A piezogenerátorok új villamosenergia-források. Fantasy vagy valóság?

Vékony piezoelektromos film az ablaküvegen, amely elnyeli az utcai zajt, és energiává alakítja azt a telefon töltéséhez. Gyalogosok a járdán, metro mozgólépcsők, amelyek piezo átalakítókon keresztül önálló világító elemeket töltenek. Sűrű autóáramok forgalmas utakon, megawatt villamos energiát termelve, amely elég az egész város számára.

Sci-fi? Sajnos egyelőre igen, és ez megmaradhat. Nagyon valószínű, hogy a csodálatos kilátásokkal kapcsolatos szenzációs üzenetek körüli hype hamarosan véget ér piezoelektromos energiagenerátorok. És ismét egy biztonságos, megújuló és őszintén szólva olcsó villamos energiáról álmodunk, amelyet más jelenségek bevonásával kapunk. Végül is a fizikai hatások felsorolása figyelemre méltóan hosszú.

A piezoelektromos jelenség Jackson és Pierre Curie testvérek fedezték fel 1880-ban, és azóta széles körben elterjedt a rádiómérnöki és mérési technológiában. Ez abban áll, hogy a piezoelektromos anyag mintájára kifejtett erő a potenciális különbségek megjelenéséhez vezet az elektródokon. A hatás visszafordítható, azaz az ellenkező jelenség is megfigyelhető: az elektródákra feszültség alkalmazásával a minta deformálódik.

Az energiakonverzió irányától függően a piezoelektromos generátorokat (közvetlen átalakítás) és a motorokat (inverz) osztják fel. A „piezoelektromos generátorok” kifejezés nem az átalakítás hatékonyságát, hanem csupán az energiaátalakítás irányát jellemzi.

azaz az első jelenség, amely elektromos áram előállításához kapcsolódik mechanikus igénybevétel alatt, az utóbbi években a mérnökök és a feltalálók érdeklődtek. A bőségszaru óta beszámoltak arról, hogy villamos energiát lehet nyerni, felhasználva az utcai zajt, a hullámok és a szél mozgását, valamint az emberek és autók mozgásának terheit.

Manapság számos példa ismert az ilyen energia gyakorlati felhasználására. A Tokiói Marunuchi metróállomáson piezoelektromos generátorok vannak felszerelve a jegyteremben. Az utasok felhalmozódása elegendő a turnik irányításához.

Londonban egy elit diszkóban a piezoelektromos generátorok számos lámpát táplálnak, amelyek ösztönzik a táncot és az üdítőitalok értékesítését. A piezoelektromos öngyújtók általánossá váltak. Most minden dohányzó a saját "erőműjét" hordja a zsebében.

Viszonylag nemrégiben a világközönség üzenetet robbant fel a mozgó járművekből energia előállítására szolgáló tesztelő rendszerekről. Izraeli tudósok egy kis cégtől Innowattech kiszámította ezt Az autópálya 1 kilométere akár 5 MW-os villamos energiát képes generálni. Nemcsak elvégezték a számításokat, de felfedték az autópálya több tíz méterét, és beépítették alatta piezoelektromos generátoraikat. Úgy tűnt, hogy végre áttörés történt az alternatív energia területén. De ez komoly kétségeket vet fel.

Vizsgáljuk meg részletesebben a piezoelektromos folyamatok fizikáját. A piezoelektromos anyagok energiatermelésének alapelveinek megismeréséhez elegendő több alapvető mechanizmus megértése. A piezoelektromos elemre gyakorolt ​​mechanikus hatás során az atomok elmozdulnak az anyag aszimmetrikus kristályrácsában. Ez az elmozdulás olyan elektromos mező megjelenéséhez vezet, amely töltéseket indukál (indukál) a piezoelektromos elem elektródáin.

A hagyományos kondenzátorral ellentétben, amelynek a lemezei hosszú ideig megtakaríthatják a töltéseket, a piezoelektromos elem indukált töltései csak addig maradnak meg, amíg a mechanikai terhelés hat. Ebben az időben lehet az energiát megszerezni az elemből. A rakomány eltávolítása után az indukált töltések eltűnnek. Tény, hogy a piezoelektromos elem jelentéktelen áramforrás, nagyon magas belső ellenállású.

Mivel az Innowattech szakemberei nem tartották szükségesnek a kísérlet eredményeinek megosztását a nagyközönséggel, megpróbáljuk durván numerikus becsléseket készíteni a piezoelektrikus munka hatékonyságáról, mivel energiaforrás. A számítás tárgyaként egy közönséges háztartási piezo-öngyújtót veszünk - ez az egyetlen olyan termék, amelyet manapság széles körben használnak.

A piezoelektromos anyagok műszaki jellemzőinek rengetegéből csak kevésre van szükségünk. Ez a piezoelektromos modul értéke, amely a közönséges (és mások még nem termelnek mást) piezoelektromos tulajdonságok között 200–500 pikokulont (10–12 fok) / newton, és jellemzi a töltésképződés hatékonyságát erő hatására.

Ez a tulajdonság nem függ a piezoelektromos elem méretétől, hanem az anyag tulajdonságai teljesen meghatározzák. Ezért értelmetlen megpróbálni erősebb átalakítókat tenni a geometriai méretek növelésével. A könnyebb piezoelektromos lemezek kapacitása ismert és körülbelül 40 picofarad.

A piezoelektromos elemre továbbító karrendszer megközelítőleg 1000 newton terhelést hoz létre. A rés, amelyben a szikra ugrik, 5 mm. A levegő dielektromos szilárdságát 1 kV / mm-nek vesszük. Ilyen kezdeti adatokkal egy öngyújtó szikrákat generál, amelyek teljesítménye 0,9 - 2,2 megawatt!

De ne félj! A kisülési idő csak 0,08 nanosekund, tehát ilyen hatalmas teljesítményértékek. Az öngyújtó által generált teljes energia kiszámítása mindössze 600 mikrojoule értékű. Ebben az esetben az öngyújtó hatékonysága, figyelembe véve azt a tényt, hogy a karrendszeren keresztüli mechanikai erő teljes mértékben továbbadódik a piezoelektromoshoz, csak ... 0,12%.

A különféle projektekben javasolt energia visszanyerési rendszerek közel állnak az öngyújtók üzemmódjaihoz. Az egyes piezoelektromos elemek nagyfeszültséget generálnak, amely áttöri a kisülési rést, és az áram az egyenirányítóba, majd a tároló eszközbe, például egy ionisztorba áramlik. A további energiaátalakítás szokásos és nem érdekes.

Keressük az öngyújtóktól az energia ipari termelésének feladatát. Használjon a leghatékonyabb elemekenként 10 milliwattot. 100-200 elemből álló csoportokba (csoportokba) gyűjtve őket az útágy alá. Ezután az útkilométerenként 1 MW nagyságrendű bejelentett teljesítményérték eléréséhez csupán ... 100 millió egyedi elemre lesz szükség egyedi energia-eltávolítási rendszerekkel. Továbbra is a feladat, hogy összefoglaljuk, átalakítsuk és továbbítsuk a fogyasztónak. Ugyanakkor az elemek áramerőssége, figyelembe véve az útszakasz változó terhelését, nano vagy akár pikoamper tartományban van.

Hasonló projektek megszerzése révén, hogy energiát szerezzen a piezoelektromos hatásból, akaratlanul feltehetjük az analógiát egy vízerőművel, amelyben a turbinák a reggeli harmat nedvességétől működnek, gondosan összegyűjtve a környező mezőktől.

De mi lenne az izraeli cég kísérletével? Nem jelent meg az autópályán a "roncsolás" eredményeiről szóló jelentés. De a Velence-Trieszt autópályáról szóló energiaügyi szerződés végrehajtása előtt, amelyet az Innowattech írt alá.

Ennek van egy változata: ez egy induló típusú vállalat, azaz magas kockázatú befektetési tőke. Miután megkapta a kutatók kevésbé előzetes eredményeit, az alapítók úgy döntöttek, hogy indokolják a befektetett és kiváló marketing lépésbe fektetett pénzt - eredményes tesztet végeztek a sajtó részvételével. Az egész világ elkezdett beszélni egy kis társaságról. És ebben a zajban elvesztette a fő kérdést: hol vannak az olcsó energia megawattjai?

Összefoglalva, csak egy következtetésre lehet következtetni: a piezoelektromos elemek soha nem válnak alternatív villamosenergia-források ipari méretekben. Alkalmazásaik kerete az alacsony energiaigényű (mikroenergia) forrásokra és érzékelőkre korlátozódik. Milyen kár, ilyen gyönyörű ötlet!