一種電磁感應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及太陽能-電能的轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別設(shè)及一種電磁感 應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法，本發(fā)明是一種利用太陽光驅(qū)動雙層聚合物復(fù)合薄膜懸臂梁 的周期性擺動，實現(xiàn)電感線圈和磁場的相對運動，通過電磁感應(yīng)原理，高效地將太陽能轉(zhuǎn)化 為電能的方法。本發(fā)明可應(yīng)用于太陽能的光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源需求在日益增長，因此對太陽能的開 發(fā)利用備受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視。近年來，就太陽光發(fā)電和太陽熱發(fā)電該兩個領(lǐng)域，相繼 研究和開發(fā)了一些太陽能發(fā)電的技術(shù)和設(shè)備。現(xiàn)有技術(shù)中，專利CN201584913U利用聚光 裝置將太陽光會聚，通過集光裝置將太陽能福射熱折射至熱能接收裝置，然后再折射至加 熱裝置，通過加熱裝置產(chǎn)生的蒸汽動能使發(fā)動機(jī)發(fā)動而產(chǎn)生交流電，達(dá)到將太陽能轉(zhuǎn)換為 電能的功效。該設(shè)備中設(shè)及聚光裝置、集光裝置、熱能接收裝置和加熱裝置等，設(shè)備較為復(fù) 雜，并且設(shè)及到兩次折射過程，途中會有光能與熱能的損耗，對太陽能的利用不充分。專利 CN102005972B公開了一種太陽能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，包括光電轉(zhuǎn)換模塊和熱點轉(zhuǎn)換模塊， 光電轉(zhuǎn)換模塊和熱電轉(zhuǎn)換模塊分別設(shè)置有與外部電路連接的導(dǎo)線，光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置于熱 電轉(zhuǎn)換模塊的外側(cè)，還包括相變層，相變層與熱電轉(zhuǎn)換模塊連接，實現(xiàn)太陽能中的光能和熱 能轉(zhuǎn)換為電能。該方法中的光電轉(zhuǎn)換模塊、熱電轉(zhuǎn)換模塊W及相變層的連接上有一定難度， 并且存在相變層液體滲漏的隱患。由于含有偶氮苯等光敏基團(tuán)的液晶聚合物具有太陽光光 致異構(gòu)化反應(yīng)，合理的設(shè)計可W使材料過偶氮苯基團(tuán)的光致異構(gòu)化實現(xiàn)光致形變，前人們 通過此類分子的光化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)實現(xiàn)了光能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，在人工肌肉、光驅(qū)動器和微 型光機(jī)械等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電磁感應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電 能的方法。本發(fā)明將具有光敏特性的聚合物材料的太陽能形變過程與電磁感應(yīng)發(fā)電有效地 結(jié)合起來，實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)換為電能，為光致變形液晶聚合物開辟了一個全新的應(yīng)用領(lǐng)域，從 而提供一種新型、高效的太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法。
[0004] 本發(fā)明的內(nèi)容是；一種電磁感應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法，其特征是步驟如 下：
[0005] a、取聚合物膜，用摩擦滾（或稱橡膠棍）或（細(xì)）砂紙將聚合物膜打磨，清洗（可 W是依次在水、己醇、丙酬中超聲清洗），制成表面帶有溝槽的聚合物基膜；
[0006]b、在聚合物基膜表面（均勻地）涂覆一層光活性聚合物的四氨快喃溶液，經(jīng)干燥 (即使涂覆的光活性聚合物中的溶劑揮發(fā)），即制得在聚合物基膜表面形成有光活性聚合 物膜的雙層復(fù)合膜，將雙層復(fù)合膜裁剪成長條形雙層復(fù)合膜（該膜的長寬比的比值可W為 1 ~10)(例如；長X寬X厚為 50mmX20mmX40Um);
[0007] 所述光活性聚合物的四氨快喃溶液是質(zhì)量百分比濃度為Iwt%~lOwt%的光活 性聚合物的四氨快喃溶液；
[0008] C、取=維移動平臺A和=維移動平臺B;在=維移動平臺A上固定永磁體形成定 組，與定組相對應(yīng)地，在=維移動平臺B上固定（可W采用固定夾具等方式固定）所述長條 形雙層復(fù)合膜的近端（或稱一端）形成懸臂梁，在該懸臂梁的遠(yuǎn)端（或稱另一端，即所述長 條形雙層復(fù)合膜的另一端）粘附感應(yīng)線圈形成為動組，通過移動=維移動平臺A和=維移 動平臺B來調(diào)整定組與動組的相對位置，使定組的永磁體能在動組的感應(yīng)線圈擺動范圍內(nèi) 都有（強(qiáng)的）電磁感應(yīng)作用；
[0009] t將一束太陽光經(jīng)凸透鏡會聚后照射所述懸臂梁近端，所述長條形雙層復(fù)合膜在 光照下，由于光活性聚合物膜（光活性層）在太陽光照下發(fā)生收縮變形，聚合物基膜沒有光 活性、不產(chǎn)生光致收縮，從而使長條形雙層復(fù)合膜在厚度方向上出現(xiàn)形變梯度，因而使長條 形雙層復(fù)合膜朝光照方向發(fā)生彎曲，帶動遠(yuǎn)端動組運動，從而與定組產(chǎn)生電磁感應(yīng)而獲得 電壓和電流，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。
[0010] 進(jìn)一步地，調(diào)整懸臂梁長條形雙層復(fù)合膜的光活性聚合物膜（即光活性層）的厚 度和長徑比，使光照膜的彎曲程度大于90度，光束將照射在長條形雙層復(fù)合膜遠(yuǎn)端背面的 聚合物基膜（非光活性層），該樣光活性聚合物膜（光活性層）的曝光被阻擋而發(fā)生恢復(fù)彎 曲形變，光束將再一次照射在復(fù)合膜的光活性聚合物膜（光活性層），從而實現(xiàn)復(fù)合膜帶的 周期性擺動，實現(xiàn)將持續(xù)的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。
[0011] 工作中，懸臂梁初始為水平靜止，將一束太陽光經(jīng)透鏡會聚后，使光束照射在懸臂 梁有光活性聚合物膜（光活性層）的一面的近端適當(dāng)位置，雙層復(fù)合膜朝光照方向彎曲，帶 動感應(yīng)動組擺動，從而與定組發(fā)生相對運動，產(chǎn)生電磁感應(yīng)而獲得電壓和電流，將太陽能轉(zhuǎn) 換為電能。當(dāng)光照停止時，彎曲的雙層復(fù)合膜恢復(fù)到原來的平直狀態(tài)，可再次帶動感應(yīng)動組 與定組發(fā)生相對運動。
[0012] 本發(fā)明的內(nèi)容中：所述步驟C可W替換為：取=維移動平臺A和=維移動平臺B; 在=維移動平臺A上固定一組感應(yīng)線圈（或稱電感線圈）形成定組，與定組相對應(yīng)地，在= 維移動平臺B上固定（可W采用固定夾具等方式固定）所述長條形雙層復(fù)合膜的近端（或 稱一端）形成懸臂梁，在該懸臂梁的遠(yuǎn)端（或稱另一端，即所述長條形雙層復(fù)合膜的另一 端）粘附永磁體形成為動組，通過移動=維移動平臺A和=維移動平臺B來調(diào)整定組與動 組的相對位置，使定組的感應(yīng)線圈能在動組的永磁體擺動范圍內(nèi)都有（強(qiáng)的）電磁感應(yīng)作 用。
[0013] 本發(fā)明的內(nèi)容中；步驟a中所述的表面帶有溝槽的聚合物基膜，較好的是聚合 物基膜表面形成沿長度方向的微槽，該微槽的寬度在10皿至50ym之間、深度在10皿至 10ym之間；所使用的砂紙型號較好的是在1000#W上。
[0014] 本發(fā)明的內(nèi)容中；步驟b中所述長條形雙層復(fù)合膜（的長度方向與膜的打磨方向 有關(guān)）中，聚合物基膜中的溝槽方向與長條形雙層復(fù)合膜的長度方向夾角較好的是<10°。
[0015] 本發(fā)明的內(nèi)容中；步驟a中所述的聚合物基膜是非光活性聚合物膜，該聚合物基 膜的厚度較好的是在10ym至100ym之間，可W是：聚己締膜（簡稱陽，生產(chǎn)企業(yè)如：四川 興達(dá)塑料有限公司，牌號：興5)、聚酷亞胺膜（簡稱PI，生產(chǎn)企業(yè)如；江蘇亞寶絕緣材料股 份有限公司，H型牌號）、聚己締醇膜（簡稱PVA，生產(chǎn)企業(yè)如；濟(jì)南泉泰包裝材料有限公司， PVA膜）、W及聚醋膜（簡稱PET,生產(chǎn)企業(yè)如；升杰包裝材料，PET膜）中的任一種，光照時 該聚合物基膜不發(fā)生任何物理和化學(xué)反應(yīng)。
[0016] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟b中所述光活性聚合物（為兩種光活性單體的共聚物）的 制備方法可W是；取單體丙締酷氧基）十一烷氧基-4' -己氧基）偶氮苯與交聯(lián) 劑4-(3-丙締酷氧基丙氧基）苯甲酸2-甲基-1，4-苯醋（商品名為RM257,天津華遠(yuǎn)信泰 化工科技有限公司生產(chǎn)）并按9:1的質(zhì)量比例（即；單體丙締酷氧基）十一燒氧 基-4' -己氧基）偶氮苯；交聯(lián)劑4-(3-丙締酷氧基丙氧基）苯甲酸2-甲基-1，4-苯醋的 質(zhì)量比為9 ;1)混合，溶于10倍單體質(zhì)量的溶劑四氨快喃中，再加入單體質(zhì)量1 %的偶氮二 異了膳為催化劑，于65~70°C的溫度下（通過自由基共聚）反應(yīng)24小時，倒入（約）反應(yīng) 物4倍體積的甲醇中沉淀后過濾，固體物經(jīng)（可W在真空40°C的條件下）干燥，即制得光活 性聚合物（即側(cè)鏈含偶氮苯基團(tuán)的交聯(lián)聚合物），該聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為70°C、數(shù) 均分子量為6000~100000。
[0017] 本發(fā)明的內(nèi)容中；步驟C中所述的永磁體可W為（通用商業(yè)化的）鐵氧體永磁體 或稀±永磁體，形狀為條形或馬蹄形，永磁體的磁場強(qiáng)度可W為600~1000G。
[001引本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟C中所述的感應(yīng)線圈為（通用商業(yè)化的）漆包線繞制的電 感線圈，漆包線的直徑，繞制的應(yīng)數(shù)與懸臂梁的尺寸和永磁體的磁性相匹配，W利于最大的 電磁感應(yīng)。
[0019] 本發(fā)明的內(nèi)容中：所述的太陽光光束經(jīng)聚焦透鏡會聚后，照射到所述長條形雙層 復(fù)合膜上，提供太陽光能，照射在長條形雙層復(fù)合膜表面的光束能量較好的是在50W/m2~ 900