一种背包及发电机构

1.本发明属于光伏领域，尤其涉及一种背包及发电机构。


背景技术：

2.太阳能背包在背包上整合了太阳能面板，在户外运动时能够利用太阳能发电为携带的电子产品补充电量。但是，太阳能发电受天气、太阳角度、背包朝向的影响很大，无法持续稳定的提供电能。而使用者在背着背包运动的过程中会产生大量的机械能，这些机械能若是能被收集利用，就能够提高发电效率。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种背包，其具有光伏发电功能，还能够将使用者行走时产生的机械能转换为电能，具有较高的电能输出功率。
4.本发明的另一个目的是提供一种发电机构，具有光伏发电功能，还能够将运动过程中产生的机械能转换为电能，具有较高的电能输出功率。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种背包，包括背包体及设于所述背包体上的发电机构，所述发电机构包括ibc太阳能电池，所述ibc太阳能电池具有位于其背面的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极上下设置；所述发电机构还包括：
7.摩擦片，其和所述ibc太阳能电池的背面接触且能够相对所述ibc太阳能电池上下移动，所述摩擦片由得电子能力大于所述第一电极和所述第二电极的绝缘材料制成；
8.其中，所述发电机构至少具有第一状态和第二状态，在所述第一状态时，所述摩擦片和所述第一电极接触而脱离所述第二电极；在所述第二状态时，所述摩擦片和所述第二电极接触而脱离所述第一电极。
9.优选地，所述摩擦片的数量为多个且上下间隔设置，各所述摩擦片、及相邻两个所述摩擦片之间的间隙在所述ibc太阳能电池背面上的正投影分别被所述第一电极或所述第二电极的正投影覆盖或分别与所述第一电极或所述第二电极的正投影相重合，当所述发电机构在所述第一状态时，每个所述摩擦片覆盖一个所述第一电极，被覆盖的所述第一电极之间的所述第二电极与所述间隙相对；当所述发电机构在所述第二状态时，每个所述摩擦片覆盖一个所述第二电极，被覆盖的所述第二电极之间的所述第一电极与所述间隙相对。
10.优选地，所述ibc太阳能电池具有位于其背面的第一极化部和第二极化部，各所述第一电极的左端和所述第一极化部接触导通，各所述第二电极的右端和所述第二极化部接触导通；各所述摩擦片的左端通过一第一连接部连接，各所述摩擦片的右端通过一第二连接部连接；所述第一连接部和所述第一极化部相对设置，所述第二连接部和所述第二极化部相对设置。
11.优选地，所述摩擦片的数量小于所述第一电极或所述第二电极的数量的一半。
12.优选地，所述发电机构还包括上边框和下边框，所述ibc太阳能电池连接于所述上
边框和所述下边框之间，所述摩擦片能够上下移动地连接于所述上边框和所述下边框之间。
13.优选地，所述摩擦片与所述上边框和/或所述下边框之间设置有弹性件。
14.优选地，所述绝缘材料的摩擦电电荷密度小于-80μcm-2
。
15.优选地，所述绝缘材料选自pdms、ptfe、fep中的一种或几种。
16.优选地，所述发电机构还包括绝缘增强板，所述摩擦片覆于所述绝缘增强板的与所述ibc太阳能电池相对的一侧表面上。
17.优选地，所述发电机构还包括面板及位于所述面板和所述ibc太阳能电池的正面之间的封装材料。
18.优选地，所述背包体包括用于形成容置空间的主体及用于将所述主体缚于使用者身体上的背带，所述发电机构设于所述主体的距使用者身体较远的一侧。
19.本发明还采用如下技术方案：
20.一种发电机构，所述发电机构为如上所述的发电机构。
21.本发明采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点：
22.本发明的一种背包，其中的ibc太阳能电池能够进行光电转化而进行光伏发电，背包体上设有发电机构，其中的摩擦片能够分别与第一电极和第二电极接触摩擦，由于摩擦片与两个电极的得电子能力存在差异，静电荷聚集在摩擦片上，并通过静电感应使第一电极和第二电极产生电势差，对外输出电能，从而能够在背包随着使用者移动时二者间的摩擦转化为电能，在光照不足的条件下也能够通过将机械能转换为电能的形式发电，较为稳定地输出电能，提高发电功率；且摩擦片借用ibc太阳能电池的电极将机械能转换为电能，结构紧凑，可整体安装于背包上，安装方便。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
24.图1为根据本发明实施例的一种背包的结构示意图；
25.图2为根据本发明实施例的一种发电机构的结构示意图；
26.图3示出了根据本发明实施例的摩擦片和ibc太阳能电池的形状；
27.图4为根据本发明实施例的摩擦片在ibc太阳能电池上的某一位置的示意图。
