能源紧缺是当今世界最突出的问题之一，开发新能源和高效利用有限资源成为当务之急。近年来，能量收集技术的发展已经进入了一个全新的阶段，科研人员一方面在不断提高原有的可被收集的能量的收集效率，如太阳能、热能、风能等，另一方面，也在开发新的可被收集的能源，如振动能、人体能等。在不同的环境中，可以利用不同能源的不同优势。光照时间长且强度高的地区收集太阳能的效率较高，风力资源丰富的地区可以尝试风能发电，振动普遍存在的场合可以有效地收集振动能来发电。在多种资源相对平均的场合，还可以采用多种能源混合发电，有效提高能源的利用率。

在处于某些供电不便的环境中或使用不方便更换电池的设备时，尤其需要从环境中汲取能量。因此，本文将研究振动能与太阳能发电原理，设计一个能够同时收集振动能与太阳能的装置，代替电池。这样的装置可应用于无线传感节点、车辆上的电子装置、停车引导系统、野外作业等方面，具有较强的实用价值。

1.2  振动能量收集的研究现状

1.2.1  能量收集装置

1.2.2  能量转换接口电路

1.2.3  振动能量收集的应用

输出电能有望为微型传感器节点供电[21]。

1.3  太阳能电池发展现状

太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，目前业内普遍使用以光电效应工作的薄膜太阳能电池为主，而利用光化学效应工作的设备例如湿式太阳能电池尚处于起步阶段[22]。

硅是一种储量丰富的元素，也是太阳能电池的关键原料，最早的太阳能电池就是单晶硅太阳能电池。但是提炼硅需要一定的工艺，所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时，又开发了多晶硅和非晶硅太阳能电池。除硅系列外，还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等材料可用于太阳能电池的研制。

    太阳能电池可以从其性能指标、产量、价格等方面来考量，其性能指标有开路电压、短路电流、填充因子、光电转换效率等，其中最主要的指标是光电转换效率。目前为止，一般的太阳能电池板的光电转换效率最高为20%。

1.4  复合能源收集现状

很多能量虽然广泛存在于自然界中，但并不持续也很难稳定，如太阳能要在太阳光充足时才能有较高的收集效率、振动能需要外界施力、风能会随季节变化等等，因此人们考虑用多种能源混合发电，以适应能量收集装置所处地点不同的环境变化。Se-Won Wang等利用太阳能与人体热能两种能源，为人体中一个简单信号处理和无线通信装置供能，应用CMOS技术可以将整个功能模块集成在一个0.18μm的芯片上，电路的能量损耗只有0.23μW[23]。

高永丰等设计并实现了一种复合能源收集系统来收集太阳能、风能及应变能，根据三种能源的不同特性，设计了对应的能量管理和储存模块，实验结果表明，该系统可连续35h在3.55 V电压下输出50mW的电能[24]。

混合能源发电的技术难度在于各种能源的收集原理不同，输出特性不尽相同，需要一个简单、低功耗、高效的能量管理系统，实现收集到的混合能源的合理运输与存储。

2  能量收集装置总体结构

本文的目标是设计一个基于振动能和太阳能的高效能量收集装置，实现包含压电能、电磁能和太阳能收集、转换和管理，实现高效率的能源收集和输出。

太阳能收集装置在白天光线充足时效率较高；而振动能弥补了太阳能在夜晚、阴天下无法收集足够能源的缺点，二者可以互相弥补，提高效率，实现自供电，保证系统不断电工作。