kategorier: Utvalgte artikler » Interessante elektriske nyheter
Antall visninger: 73139
Kommentarer til artikkelen: 18
Piezogeneratorer er nye strømkilder. Fantasi eller virkelighet?
En tynn piezoelektrisk film på en vindusrute som absorberer gatestøy og konverterer den til energi for å lade telefonen. Fotgjengere på fortau, metro rulletrapper som lader autonome lysbatterier gjennom piezo-svinger. Tette strømmer av biler på travle veier og genererer megawatt strøm, noe som er nok for hele byer og tettsteder.
Science fiction? Dessverre, for nå, ja, og dette kan forbli. Det er stor sannsynlighet for at hypen rundt oppsiktsvekkende meldinger om fantastiske utsikter snart tar slutt piezoelektrisk energi generatorer. Og vi vil igjen drømme om trygg, fornybar og, for å være ærlig, billig elektrisk energi mottatt med involvering av andre fenomener. Tross alt er listen over fysiske effekter bemerkelsesverdig lang.
Fenomenet piezoelektrisitet ble oppdaget av brødrene Jackson og Pierre Curie i 1880 og har siden blitt utbredt innen radioteknikk og måleteknologi. Det består i det faktum at kraften som påføres prøven av et piezoelektrisk materiale fører til utseendet til en potensiell forskjell på elektrodene. Effekten er reversibel, d.v.s. det motsatte fenomenet blir også observert: ved påføring av spenning på elektrodene blir prøven deformert.
Avhengig av retningen på energiomdannelse piezoelectrics er delt inn i generatorer (direkte konvertering) og motorer (inverse). Begrepet "piezoelektriske generatorer" kjennetegner ikke konverteringseffektiviteten, men bare retningen for energikonvertering.
nemlig det første fenomenet assosiert med generering av elektrisitet under mekanisk belastning, de siste årene har ingeniører og oppfinnere blitt interessert. Fra et overflødighetshorn var det rapporter om muligheten for å skaffe elektrisk energi, utnytte gatestøy, bevegelse av bølger og vind og belastningen fra bevegelse av mennesker og biler.
I dag er flere eksempler på praktisk bruk av slik energi kjent. På Marunuchi T-banestasjon i Tokyo er piezoelektriske generatorer installert i billetterommet. Akkumulering av passasjerer er nok til å kontrollere turnstiles.
I et elite-diskotek i London mater piezoelektriske generatorer flere lamper som stimulerer til dans og ... salg av brus. Piezoelektriske lightere er blitt vanlig. Nå har enhver røyker sin egen "kraftstasjon" i lommen.
Relativt nylig er en melding blåst opp av verdens offentligheten om testing av systemer for generering av energi fra bevegelige kjøretøy. Israelske forskere fra et lite firma Innowattech beregnet det 1 kilometer fra motorveien kan generere elektrisk kraft opp til 5 MW. De utførte ikke bare beregningene, men avdekket også flere titalls meter av motorveien og monterte sine piezoelektriske generatorer under den. Det så ut til at endelig hadde kommet et gjennombrudd innen alternativ energi. Men dette reiser alvorlig tvil.
La oss se nærmere på fysikken i prosesser som forekommer i piezoelektrisk. For å bli kjent med prinsippene for energiproduksjon av piezoelektriske materialer, er en forståelse av flere grunnleggende mekanismer tilstrekkelig. Under mekanisk innvirkning på det piezoelektriske elementet forflyttes atomer i materialets asymmetriske krystallgitter. Denne forskyvningen fører til utseendet til et elektrisk felt, som induserer (induserer) ladninger på elektrodene til det piezoelektriske elementet.
I motsetning til en vanlig kondensator, hvis plater kan spare ladninger i lang tid, de induserte ladningene til det piezoelektriske elementet beholdes bare så lenge den mekaniske belastningen virker. Det er på dette tidspunktet energi kan fås fra elementet. Etter fjerning av lasten forsvinner de induserte ladningene. Faktisk, det piezoelektriske elementet er en ubetydelig strømkilde med en meget høy indre motstand.
Siden spesialistene fra Innowattech ikke anså det som nødvendig å dele resultatene av deres eksperiment med allmennheten, vil vi prøve å lage grove numeriske estimater for effektiviteten av piezoelektrisk arbeid som energikilde. Som et objekt for beregninger tar vi den vanlige piezo-lighteren til husholdningen - det eneste produktet som nå er mye brukt.
Fra overflod av tekniske egenskaper ved piezoelektriske materialer trenger vi bare noen få. Dette er verdien av den piezoelektriske modulen, som for vanlige (og andre ennå ikke produserer andre) piezoelektrikk varierer fra 200 til 500 picocoulons (10 til minus 12 grader) per Newton, og kjennetegner effektiviteten av ladningsgenerering under påvirkning av kraft.
Denne egenskapen avhenger ikke av størrelsen på det piezoelektriske elementet, men bestemmes fullstendig av egenskapene til materialet. Derfor er det meningsløst å prøve å lage kraftigere omformere ved å øke de geometriske dimensjonene. Kapasiteten til de lettere piezoelektriske platene er kjent og er omtrent 40 picofarads.
Spaksystemet for overføring av kraft til det piezoelektriske elementet skaper en belastning på omtrent 1000 Newton. Gapet som gnisten hopper i er 5 mm. Luftens dielektriske styrke blir tatt 1 kV / mm. Med slike innledende data en lighter genererer gnister i kraft fra 0,9 til 2,2 megawatt!
Men ikke vær redd. Utslippets varighet er bare 0,08 nanosekunder, derav slike enorme kraftverdier. Beregning av den totale energien som genereres av lighteren gir en verdi på bare 600 mikrojouler. I dette tilfellet er effektiviteten til lighteren, tatt i betraktning det faktum at den mekaniske kraften gjennom spaksystemet overføres helt til piezoelektrisk, bare ... 0,12%.
Energigjenvinningsordningene som er foreslått i forskjellige prosjekter, er nær driftsformene for lightere. Individuelle piezoelektriske elementer genererer en høyspenning som bryter gjennom utløpsgapet, og strømmen strømmer til likeretteren og deretter til lagringsenheten, for eksempel en ionistor. Ytterligere energikonvertering er standard og uten interesse.
La oss gå fra lightere til oppgaven med å generere energi i industriell skala. La de mest effektive elementene som genererer 10 milliwatt per element brukes. Samlet i klynger (grupper) på 100-200 elementer, blir de plassert under veikanten. Deretter vil bare ... 100 millioner enkeltelementer med individuelle energifjerningsordninger kreves for å oppnå den deklarerte effektverdien på størrelsesorden 1 MW per kilometer av veien. Det gjenstår oppgaven å oppsummere, transformere og overføre den til forbrukeren. På samme tid vil strømmen til elementene, gitt den skiftende belastningen på kjørebanen, ligge i området nano eller til og med picoamper.
Ved å anskaffe lignende prosjekter for å få energi fra den piezoelektriske effekten, kan man ufrivillig be analogien med et vannkraftverk, der turbinene opererer fra fuktigheten til morgen dugg, nøye samlet inn fra de omkringliggende åkrene.
Men hva med eksperimentet til det israelske selskapet? Rapporten om resultatene av "vraking" på motorveien dukket ikke opp. Men i forkant av gjennomføringen av kontrakten om energi fra Venezia-Trieste motorvei, som Innowattech signerte.
Det er en versjon om dette: dette er et firma av oppstart, dvs. høy risiko investeringskapital. Etter å ha mottatt mer enn beskjedne foreløpige resultater fra forskerne, bestemte grunnleggerne for å rettferdiggjøre pengene som ble investert og investert i et utmerket markedsføringsgrep - de gjennomførte en effektiv test med deltagelse av pressen. Og hele verden begynte å snakke om et lite selskap. Og i denne støyen gikk hovedspørsmålet tapt: hvor er megawatt med billig energi?
Oppsummert kan bare en konklusjon trekkes: piezoelektriske elementer vil aldri bli alternative strømkilder i industriell skala. Omfanget av bruksområdene deres vil være begrenset til lite strøm (mikrokraft) strømkilder og sensorer. For synd, så vakker idé!
Se også på elektrohomepro.com
: