categorieën: Aanbevolen artikelen » Interessant elektrisch nieuws
Aantal keer bekeken: 73139
Reacties op het artikel: 18
Piezogenerators zijn nieuwe bronnen van elektriciteit. Fantasie of realiteit?
Een dunne piëzo-elektrische film op een ruit die straatgeluid absorbeert en omzet in energie om de telefoon op te laden. Voetgangers op trottoirs, metro-roltrappen die autonome verlichtingsbatterijen opladen via piëzo-transducers. Dichte stromen van auto's op drukke wegen, die megawatt elektriciteit produceren, wat genoeg is voor hele steden en dorpen.
Science fiction? Helaas voor nu, ja, en dit kan blijven. Er is een grote kans dat de hype rond sensationele berichten over prachtige vooruitzichten binnenkort zal eindigen piëzo-elektrische generatoren. En we zullen opnieuw dromen van veilige, hernieuwbare en, om eerlijk te zijn, goedkope elektrische energie ontvangen met de betrokkenheid van andere fenomenen. De lijst met fysieke effecten is tenslotte opmerkelijk lang.
Het fenomeen van piëzo-elektriciteit werd ontdekt door de broers Jackson en Pierre Curie in 1880 en is sindsdien wijdverspreid in radiotechniek en meettechnologie. Het bestaat uit het feit dat de kracht die wordt uitgeoefend op het monster van een piëzo-elektrisch materiaal leidt tot het verschijnen van een potentiaalverschil op de elektroden. Het effect is omkeerbaar, d.w.z. het tegenovergestelde fenomeen wordt ook waargenomen: het aanleggen van spanning op de elektroden, het monster wordt vervormd.
Afhankelijk van de richting van energieconversie piëzo-elektrische gegevens zijn onderverdeeld in generatoren (directe conversie) en motoren (omgekeerd). De term "piëzo-elektrische generatoren" kenmerkt niet de conversie-efficiëntie, maar alleen de richting van energieconversie.
namelijk het eerste fenomeen dat verband houdt met de opwekking van elektriciteit onder mechanische stress, zijn de afgelopen jaren ingenieurs en uitvinders geïnteresseerd geraakt. Als uit een hoorn des overvloeds stroomden berichten over de mogelijkheden om elektrische energie te verkrijgen, gebruik te maken van straatlawaai, de beweging van golven en wind, en de belastingen van de beweging van mensen en auto's.
Tegenwoordig zijn verschillende voorbeelden van het praktische gebruik van dergelijke energie bekend. Bij het metrostation Marunuchi in Tokio worden piëzo-elektrische generatoren in de kaartjesruimte geïnstalleerd. De opeenstapeling van passagiers is voldoende om de tourniquets te besturen.
In Londen voeden piëzo-elektrische generatoren in een elite-disco verschillende lampen die dansen en ... de verkoop van frisdranken stimuleren. Piëzo-aanstekers zijn gemeengoed geworden. Nu heeft elke roker zijn eigen "krachtstation" in zijn zak.
Relatief recent is door het wereldpubliek een bericht opgeblazen over het testen van systemen voor het genereren van energie uit bewegende voertuigen. Israëlische wetenschappers van een klein bedrijf Innowattech berekende dat 1 kilometer van de autobahn kan tot 5 MW elektrisch vermogen genereren. Ze voerden niet alleen de berekeningen uit, maar ontdekten ook enkele tientallen meters van de snelweg en monteerden hun piëzo-elektrische generatoren eronder. Het leek erop dat eindelijk een doorbraak was gekomen op het gebied van alternatieve energie. Maar dit roept ernstige twijfels op.
Laten we de fysica van de processen die zich voordoen in piëzo-elektrisch meer in detail bekijken. Om kennis te maken met de principes van energieopwekking door piëzo-elektrische materialen, is een goed begrip van verschillende basismechanismen voldoende. Tijdens mechanische actie op het piëzo-elektrische element worden atomen verplaatst in het asymmetrische kristalrooster van het materiaal. Deze verplaatsing leidt tot het verschijnen van een elektrisch veld dat ladingen op de elektroden van het piëzo-elektrische element induceert (induceert).
In tegenstelling tot een conventionele condensator, waarvan de platen lange tijd kosten kunnen besparen, de geïnduceerde ladingen van het piëzo-elektrische element worden alleen behouden zolang de mechanische belasting werkt. Het is op dit moment dat energie uit het element kan worden verkregen. Na verwijdering van de lading verdwijnen de geïnduceerde ladingen. In feite, het piëzo-elektrische element is een onbeduidende stroombron met een zeer hoge interne weerstand.
Omdat de specialisten van Innowattech het niet nodig vonden om de resultaten van hun experiment met het grote publiek te delen, zullen we proberen ruwe numerieke schattingen te maken van de effectiviteit van het werk van piëzo-elektronica als energiebron. Als een object voor berekeningen nemen we een gewone piëzo-aansteker voor huishoudelijk gebruik - het enige product dat nu veel wordt gebruikt.
Van de overvloed aan technische kenmerken van piëzo-elektrische materialen hebben we er maar een paar nodig. Dit is de waarde van de piëzo-elektrische module, die voor gewone (en anderen nog geen andere produceren) piëzo-elektrische waarden varieert van 200 tot 500 picocoulons (10 tot min 12 graden) per newton, en kenmerkt de efficiëntie van ladingopwekking onder invloed van kracht.
Deze eigenschap hangt niet af van de grootte van het piëzo-elektrische element, maar wordt volledig bepaald door de eigenschappen van het materiaal. Daarom is het zinloos om krachtigere converters te maken door de geometrische afmetingen te vergroten. De capaciteit van de lichtere piëzo-elektrische platen is bekend en bedraagt ongeveer 40 picofarads.
Het hefboomsysteem voor het overbrengen van kracht op het piëzo-elektrische element creëert een belasting van ongeveer 1000 Newton. De opening waarin de vonk springt is 5 mm. De diëlektrische sterkte van de lucht is 1 kV / mm. Met dergelijke initiële gegevens een aansteker genereert vonken variërend in vermogen van 0,9 tot 2,2 megawatt!
Maar wees niet bang. De ontladingsduur is slechts 0,08 nanoseconden, vandaar zulke enorme vermogenswaarden. Berekening van de totale energie gegenereerd door de aansteker geeft een waarde van slechts 600 microjoule. In dit geval is de efficiëntie van de aansteker, rekening houdend met het feit dat de mechanische kracht door het hefboomsysteem volledig op het piëzo-elektrisch wordt overgedragen, slechts ... 0,12%.
De energieterugwinningsschema's die in verschillende projecten worden voorgesteld, liggen dicht bij de bedrijfsmodi van aanstekers. Individuele piëzo-elektrische elementen genereren een hoge spanning die door de ontladingsspleet breekt en de stroom vloeit naar de gelijkrichter en vervolgens naar het opslagapparaat, bijvoorbeeld een ionistor. Verdere energieomzetting is standaard en van geen belang.
Laten we overgaan van aanstekers naar de taak om energie op industriële schaal te genereren. Laat de meest efficiënte elementen die 10 milliwatt per element genereren worden gebruikt. Ze zijn verzameld in clusters (groepen) van 100-200 elementen en worden onder de wegbedding geplaatst. Om dan de aangegeven vermogenswaarde in de orde van 1 MW per kilometer van de weg te verkrijgen, zijn slechts ... 100 miljoen afzonderlijke elementen met individuele energieverwijderingsschema's vereist. Het blijft de taak om het samen te vatten, te transformeren en aan de consument door te geven. Tegelijkertijd liggen de stromen van de elementen, rekening houdend met de veranderende belasting op de rijbaan, in het bereik van nano- of zelfs picoamperes.
Door vergelijkbare projecten te verwerven om energie te verkrijgen uit het piëzo-elektrische effect, kan men onwillekeurig de analogie smeken met een waterkrachtcentrale, waarin de turbines werken vanuit het vocht van ochtenddauw, zorgvuldig verzameld uit de omliggende velden.
Maar hoe zit het met het experiment van het Israëlische bedrijf? Het rapport over de resultaten van “sloop” op de snelweg is niet verschenen. Maar vooruitlopend op de uitvoering van het energiecontract van de snelweg Venetië-Triëst, dat Innowattech heeft ondertekend.
Er is hier één versie over: het is een startup-type bedrijf, d.w.z. hoog risicodragend investeringskapitaal. Na de meer dan bescheiden voorlopige resultaten van de onderzoekers te hebben ontvangen, besloten de oprichters het geïnvesteerde geld te rechtvaardigen en investeerden ze in een uitstekende marketingbeweging - ze voerden een effectieve test uit met deelname van de pers. En de hele wereld begon over een klein bedrijf te praten. En in dit lawaai ging de hoofdvraag verloren: waar zijn de megawatt goedkope energie?
Samenvattend kan slechts één conclusie worden getrokken: piëzo-elektrische elementen zullen nooit worden alternatieve bronnen van elektriciteit op industriële schaal. De reikwijdte van hun toepassingen is beperkt tot energiebronnen met laag vermogen (micropower) en sensoren. Wat jammer, zo'n mooi idee!
Zie ook op electro-nl.tomathouse.com
: