kategória: Najlepšie články » Zaujímavé elektrické správy
Počet zobrazení: 73139
Komentáre k článku: 18
Piezogenerátory sú nové zdroje elektrickej energie. Fantázia alebo realita?
Tenký piezoelektrický film na okennej tabuli, ktorý absorbuje hluk z ulice a premieňa ho na energiu, aby dobil telefón. Chodci na chodníkoch, eskalátory metra, ktoré nabíjajú autonómne osvetľovacie batérie prostredníctvom piezoelektrických meničov. Husté toky automobilov na frekventovaných cestách, ktoré produkujú megawatty elektriny, čo postačuje pre celé mestá.
Sci-fi? Bohužiaľ, zatiaľ, áno, a to môže zostať. Je vysoká pravdepodobnosť, že humbuk okolo senzačných správ o úžasných vyhliadkach sa čoskoro skončí generátory piezoelektrickej energie, A opäť budeme snívať o bezpečnej, obnoviteľnej a, úprimne povedané, lacnej elektrickej energii prijatej so zapojením ďalších javov. Napokon zoznam fyzických účinkov je pozoruhodne dlhý.
Fenomén piezoelektriky bol objavený bratmi Jacksonom a Pierrom Curiem v roku 1880 a odvtedy sa rozšíril v oblasti rádiotechniky a meracej techniky. Spočíva v skutočnosti, že sila pôsobiaca na vzorku piezoelektrického materiálu vedie k vzniku potenciálneho rozdielu na elektródach. Účinok je reverzibilný, t.j. pozoruje sa aj opačný jav: pri použití napätia na elektródach je vzorka zdeformovaná.
Podľa smeru premeny energie piezoelektrika sa delia na generátory (priama konverzia) a motory (inverzné), Pojem „piezoelektrické generátory“ ne charakterizuje účinnosť premeny, ale iba smer premeny energie.
a to prvý jav spojený s výrobou elektriny pod mechanickým namáhaním, v posledných rokoch sa inžinieri a vynálezcovia začali zaujímať. Od hojnosti sa objavili správy o možnosti získania elektrickej energie, využívania hluku z ulíc, pohybu vĺn a vetra a zaťaženia spôsobeného pohybom ľudí a automobilov.
V súčasnosti je známych niekoľko príkladov praktického využitia takejto energie. Na stanici metra Marunuchi v Tokiu sú v predajni lístkov inštalované piezoelektrické generátory. Hromadenie cestujúcich stačí na ovládanie turniketov.
V Londýne, v elitnej diskotéke, piezoelektrické generátory napájajú niekoľko lámp, ktoré stimulujú tanec a ... predaj nealkoholických nápojov. Piezoelektrické zapaľovače sa stali samozrejmosťou. Teraz každý fajčiar má vo vrecku vlastnú „elektráreň“.
Relatívne nedávno svetová komunita vyhodila správu o testovacích systémoch na výrobu energie z pohybujúcich sa vozidiel. Izraelskí vedci z malej firmy Innowattech vypočítal to 1 kilometer diaľnice môže vyrábať elektrickú energiu až do 5 MW. Vykonali nielen výpočty, ale tiež odkryli niekoľko desiatok metrov diaľnice a namontovali pod ňu svoje piezoelektrické generátory. Zdalo sa, že konečne došlo k prelomu v oblasti alternatívnej energie. To však vyvoláva vážne pochybnosti.
Pozrime sa podrobnejšie na fyziku procesov, ktoré sa vyskytujú v piezoelektrike. Na zoznámenie sa s princípmi výroby energie piezoelektrickými materiálmi postačuje pochopenie niekoľkých základných mechanizmov. Počas mechanického pôsobenia na piezoelektrický prvok sa atómy v asymetrickej kryštalickej mriežke materiálu posúvajú. Toto posunutie vedie k vzniku elektrického poľa, ktoré indukuje (indukuje) náboje na elektródach piezoelektrického prvku.
Na rozdiel od konvenčných kondenzátorov, ktorých dosky dokážu dlho ušetriť poplatky, indukované náboje piezoelektrického prvku sú zachované iba dovtedy, kým pôsobí mechanické zaťaženie. V tomto okamihu je možné energiu získať z prvku. Po odstránení záťaže indukované náboje zmiznú. V skutočnosti, piezoelektrický prvok je zanedbateľný zdroj prúdu s veľmi vysokým vnútorným odporom.
Keďže odborníci spoločnosti Innowattech nepovažovali za potrebné zdieľať výsledky svojho experimentu so širokou verejnosťou, pokúsime sa urobiť hrubé numerické odhady efektívnosti práce piezoelektriky ako zdroj energie, Ako objekt pre výpočty berieme obyčajný piezosvetľovač pre domácnosť - jediný produkt, ktorý sa dnes bežne používa.
Z množstva technických vlastností piezoelektrických materiálov potrebujeme iba niekoľko. Toto je hodnota piezoelektrického modulu, ktorý pre bežné (a iné zatiaľ nevyrábajú) sa piezoelektrika pohybuje v rozmedzí od 200 do 500 pikolónov (10 až mínus 12 stupňov) na newton a charakterizuje účinnosť generovania náboja pod vplyvom sily.
Táto vlastnosť nezávisí od veľkosti piezoelektrického prvku, ale je úplne určená vlastnosťami materiálu. Preto je zbytočné snažiť sa urobiť výkonnejšie prevodníky zväčšením geometrických rozmerov. Kapacita ľahších piezoelektrických doštičiek je známa a je asi 40 pikozadov.
Pákový systém na prenos sily na piezoelektrický prvok vytvára zaťaženie približne 1000 Newtonov. Medzera, v ktorej iskra skáče, je 5 mm. Dielektrická pevnosť vzduchu sa meria 1 kV / mm. S takýmito počiatočnými údajmi zapaľovač vytvára iskry v rozsahu od 0,9 do 2,2 megawattov!
Ale nebojte sa. Doba vybíjania je iba 0,08 nanosekundy, teda také obrovské hodnoty výkonu. Výpočet celkovej energie generovanej zapaľovačom dáva hodnotu iba 600 mikrojoulov. V tomto prípade je účinnosť zapaľovača, berúc do úvahy skutočnosť, že mechanická sila cez pákový systém je úplne prenášaná na piezoelektriku, iba ... 0,12%.
Schémy energetického zhodnocovania navrhované v rôznych projektoch sú blízko k prevádzkovým režimom zapaľovačov. Jednotlivé piezoelektrické prvky generujú vysoké napätie, ktoré prechádza výbojovou medzerou a prúd tečie do usmerňovača a potom do zásobníka, napríklad do ionistora. Ďalšia premena energie je štandardná a nie je predmetom záujmu.
Prejdime od zapaľovačov k úlohe výroby energie v priemyselnom meradle. Nechajte použiť najúčinnejšie prvky vytvárajúce 10 miliwattov na prvok. Zhromaždené v zoskupeniach (skupinách) so 100 až 200 prvkami sú umiestnené pod cestným podložím. Potom, aby sa získala deklarovaná hodnota výkonu rádovo 1 MW na kilometer cesty, bude potrebných iba ... 100 miliónov jednotlivých prvkov s jednotlivými schémami odberu energie. Zostáva úlohou ich sumarizovať, transformovať a preniesť na spotrebiteľa. Súčasne budú prúdy prvkov, berúc do úvahy meniace sa zaťaženie na vozovke, ležať v rozsahu nano- alebo dokonca picoamperov.
Získaním podobných projektov na získanie energie z piezoelektrického efektu je možné nedobrovoľne spomenúť analógiu s vodnou elektrárňou, v ktorej turbíny pracujú z vlhkosti rannej rosy, ktorá sa starostlivo zhromažďuje z okolitých polí.
Ale čo experiment s izraelskou spoločnosťou? Správa o výsledkoch „demolácie“ diaľnice sa neobjavila. Pred implementáciou zmluvy o energii z diaľnice Benátky - Terst, ktorú podpísala Innowattech.
Existuje o tom jedna verzia: ide o začínajúcu spoločnosť, t.j. vysoko rizikový investičný kapitál. Po získaní viac ako skromných predbežných výsledkov výskumných pracovníkov sa jej zakladatelia rozhodli zdôvodniť vynaložené prostriedky a investície do vynikajúceho marketingového kroku - vykonali účinný test za účasti tlače. A celý svet začal hovoriť o malej spoločnosti. A v tomto hluku sa stratila hlavná otázka: Kde sú megawatty lacnej energie?
V súhrne je možné vyvodiť iba jeden záver: piezoelektrické prvky sa nikdy nestanú alternatívne zdroje elektrickej energie v priemyselnom meradle. Rozsah ich aplikácií bude obmedzený na zdroje energie a senzory s nízkou spotrebou energie (mikropower). Aká škoda, taký krásny nápad!
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: