kategorier: Udvalgte artikler » Interessante elektriske nyheder
Antal visninger: 73139
Kommentarer til artiklen: 18
Piezogeneratorer er nye strømkilder. Fantasi eller virkelighed?
En tynd piezoelektrisk film på en vinduesrude, der absorberer gadestøj og omdanner den til energi til at oplade telefonen. Fodgængere på fortovene, metro rulletrapper, der oplader autonome lysbatterier gennem piezo-transducere. Tette strømme af biler på travle veje, der genererer megawatt elektricitet, hvilket er nok til hele byer.
Science fiction? Desværre, for nu, ja, og det kan forblive. Der er stor sandsynlighed for, at hypen omkring sensationelle meddelelser om vidunderlige udsigter snart ophører piezoelektrisk energi generatorer. Og vi vil igen drømme om en sikker, vedvarende og for at være ærlig billig elektrisk energi modtaget med involvering af andre fænomener. Når alt kommer til alt er listen over fysiske effekter bemærkelsesværdigt lang.
Fænomenet piezoelektricitet blev opdaget af brødrene Jackson og Pierre Curie i 1880 og er siden blevet udbredt inden for radioteknik og måleteknologi. Det består i det faktum, at den kraft, der påføres prøven af det piezoelektriske materiale, fører til udseendet af potentielle forskelle på elektroderne. Effekten er reversibel, dvs. det modsatte fænomen observeres også: påføring af spænding på elektroderne, prøven deformeres.
Afhængigt af retningen på energikonvertering piezoelektrik er opdelt i generatorer (direkte konvertering) og motorer (invers). Udtrykket "piezoelektriske generatorer" karakteriserer ikke konverteringseffektiviteten, men kun retningen for energikonvertering.
nemlig det første fænomen forbundet med produktion af elektricitet under mekanisk belastningi de senere år er ingeniører og opfindere blevet interesserede. Som fra et hornhindes strømme meddelelser om mulighederne for at skaffe elektrisk energi, bruge gadestøj, bevægelse af bølger og vind og belastningerne fra bevægelige mennesker og biler.
I dag kendes flere eksempler på praktisk anvendelse af sådan energi. Ved Marunuchi-metrostationen i Tokyo installeres piezoelektriske generatorer i billetværelset. Akkumulering af passagerer er nok til at kontrollere drejebanerne.
I et elite-diskotek i London fodrer piezoelektriske generatorer adskillige lamper, der stimulerer dans og ... salg af læskedrikke. Piezoelektriske lightere er blevet almindelige. Nu bærer enhver ryger sin egen "kraftstation" i lommen.
Relativt for nylig sprængte verdenssamfundet en meddelelse om testsystemer til generering af energi fra bevægelige køretøjer. Israelske forskere fra et lille firma Innowattech beregnet det 1 kilometer fra motorvejen kan generere elektrisk strøm op til 5 MW. De udførte ikke kun beregningerne, men afslørede også flere titusinder af motorvejen og monterede deres piezoelektriske generatorer under den. Det så ud til, at der endelig var kommet et gennembrud inden for alternativ energi. Men dette rejser alvorlig tvivl.
Lad os overveje mere detaljeret fysikken i de processer, der forekommer i piezoelektrisk. For at blive bekendt med principperne for energiproduktion med piezoelektriske materialer er en forståelse af flere grundlæggende mekanismer tilstrækkelig. Når et piezoelektrisk element påvirkes mekanisk, forskydes atomer i materialets asymmetriske krystalgitter. Denne forskydning fører til udseendet af et elektrisk felt, der inducerer (inducerer) ladninger på elektroderne i det piezoelektriske element.
I modsætning til en traditionel kondensator, hvis plader kan spare opladninger i lang tid, de inducerede ladninger af det piezoelektriske element bevares kun, så længe den mekaniske belastning virker. Det er på dette tidspunkt, der kan fås energi fra elementet. Efter fjernelse af lasten forsvinder de inducerede ladninger. Faktisk det piezoelektriske element er en ubetydelig strømkilde med en meget høj indre modstand.
