А. А. Панич. Возобновляемые источники электрической энергии

Возобновляемые источники
электрической энергии на основе
твердотельного пьезокерамического
преобразователя
Панич А.А.
НКТБ «Пьезоприбор»
Огромное количество физических процессов, протекающих на планете Земля,
непрерывно связаны с постоянным превращением различных видов энергии.
Основной фактор, сдерживающий
использование перечисленных
возобновляемых источников энергии,
- это отсутствие эффективного
инструмента – преобразователя
природной энергии в пригодный для
использования вид энергии,
например, в электрическую энергию.
В настоящем докладе показана принципиальная возможность создания
механоэлектрического преобразователя, который может решить
поставленную задачу.
Необходимый механоэлектрический преобразователь выполняется на базе
твердотельной пьезоэлектрической батареи, которая подвергается воздействию
переменных механических напряжений T, обусловленных воздействием на
преобразователь различных факторов (перепад давлений в приливах-отливах, при
волнении, при изменении давления в опорах и т.д.).
Известно, что напряжение, возникающее под действием давления T (Н/м2)
определяется выражением:
g 33hT
U
n
h – толщина пьезоэлемента (м);
n – количество слоев;
g33 – пьезоэлектрический модуль по напряжению( В  м / Н ).
Плотность возникающего заряда от деформации при
давлении T будет иметь вид:
Q
 d 33Th
S
Q – заряд (Кл);
S – площадь поверхности (м2);
d33 – пьезомодуль (Кл/Н).
Значение запасенной энергии определяется выражением:
V 0 2
W0  S 33T
2
0
S 33
-упругая податливость (м2/Н);
V – объем (м3)
Эти уравнения показывают, что КПД преобразования напряжения,
заряда, энергии определяются свойствами пьезокерамического
материала (K33, d33, g33, ) и конструктивными параметрами (h, S, V).
Основные параметры пьезокерамических материалов используемых для
изготовления многослойных пьезоэлементов.
№
п/п
Тип
материала
Фирма
Страна
изготов-

0
T
33
Основные параметры пьезоматериала
0
d
g33
33
S33
K33
ления
10-12
10-3
10-12
Кл/Н
В м/Н
м2 /Н
Расчетные значения

 Кг 
 3
м 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
ЦТС46
ОАО
2400
0,69
500
22
9
7,6
3200
0,74
580
19,5
9,4
7,5
2
APC855
Wэл
V Дж / м 3


Q
S
U В
 
h  м
(К/м2)
10
2,2  10 5
11
5  10 2
12
22  10 5
«Элпа»
Россия
APC
США
2,6  10 5
5,8  10 2
19,5  10 5
Простейшая электрическая схема включения пьезогенератора в
устройстве твердотельной батареи приведена на рисунке:
Диод VD1 в этой схеме предотвращает отток заряда обратно к пьезогенератору
(ПГ) когда давление снижается. Диод VD2 обеспечивает разряд обратного
высокого напряжения, которое возникает на пьезогенераторе, когда давление
спадает до нуля после перекачки сгенерированной энергии на конденсатор Сн,
который обеспечивает снижение напряжения на пьезогенераторе до требуемой
величины и является накопителем заряда твердотельной батареи.
Тонкая многослойная структура из пьезоэлектрического полимера с тонкими
электродами, нанесенными на каждую сторону полимерного слоя.
Использование энергии в опорах
Шаг на пути создания носимых (как предмет
одежды) компьютерам – ударные
актюаторы (торговая марка THUNDER® )
прикреплены к кроссовкам и способны
генерировать 100 mW пиковой и 10 mW
среднеквадратичной мощности.
Беспроводная связь:
• Накопление заряда в течение нескольких шагов
ходьбы
• После полной зарядки конденсатора он разряжается
через: регулятор, 12-битовое кодирующее устройство,
310МГц передатчик амплитудной модуляции
• Передача 12-битовой цифровой помехозащищенной
информации от корреспондента ближайшему
приемному устройству контроля осуществляется
каждые 3-5 шагов.
Энергетические потребности IT-компаний растут. Уже сейчас дата-центры
потребляют более 1% мирового электричества, и эта доля стремительно
увеличивается. Нужно что-то делать. Недавно Google стал крупнейшим
инвестором в новые источники энергии, а сейчас стало известно о новом
изобретении: это так называемые дата-баржи с серверами на борту, которые
получают питание от энергии волн.
Такие корабли становятся на якорь на расстоянии до 11 км от берега, где
разбрасывают по волнам стандартные поплавковые электрогенераторы.
Спасибо за внимание
Панич А.А.
НКТБ «Пьезоприбор»