28.其中，
29.1、背包体；10、主体；11、背带；2、发电机构；20、ibc太阳能电池；201、第一电极；202、第二电极；203、第一极化部；204、第二极化部；21、摩擦片；211、间隙；22、第一连接部；23、第二连接部；24、绝缘增强板；25、上边框；26、下边框；27、弹簧；28、面板；29、封装材料；3、太阳光。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能
更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.本发明中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
33.参照图1所示，本实施例的一种背包，包括背包体1及设于背包体1上的发电机构2。背包体1包括用于形成容置空间的主体10及用于将主体10缚于使用者身体上的背带11，发电机构2设于主体10的距使用者身体较远的一侧。具体地，主体10具有靠近使用者身体且能够相互接触的后片、距使用者身体较远且朝向外侧的前片，及连接于后片和前片之间的侧部，发电机构2设于主体10的前片上，后片通常会根据人体工程学进行一些特别的设计，本实施例能够有效避免对主体10的后片进行改变，从而不会影响背包的使用舒适度。
34.参照图2所示，发电机构2包括ibc太阳能电池20，ibc太阳能电池20具有位于其背面(具体为ibc太阳能电池的背光面)的第一电极201和第二电极202，第一电极201和第二电极202上下设置。第一电极201和第二电极202分别为多个，且交错设置构成叉指状排布。第一电极201和第二电极202之间绝缘。
35.发电机构2还包括摩擦片21，其和ibc太阳能电池20的背面接触且能够相对ibc太阳能电池20上下移动，摩擦片21由得电子能力大于第一电极201和第二电极202的绝缘材料制成。本实施例中采用的绝缘材料为摩擦电电荷密度小于-80μcm-2
的绝缘材料的，具体可参见haiyang zou,，ying zhang，litong guo，peihong wang，xu he，guozhang dai，haiwu zheng，chaoyu chen，aurelia chi wang，cheng xu和zhong lin wang等在nature communication上发表的文章《quantifying the triboelectric series》。具体地，选用的绝缘材料为聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚四氟乙烯(ptfe)或全氟乙烯丙烯共聚物(fep)的一种或几种。
36.结合图2至图4所示，摩擦片21的数量为多个且上下间隔设置，各摩擦片21在ibc太阳能电池20背面上的正投影分别被第一电极201或第二电极202的正投影覆盖或分别与第一电极201或第二电极202的正投影相重合，相邻两个摩擦片21之间的间隙211在ibc太阳能电池20背面上的正投影分别被第一电极201或第二电极202的正投影覆盖或分别与第一电极201或第二电极202的正投影相重合。进一步地，各摩擦片21的形状、大小相同，所有摩擦片21间的间隙211的形状、大小相同，且各摩擦片21、各间隙211、各第一电极201、各第二电极202的形状、大小相同。
37.发电机构2至少具有第一状态和第二状态，在第一状态时，摩擦片21和第一电极201接触而脱离第二电极202；在第二状态时，摩擦片21和第二电极202接触而脱离第一电极201。其中，当发电机构2在第一状态时，每个摩擦片21覆盖一个第一电极201，被覆盖的第一
电极201之间的第二电极202与间隙211相对；当发电机构2在第二状态时，每个摩擦片21覆盖一个第二电极202，被覆盖的第二电极202之间的第一电极201与间隙211相对。当发电机构2处于第一状态时，摩擦片21刚好完全覆盖第一电极201而与第二电极202没有接触；当发电机构2处于第二状态时，摩擦片21刚好完全覆盖第二电极202而与第一电极201没有接触。
38.参照图3所示，ibc太阳能电池20具有位于其背面的第一极化部203和第二极化部204，各第一电极201的左端和第一极化部203接触导通，各第二电极202的右端和第二极化部204接触导通；各摩擦片21的左端通过一第一连接部22连接，各摩擦片21的右端通过一第二连接部23连接。摩擦片21与第一连接部22及第二连接部23一体设置，以同步移动。第一连接部22和第一极化部203相对设置并具有间隙211，第二连接部23和第二极化部204相对设置并具有间隙211。优选地，摩擦片21的长度与第一电极201的长度及第二电极202的长度相近，摩擦片21的宽度、各摩擦片21间的间隙211的宽度、第一电极201的宽度及第二电极202的宽度相近，摩擦片21的数量小于第一电极201或第二电极202的数量的一半。具体到本实施例中，第一连接部22与第二连接部23之间连接有三个摩擦片21，三个摩擦片21之间形成有两个间隙211；在第一状态时，三个摩擦片21分别覆盖三个第一电极201，被覆盖的这三个第一电极201之间的两个第二电极202则和两个间隙211对齐以不和摩擦片21接触；类似地，在第二状态时，三个摩擦片21分别覆盖三个第二电极202，被覆盖的这三个第二电极202之间的两个第一电极201则和两个间隙211对齐以不和摩擦片21接触。
39.发电机构2还包括绝缘增强板24，摩擦片21覆于绝缘增强板24的与ibc太阳能电池20相对的一侧表面上。绝缘增强板的材质为亚克力材料，具有较好的绝缘性能。具体地，可通过在绝缘增强板24的一侧表面上图案化地涂覆上述的得电子能力强的绝缘材料或帖覆由得电子能力强的绝缘材料制成的图案化的绝缘材料膜而形成上述的摩擦片21。优选地，绝缘增强板24经加工后形成与摩擦片21相同的形状。
40.发电机构2还包括上边框25和下边框26，ibc太阳能电池20固定连接于上边框25和下边框26之间，摩擦片21能够上下移动地连接于上边框25和下边框26之间。摩擦片21与上边框25和下边框26之间设置有弹性件。具体到本实施例中，该弹性件为弹簧27，数量为四个，其中，两个弹簧27连接于绝缘增强板24和上边框25之间，另两个弹簧27连接于绝缘增强板24和下边框26之间，摩擦片21覆于绝缘增强板24上从而通过四个弹簧27能够上下移动地连接于边框和下边框26之间。
41.发电机构2还包括面板28及位于面板28和ibc太阳能电池20的正面之间的封装材料29，面板28为玻璃或透明聚合物，封装材料29为具有高透性的乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、聚乙烯辛烯共弹性体(poe)或聚乙烯醇缩丁醛酯(pvb)。面板28及封装材料分别连接于上边框25和下边框26之间，封装材料29设于ibc太阳能的正面上，面板28设于封装材料29的正面上。
42.参照图3及图4所示，上述背包的工作原理及过程如下：
43.在有光照的条件下，当ibc太阳能电池20的正面面向太阳光时，太阳光穿过面板28及封装材料29照射至ibc太阳能电池20的正面，太阳能被ibc太阳能电池20吸收，转换成电能，通过第一电极201和第二电极202对外输出电能。
44.当使用者背上背包开始移动时，发电机构2具有第一状态和第二状态，在第一状态时，摩擦片21和第一电极201接触而脱离第二电极202，此时摩擦片21在太阳能电池背面上
的正投影刚好完全覆盖第一电极201，摩擦片21之间的间隙211在太阳能电池背面上的正投影与第二电极202的正投影相重合；在第二状态时，摩擦片21和第二电极202接触而脱离第一电极201，此时摩擦片21在太阳能电池背面上的正投影刚好完全覆盖第二电极202，摩擦片21之间的间隙211在太阳能电池背面上的正投影与第一电极201的正投影相重合。在发电机构2在第一状态和第二状态切换的过程中，绝缘增强板24和覆于其上的摩擦片21与第一电极201和第二电极202接触并摩擦，电子从第一电极201和第二电极202转移到得电子能力强的摩擦片21上，摩擦片21的表面积累静电荷。发电机构2不断重复上述过程，摩擦片21上积累大量静电荷，这些静电荷对第一电极201和第二电极202进行交替静电感应，使第一电极201和第二电极202之间产生电势差，从而对外输出电能，将机械能转换为电能。
45.本实施例提供的一种背包及一种发电机构2，其中的ibc太阳能电池20能够进行光电转化而进行光伏发电，背包体1上设有发电机构2，当使用者背上背包开始移动时，摩擦片21能够分别与第一电极201和第二电极202接触摩擦，由于摩擦片21的得电子能力较第一电极201和第二电极202更强，在摩擦片21重复与第一电极201和第二电极202接触摩擦的过程中，大量静电荷聚集在摩擦片21上，并通过静电感应使第一电极201和第二电极202产生电势差，对外输出电能。本实施例的背包将太阳能发电功能和机械能发电功能整合，在光照不足的条件下也能够通过将机械能转换为电能的形式发电，较为稳定地输出电能，提高发电功率与效率；将发电机构2的上边框25和下边框26固定于背包座12上，就可将整个发电机构2固定于背包上，安装方便，不占用背包内部空间，不影响背包的正常使用，同时，后片的设计能够让使用者在使用时的使用感受更加舒适，符合人体工程学理念；ibc太阳能电池20的正面没有设置电极，能够使背包的外观更加美观。
46.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。