[发明专利]基于多通道毫流控的雨滴-太阳能发电一体装置

说明书

本发明公布了一种基于多通道毫流控的雨滴‑太阳能发电一体装置，包括收集水槽、输送管路、限流阀、多通道毫流控芯片、太阳能阵列板、摩擦纳米发电组件；多通道毫流控芯片内部设有流体微通道，其末端为超疏水段，用于将雨水转化为尺寸可控的液滴，并位于太阳能阵列板的正上方；太阳能阵列板包括若干层互相平行且间距相等、横向错层且等距分布的太阳能发电板；摩擦纳米发电组件包括：上层电极层、介电层、基底电极层；基底电极层覆盖在太阳能阵列板的上表面，介电层覆盖在基底电极层的上表面，上层电极层固定在介电层的上表面的下端；上层电极层、介电层、基底电极层均能透光。本发明通过调控液滴尺寸，提高了发电效率和产生的电信号的均匀性。

技术领域

本发明涉及毫流控领域以及能源、环境领域，尤其涉及一种基于多通道毫流控的雨滴-太阳能发电一体装置。

背景技术

收集和利用雨水等天然高熵能源对于未来实现能源清洁化和实现碳中和目标具有积极意义。基于液固摩擦纳米发电机的液滴收集发电技术具有构造简单、制造成本低等特点，适合于雨水收集发电，且可作为一种新型清洁能源技术与太阳能电池形成一体化发电。目前，各种雨滴摩擦纳米发电机以及雨滴能/太阳能发电一体装置的设计方案从液滴下落高度、摩擦纳米发电机倾斜角、介电层材料等装置结构方面对发电效率进行了调控优化。然而，不同尺寸的雨滴产生的摩擦电信号差异性很大，而雨滴大小作为影响发电效率的关键因素却仍然难以进行调控，从而限制了雨滴摩擦电能的转化效率。

微/毫流控技术是在微小尺度上操控流体性质和运动的技术。现有的微流控液滴技术大多针对于液液两相液滴的生成，如同轴流动法、台阶乳化法、T型通道法等。这些方法一般用于液液两相环境，而难以在空气环境中生成尺寸稳定的液滴。目前在空气中生成液滴的装置普遍存在结构复杂、液滴尺寸均匀性差、生成效率低或只能用于在水平方向生成液滴等问题。因此，目前结构简单且能在空气环境中控制水滴大小并进行雨水/太阳能组合发电的装置仍待开发。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于多通道毫流控的雨滴-太阳能发电一体装置，采用多通道毫流控调节雨水液滴尺寸，进而使电能转化效率达到最优。

具体技术方案如下：

一种基于多通道毫流控的雨滴-太阳能发电一体装置，包括：收集水槽、输送管路、限流阀、多通道毫流控芯片、太阳能阵列板、摩擦纳米发电组件、待供电装置；所述收集水槽用于收集和储存雨水，所述输送管路的一端与所述收集水槽的底部连通，另一端与所述多通道毫流控芯片的入口连通；所述限流阀固定安装在所述输送管路中，用于控制流量；

所述多通道毫流控芯片内部设有呈指数级树形分叉的流体微通道，所述流体微通道的末端为超疏水段，用于将雨水转化为尺寸可控的液滴；所述多通道毫流控芯片的液滴出口布置在所述太阳能阵列板的正上方；

所述太阳能阵列板包括若干层互相平行且间距相等的太阳能发电板，所述太阳能发电板相对水平面倾斜一定角度，各层太阳能发电板沿横向错层，且等距分布；所述摩擦纳米发电组件包括：上层电极层、介电层、基底电极层；所述基底电极层覆盖在所述太阳能阵列板的上表面，所述介电层覆盖在所述基底电极层的上表面，所述上层电极层固定在所述介电层的上表面的下端；所述上层电极层、介电层、基底电极层均能透光；所述待供电装置与所述上层电极层和基底电极层串联，所述待供电装置与所述太阳能发电板串联，所述上层电极层和基底电极层与所述太阳能发电板并联。

进一步地，所述流体微通道的截面形状为矩形，所述矩形的边长分别为通道高度h和通道宽度w，通道高度h2mm，通道宽度w3h，超疏水段长度L2w，液滴直径d与流体微通道尺寸的关系式如下：

式中，q为流速，限流阀的最大流量q_max0.281*n mm³/s，n为所述多通道毫流控芯片的末端出口通道数量。