、颤振式摩擦纳米发电机和折叠式摩擦纳米发电机中的一种。

12、优选的，所述摩擦纳米发电组件中的摩擦纳米发电机单片面积采用200mm*200mm。

13、优选的，所述光伏组件与摩擦纳米发电组件组件互为补充发电，在白天依靠光伏组件发电，摩擦纳米发电机组件关闭；在夜间，开启摩擦纳米发电机组件发电。

14、优选的，所述光伏组件包括多个光伏板，所述光伏板通过支架固定在地面上，沿太阳光方向与地面之间倾斜布置。

15、优选的，所述摩擦纳米发电组件布置在光伏组件的光伏板下方150mm-200mm的空间内。

16、优选的，所述光伏组件采用密集型阵列式布置，且光伏板高度在1.5m-2m。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

18、本发明提出一种为基于摩擦纳米发电机的“光伏+夜间风电”一体化发电系统，专门为电站光伏设计的夜间补充发电的风力发电系统；光伏组件在白天发电，摩擦纳米发电组件在夜间发电，作为光伏组件的补充调峰电源，同时用电源管理系统处理摩擦纳米发电机输出的高压低电流电能，经过降压整流后输出类似光伏的直流电，在夜间摩擦纳米发电组件共用光伏组件配备的直流柜、逆变器、升压变压器、汇集站等下游电气设备，从而最大幅度节省投资。

19、进一步，摩擦纳米发电机选择小面积分布式阵列布置，利用了现有光伏组件的支架，即不遮挡阳光，又进一步减小了支架等组件的成本。

20、进一步，为了不遮挡阳光，选择将teng发电设备布置于光伏板下方，利用低速风能发电比较适合；

21、进一步，本发明选择适用于分布式可利用微小风能的拍打式、颤振式、折叠式摩擦纳米发电组件，阵列分布布置于光伏板下方，即不遮挡阳光同时可以利用光伏组件现有支架，进一步节省投资。

技术特征：

1.一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电组件(7)阵列分布布置在光伏组件(1)的下方。

3.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，相邻两列摩擦纳米发电组件(7)之间交错相间布置。

4.根据权利要求2所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，相邻两列摩擦纳米发电组件(7)之间的距离为150-200mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电组件(7)采用拍打式摩擦纳米发电机、颤振式摩擦纳米发电机和折叠式摩擦纳米发电机中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电组件(7)中的摩擦纳米发电机单片面积为200mm*200mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述光伏组件(1)与摩擦纳米发电组件(7)组件互为补充发电；在白天，依靠光伏组件(1)发电，摩擦纳米发电机组件(7)不工作；在夜间，摩擦纳米发电机组件(7)工作。

8.根据权利要求1所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述光伏组件(1)包括多个光伏板(10)，所述光伏板(10)通过支架(9)固定在地面上，且倾斜布置。

9.根据权利要求8所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电组件(7)布置在光伏组件(1)的光伏板(10)下方150mm-200mm的空间内。

10.根据权利要求8所述的一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，其特征在于，所述光伏组件(1)采用密集型阵列式布置，且光伏板(10)高度在1.5m-2m。

技术总结
本发明公开了一种基于摩擦纳米发电机“光伏+夜间风电”一体化发电系统，包括光伏组件、汇流箱、直流柜、逆变器、升压变压器、汇集站、摩擦纳米发电组件和电源管理系统，光伏组件在白天发电，摩擦纳米发电组件在夜间发电，作为光伏组件的补充调峰电源，同时摩擦纳米发电组件经过电源管理系统处理后的电能与光伏组件输出电能类似，在夜间摩擦纳米发电组件共用光伏组件配备的直流柜、逆变器、升压变压器、汇集站等下游电气设备，从而最大幅度节省投资。同时本发明选择适用于分布式可利用微小风能的拍打式、颤振式、折叠式摩擦纳米发电组件，阵列分布布置于光伏板下方，即不遮挡阳光同时可以利用光伏组件现有支架，进一步节省投资。

技术研发人员：高炜,李红智,李凯伦,乔永强,杨永军,刘祥,张佳,李海建
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15