Da specialisterne fra Innowattech ikke anså det for nødvendigt at dele resultaterne af deres eksperiment med offentligheden, vil vi forsøge at foretage grove numeriske skøn over effektiviteten af piezoelektrisk arbejde som energikilde. Som et objekt til beregninger tager vi den sædvanlige piezo-lighter til husholdningerne - det eneste produkt, der nu er vidt brugt.
Fra overflod af tekniske egenskaber ved piezoelektriske materialer har vi kun få brug for. Dette er værdien af det piezoelektriske modul, der for almindelige (og andre endnu ikke frigiver industrien) piezoelektrik spænder fra 200 til 500 picocoulons (10 til minus 12 grader) pr.
Denne egenskab afhænger ikke af størrelsen af det piezoelektriske element, men bestemmes fuldstændigt af materialets egenskaber. Derfor er det meningsløst at forsøge at gøre kraftigere konvertere ved at øge de geometriske dimensioner. Kapaciteten af de lettere piezoelektriske plader er kendt og er omkring 40 picofarader.
Håndtagssystemet til transmission af kraft til det piezoelektriske element skaber en belastning på cirka 1000 Newton. Gabet, i hvilket gnisten hopper, er 5 mm. Luftens dielektriske styrke tages 1 kV / mm. Med sådanne indledende data en lighter genererer gnister i magten fra 0,9 til 2,2 megawatt!
Men vær ikke bange. Udladningens varighed er kun 0,08 nanosekunder, deraf sådanne enorme effektværdier. Beregning af den samlede energi, der genereres af lighteren, giver en værdi på kun 600 mikrojoule. I dette tilfælde er effektiviteten af lighteren, under hensyntagen til det faktum, at den mekaniske kraft gennem gearsystemet overføres fuldstændigt til piezoelektrisk, kun ... 0,12%.
Energigendannelsesordningerne, der er foreslået i forskellige projekter, er tæt på tændingsindstillingerne. Individuelle piezoelektriske elementer genererer en høj spænding, der bryder gennem udledningsgabet, og strømmen strømmer til ensretteren og derefter til lagringsenheden, for eksempel en ionistor. Yderligere energikonvertering er standard og uden interesse.
Lad os gå fra tændere til opgaven med at generere energi i industriel skala. Lad de mest effektive elementer, der genererer 10 milliwatt pr. Element, bruges. Samlet i klynger (grupper) på 100-200 elementer anbringes de under kørebanen. For at opnå den deklarerede effektværdi i størrelsesordenen 1 MW per kilometer af vejen, er det kun ... 100 millioner individuelle elementer med individuelle energifjerningsordninger, der kræves. Der er stadig opgaven med at opsummere, omdanne og overføre det til forbrugeren. Samtidig vil strømmen af elementerne, under hensyntagen til den skiftende belastning på kørebanen, ligge i området nano eller endda picoamperes.
Ved at anskaffe lignende projekter for at få energi fra den piezoelektriske effekt kan man ufrivilligt bede om analogien med et vandkraftværk, hvor turbinerne fungerer fra fugtigheden af morgendug, omhyggeligt indsamlet fra de omkringliggende felter.
Men hvad med eksperimentet fra det israelske selskab? Rapporten om resultaterne af "ødelæggelse" på motorvejen dukkede ikke op. Men forud for gennemførelsen af kontrakten om energi fra motorvejen Venedig-Trieste, som Innowattech underskrev.
Der er en version om dette: dette er en virksomhed af opstart, dvs. investering med høj risiko. Efter at have modtaget mere end beskedne foreløbige resultater fra forskerne, besluttede dets grundlæggere at retfærdiggøre de investerede penge og investerede i et fremragende marketingbevægelse - de gennemførte en effektiv test med deltagelse af pressen. Og hele verden begyndte at tale om et lille firma. Og i denne støj gik det største spørgsmål tabt: hvor er megawatt med billig energi?
Sammenfattende kan der kun drages en konklusion: piezoelektriske elementer bliver aldrig alternative strømkilder i industriel skala. Omfanget af deres applikationer vil være begrænset til energikilder med lav effekt (mikropower) og sensorer. Hvilken skam, sådan en smuk idé!
Se også på elektrohomepro.com
: