CN106892061A - 一种能够利用风能和太阳能的浮标 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种能够利用风能和太阳能的浮标，该浮标包括浮标本体、感光***、供电***和蓄电池，该供电***包括风能发电装置、太阳能发电装置，该太阳能发电装置为一种染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的对电极采用了混合导电催化层，其增大了电极的比表面积，并且有效阻滞了电解液对于对电极的腐蚀作用；此外，在光电极表面设有防紫外线层，有效克服了海面上强烈的紫外线对于染料的破坏作用，增加了太阳能电池的使用寿命。

Description

一种能够利用风能和太阳能的浮标

技术领域

本申请涉及浮标技术领域，尤其涉及一种能够利用风能和太阳能的浮标。

背景技术

浮标是一种浮于水面的航标，其是锚定在指定位置，用于指示航道、浅滩、障碍物等的水面助航标志，一般情况下，为了在通航水域实现夜间助航的功能，浮标都会装有显示灯，这就涉及浮标的电力供应问题，而对于海面上的浮标，存在输电难度大、维修困难等情况。

有人提出可以利用太阳能对浮标进行电力供给，但传统的太阳能电池一般是利用硅板发电，成本高昂、安装不便，本申请具体涉及一种利用染料敏化太阳能电池的浮标。

发明内容

本发明旨在提供一种能够利用风能和太阳能的浮标，以解决上述提出问题。

本发明的实施例中提供了一种能够利用风能和太阳能的浮标，该浮标包括浮标本体、感光***、供电***和蓄电池；感光***具体包括感光探头、单片机、支路开关、LED灯；其中，单片机、支路开关、LED灯、蓄电池串联连接，感光探头与单片机串联，当感光探头探测到光强度超过设定值时，单片机控制支路开关断开，LED灯熄灭，当感光探头探测到光强度低于设定值时，单片机控制支路开关闭合，从而使LED灯发光；该供电***包括风能发电装置、太阳能发电装置，供电***通过单片机给蓄电池充电；该太阳能发电装置为一种染料敏化太阳能电池。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.本申请的浮标能够同时利用风能和太阳能发电，并为该浮标的LED灯提供电能，此外剩余的电能能够有效储存在蓄电池中，清洁环保，节能减排。

2.本申请的浮标能够通过感光探头实时监测浮标是否需要发光，并由单片机自动控制，节约维护成本。

3.本申请的浮标中太阳能发电装置为一种染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的对电极采用了混合导电催化层，其增大了电极的比表面积，并且有效阻滞了电解液对于对电极的腐蚀作用；此外，在光电极表面设有防紫外线层，有效克服了海面上强烈的紫外线对于染料的破坏作用，增加了太阳能电池的使用寿命。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明浮标中染料敏化太阳能电池对电极的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本申请的实施例涉及一种能够利用风能和太阳能的浮标，该浮标包括浮标本体、感光***、供电***和蓄电池。

该感光***具体包括感光探头、单片机、支路开关、LED灯；

其中，单片机、支路开关、LED灯、蓄电池串联连接，感光探头与单片机串联，当感光探头探测到光强度超过设定值时，单片机控制支路开关断开，LED灯熄灭，当感光探头探测到光强度低于设定值时，单片机控制支路开关闭合，从而使LED灯发光。

该供电***包括风能发电装置、太阳能发电装置，供电***通过单片机给蓄电池充电。

该风力发电装置包括风力发电机、叶片、转轴、恒压器；叶片和转轴设置在风力发电机上，恒压器分别与风力发电机、单片机连接。

当海面风速较大时，风力带动叶片转动，叶片带动转轴进而带动风力发电机发电，并通过恒压器和单片机向蓄电池充电。

该太阳能发电装置设置在浮标本体的外表面，并通过恒压器和单片机向蓄电池充电。

该太阳能发电装置为一种染料敏化太阳能电池，作为本发明浮标供电***的一部分，该染料敏化太阳能电池包括对电极、与对电极对置的光电极和保持在对电极和光电极之间的电解质层，其中，该光电极远离电解质层一侧设有防紫外线层。

作为本发明浮标的一部分，该太阳能电池能够提供浮标中LED灯工作的电能，该染料敏化太阳能电池具有制作简单、成本低的优点，在各种光照下，染料敏化剂均能够达到饱和状态，具有较强的环境适应性，并且该染料敏化太阳能电池工作温度范围较宽，适应性强。

作为一种优选地实施方式，本发明所述防紫外线层设在光电极表面，具体为具有防紫外线功能的玻璃、聚合物薄膜或者表面镀膜中的一种，其对可见光透过率为92％，波长为320nm的光线透过率为0％，波长为350nm的光线透过率为40％，波长为390nm的光线透过率为70％。

由于海面表面紫外线较强烈，本申请浮标中染料敏化太阳能电池的光电极表面设有防紫外线层，其能够有效防止阳光中紫外线对于所述太阳能电池中染料的破坏作用，从而延长该太阳能电池的使用寿命。

图1为本发明所述太阳能电池对电极的一个示例的结构示意图，作为本发明的优选实施例，本发明所述的对电极为一种复合对电极，具体包括：对电极基板01和混合导电催化层05，该混合导电催化层05在所述对电极基板01上，包括氧化铜纳米棒薄膜、和填充于所述氧化铜纳米棒薄膜上的氮化钛纳米颗粒薄膜。

该对电极基板01可为铜箔，铜板。

本申请的浮标中，在供电***中，采用了染料敏化太阳能电池，该太阳能电池的对电极采用氧化铜纳米棒薄膜结合氮化钛纳米颗粒薄膜作为导电和催化层，在上述所述的薄膜中，氧化铜纳米棒薄膜之间存在很多孔隙，该孔隙较小，而氮化钛纳米颗粒能够有效填充于该孔隙之间，使得该混合导电催化层05的表面积显著提高，同时能够有效减小氧化铜纳米棒之间的阻抗，提高导电性，

能够有效提高该染料敏化太阳能电池的光电转化率；此外，该混合导电催化层05中包含的氮化钛纳米颗粒薄膜能够有效阻滞电解液对于氧化铜纳米棒的腐蚀，提高了对电极的寿命。

作为一种更优选地实施例，本发明所述对电极的制作过程为：

a)选取铜箔作为对电极基板01，将其用盐酸清洗，然后将铜箔放入pH为11.8的氨水和氢氧化钠的水溶液中，浸泡16天，然后会在铜箔表面生成一层氧化铜纳米棒，将该铜箔用去离子水冲洗后晾干，在铜箔表面得到氧化铜纳米棒薄膜；

b)选取物质的量之比为6:1的纳米二氧化钛颗粒和碳黑混合，然后将该混合物与适量蒸馏水混合，超声处理2h，得到分散良好的二氧化钛胶体，然后将其刮涂在上述的铜箔表面，其中，二氧化钛胶体厚度为50μm；然后放入烘箱中干燥2h，将该铜箔置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为850摄氏度的条件下氮化5h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜，进而得到对电极。

所述电解质层为溶解有氧化还原***的电解液，其中该氧化还原***引起至少一种可逆的氧化还原状态变化，例如，氧化还原对可以是I^-/I₃ ^-、Br^-/Br₂等卤素类、铜(I)离子/铜(II)离子等。

所述光电极由接近电解质层由近及远的顺序，该光电极包括光电极膜和透明基板，所述光电极膜可以为承载有敏化染料的半导体多孔膜，所述承载有敏化染料的半导体多孔膜中半导体材料可以为TiO₂、In₂O₃；所述透明基板可以为FTO导电玻璃。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

对照例

为了实现本发明的浮标，其中，所述的染料敏化太阳能电池的制作步骤为：

1.染料溶液的制作

把市售标准Z907染料提纯后，溶于乙腈:叔丁醇＝1:1的溶剂中，配成0.4mmol/L的染料溶液。

2.光电极制作

把颗粒直径为20nm的市售TiO₂浆料用丝网印刷方法涂布在FTO导电玻璃表面，放在马弗炉中在500℃下烧结2小时，得到20μm的TiO₂膜，TiO₂电极在染料溶液中浸泡2天。

3.对电极的制作

a)选取铜箔作为对电极基板01，将其用盐酸清洗，然后将铜箔放入pH为11.8的氨水和氢氧化钠的水溶液中，浸泡16天，然后会在铜箔表面生成一层氧化铜纳米棒，将该铜箔用去离子水冲洗后晾干，在铜箔表面得到氧化铜纳米棒薄膜；

b)选取物质的量之比为6:1的纳米二氧化钛颗粒和碳黑混合，然后将该混合物与适量蒸馏水混合，超声处理2h，得到分散良好的二氧化钛胶体，然后将其刮涂在上述的铜箔表面，其中，二氧化钛胶体厚度为50μm；然后放入烘箱中干燥2h，将该铜箔置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为850摄氏度的条件下氮化5h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜，进而得到对电极。

4.电池制作

把光电极和对电极用热熔胶接合，注入电解液，制得染料敏化太阳能电池；然后将该染料敏华太阳能电池连接导线并接入本申请的浮标中。

实验例1

基本步骤同对照例，不同之处在于在光电极的远离电解质层一侧设有防紫外线膜，该防紫外线膜对可见光透过率为92％，波长为330nm的光线透过率为0％，波长为392nm的光线透过率为70％，

实验例2

基本步骤同对照例，不同之处在于所述对电极中二氧化钛颗粒和碳黑物质的量之比为7:1，且二氧化钛胶体厚度为100μm。

实验例3

基本步骤同对照例，不同之处在于所述对电极中二氧化钛颗粒和碳黑物质的量之比为8:1，且二氧化钛胶体厚度为50μm。

在AM1.5的标准光源，对所得太阳能电池性能进行1000小时测试，结果如表1所示，记录参数有开路电压、短路电流、转换效率，从中可知本发明的太阳能电池相较于对照例，耐久性能可以提高10％～20％，转换效率提高到8.7％。

表1实施例1-3和对照例的太阳能电池的性能表征结果

	开路电压/V		转换效率/％
				对照例	0.76	16.5	6.2
实验例1	0.78	16.9	7.6
				实验例2	0.77	16.7	8.7
实验例3	0.75	16.4	8.3

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种能够利用风能和太阳能的浮标，该浮标包括浮标本体、感光***、供电***和蓄电池；感光***具体包括感光探头、单片机、支路开关、LED灯；其中，单片机、支路开关、LED灯、蓄电池串联连接，感光探头与单片机串联，当感光探头探测到光强度超过设定值时，单片机控制支路开关断开，LED灯熄灭，当感光探头探测到光强度低于设定值时，单片机控制支路开关闭合，从而使LED灯发光；该供电***包括风能发电装置、太阳能发电装置，供电***通过单片机给蓄电池充电；该太阳能发电装置为一种染料敏化太阳能电池。

2.根据权利要求1所述的浮标，其特征在于，该风力发电装置包括风力发电机、叶片、转轴、恒压器；叶片和转轴设置在风力发电机上，恒压器分别与风力发电机、单片机连接；当海面风速较大时，风力带动叶片转动，叶片带动转轴进而带动风力发电机发电，并通过恒压器和单片机向蓄电池充电。

3.根据权利要求1所述的浮标，其特征在于，该染料敏化太阳能电池包括对电极、与对电极对置的光电极和保持在对电极和光电极之间的电解质层，其中，该光电极远离电解质层一侧设有防紫外线层。

4.根据权利要求3所述的浮标，其特征在于，该防紫外线层设在光电极表面，具体为具有防紫外线功能的玻璃、聚合物薄膜或者表面镀膜中的一种，其对可见光透过率为92％，波长为320nm的光线透过率为0％，波长为350nm的光线透过率为40％，波长为390nm的光线透过率为70％。

5.根据权利要求4所述的浮标，其特征在于，该对电极为一种复合对电极，具体包括：对电极基板和混合导电催化层，该混合导电催化层在所述对电极基板上，包括氧化铜纳米棒薄膜、和填充于所述氧化铜纳米棒薄膜上的氮化钛纳米颗粒薄膜。

6.根据权利要求5所述的浮标，其特征在于，该对电极基板为铜箔或铜板。

7.根据权利要求5所述的浮标，其特征在于，所述对电极的制作过程为：

a)选取铜箔作为对电极基板01，将其用盐酸清洗，然后将铜箔放入pH为11.8的氨水和氢氧化钠的水溶液中，浸泡16天，然后会在铜箔表面生成一层氧化铜纳米棒，将该铜箔用去离子水冲洗后晾干，在铜箔表面得到氧化铜纳米棒薄膜；

b)选取物质的量之比为6:1的纳米二氧化钛颗粒和碳黑混合，然后将该混合物与适量蒸馏水混合，超声处理2h，得到分散良好的二氧化钛胶体，然后将其刮涂在上述的铜箔表面，其中，二氧化钛胶体厚度为50μm；然后放入烘箱中干燥2h，将该铜箔置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为850摄氏度的条件下氮化5h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜，进而得到对电极。