Piezogenerators เป็นแหล่งพลังงานใหม่ แฟนตาซีหรือความจริง?

ฟิล์มเพียโซอิเล็กทริกแบบบางบนแผงหน้าต่างที่ดูดซับเสียงรบกวนจากถนนและแปลงให้เป็นพลังงานเพื่อชาร์จโทรศัพท์ คนเดินเท้าบนทางเท้าบันไดเลื่อนเมโทรที่ชาร์จแบตเตอรี่ไฟอัตโนมัติผ่านทรานสดิโอเซอร์แบบ piezo กระแสรถยนต์หนาแน่นบนถนนที่พลุกพล่านสร้างกระแสไฟฟ้าเมกะวัตต์ซึ่งเพียงพอสำหรับทั้งเมืองและเมือง

นิยายวิทยาศาสตร์ น่าเสียดายสำหรับตอนนี้ใช่และสิ่งนี้อาจยังคงอยู่ มีความเป็นไปได้สูงที่โฆษณาชวนเชื่อรอบ ๆ ข้อความที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับโอกาสที่ยอดเยี่ยมจะสิ้นสุดลงในไม่ช้า เครื่องกำเนิดพลังงาน piezoelectric. และเราจะใฝ่ฝันถึงความปลอดภัยพลังงานหมุนเวียนและความซื่อสัตย์พลังงานไฟฟ้าราคาถูกที่ได้รับจากการมีส่วนร่วมของปรากฏการณ์อื่น ๆ ท้ายที่สุดรายการผลกระทบทางกายภาพนั้นยาวอย่างน่าทึ่ง

ปรากฏการณ์ของ piezoelectricity ถูกค้นพบโดยพี่น้องแจ็คสันและปิแอร์คูรีในปี 1880 และนับตั้งแต่นั้นมาอย่างกว้างขวางในด้านวิศวกรรมวิทยุและเทคโนโลยีการวัด ประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าแรงที่นำไปใช้กับตัวอย่างของวัสดุ piezoelectric นำไปสู่การปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นบนขั้วไฟฟ้า ผลที่ได้คือย้อนกลับได้เช่น นอกจากนี้ยังพบปรากฏการณ์ตรงกันข้าม: การใช้แรงดันไฟฟ้ากับขั้วไฟฟ้าตัวอย่างจะถูกทำให้เสียรูป

ขึ้นอยู่กับทิศทางของการแปลงพลังงาน piezoelectrics แบ่งออกเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (แปลงตรง) และมอเตอร์ (ผกผัน). คำว่า "เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริก" ไม่ได้แสดงถึงประสิทธิภาพการแปลง แต่เป็นเพียงทิศทางของการแปลงพลังงาน

คือ ปรากฏการณ์แรกที่เกี่ยวข้องกับการผลิตกระแสไฟฟ้าภายใต้ความเครียดเชิงกลในปีที่ผ่านมาวิศวกรและนักประดิษฐ์ได้กลายเป็นที่สนใจ ราวกับว่าจากความอุดมสมบูรณ์ข้อความส่งกระแสข้อมูลเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการได้รับพลังงานไฟฟ้าการใช้ประโยชน์จากเสียงข้างถนนการเคลื่อนที่ของคลื่นและลมและการโหลดจากผู้คนและรถยนต์

ทุกวันนี้มีตัวอย่างของการใช้พลังงานอย่างเป็นที่รู้จักมากมาย ที่สถานีรถไฟใต้ดิน Marunuchi ในกรุงโตเกียวมีการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกในห้องจำหน่ายตั๋ว การสะสมของผู้โดยสารก็เพียงพอที่จะควบคุมการหมุน

ในลอนดอนในดิสโก้ชั้นยอดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกจะดูดตะเกียงที่กระตุ้นการเต้นและ ... การขายเครื่องดื่ม ไฟแช็คแบบ piezoelectric กลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว ตอนนี้ผู้สูบบุหรี่คนใดถือ "สถานีพลังงาน" ของตัวเองในกระเป๋าของเขา

เมื่อเร็ว ๆ นี้ประชาคมโลกได้ส่งข้อความเกี่ยวกับระบบการทดสอบเพื่อผลิตพลังงานจากยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่ นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลจาก บริษัท เล็ก ๆ Innowattech คำนวณว่า Autobahn 1 กิโลเมตรสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูงสุด 5 MW พวกเขาไม่เพียง แต่ทำการคำนวณ แต่ยังค้นพบอีกหลายสิบเมตรของทางหลวงและติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ piezoelectric ดูเหมือนว่าในที่สุดความก้าวหน้าได้เกิดขึ้นในด้านพลังงานทดแทน แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดความสงสัยอย่างมาก

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ของกระบวนการที่เกิดขึ้นใน piezoelectric เพื่อทำความคุ้นเคยกับหลักการของการสร้างพลังงานโดยวัสดุ piezoelectric ความเข้าใจในกลไกพื้นฐานหลายอย่างก็เพียงพอแล้ว เมื่อองค์ประกอบ piezoelectric ถูกดำเนินการโดยกลไกอะตอมจะถูกแทนที่ในตาข่ายคริสตัลแบบอสมมาตรของวัสดุ การกำจัดนี้นำไปสู่การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าซึ่งก่อให้เกิดประจุ (เจือจาง) บนขั้วไฟฟ้าขององค์ประกอบ piezoelectric

ซึ่งแตกต่างจากตัวเก็บประจุทั่วไปแผ่นที่สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายเป็นเวลานาน ค่าที่เหนี่ยวนำขององค์ประกอบ piezoelectric จะถูกเก็บรักษาไว้ตราบเท่าที่ภาระทางกลกระทำ ขณะนี้เป็นเวลาที่พลังงานสามารถรับได้จากองค์ประกอบ หลังจากนำโหลดออกประจุที่เหนี่ยวนำจะหายไป ในความเป็นจริง องค์ประกอบ piezoelectric เป็นแหล่งกระแสที่ไม่มีนัยสำคัญที่มีความต้านทานภายในสูงมาก

เนื่องจากผู้เชี่ยวชาญของ Innowattech ไม่คิดว่าจำเป็นต้องเปิดเผยผลการทดลองกับบุคคลทั่วไปเราจะพยายามประมาณค่าเชิงตัวเลขอย่างคร่าวๆถึงประสิทธิภาพของการทำงานของ piezoelectrics ดังนี้ แหล่งพลังงาน. ในฐานะที่เป็นวัตถุสำหรับการคำนวณเราได้นำครัวเรือนที่มีน้ำหนักเบาเป็น Piezo ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เดียวที่ตอนนี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย

จากคุณสมบัติทางเทคนิคมากมายของวัสดุ piezoelectric เราต้องการเพียงไม่กี่ นี่คือค่าของโมดูล piezoelectric ซึ่งสำหรับสามัญ (และคนอื่น ๆ ยังไม่ได้ปล่อยอุตสาหกรรม) piezoelectrics ช่วงจาก 200 ถึง 500 picocoulons (10 ถึงลบ 12 องศา) ต่อนิวตันและลักษณะของการสร้างประจุภายใต้อิทธิพลของแรง

คุณลักษณะนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดขององค์ประกอบ piezoelectric แต่ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุ ดังนั้นการพยายามแปลงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการเพิ่มมิติทางเรขาคณิตนั้นไม่มีจุดหมาย ความจุของแผ่น piezoelectric ที่เบากว่านั้นเป็นที่รู้จักและมีขนาดประมาณ 40 picofarads

ระบบคานสำหรับส่งแรงไปยังองค์ประกอบ piezoelectric สร้างภาระประมาณ 1,000 นิวตัน ช่องว่างที่ประกายไฟพุ่งคือ 5 มม. ความเป็นฉนวนของอากาศถูกถ่าย 1 kV / mm ด้วยข้อมูลเบื้องต้นดังกล่าว ไฟแช็กจะสร้างประกายไฟตั้งแต่ 0.9 ถึง 2.2 เมกกะวัตต์!

แต่ไม่ต้องกลัว ระยะเวลาในการคายประจุเพียง 0.08 นาโนวินาทีดังนั้นค่าพลังงานที่สูงเช่นนี้ การคำนวณพลังงานทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการที่เบากว่านั้นมีค่าเพียง 600 microjoules ในกรณีนี้ประสิทธิภาพของไฟแช็กโดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าแรงทางกลผ่านระบบคันโยกถูกส่งไปยัง piezoelectric อย่างสมบูรณ์เพียง 0.12%

แผนการกู้คืนพลังงานที่เสนอในโครงการต่าง ๆ อยู่ใกล้กับโหมดการทำงานของไฟแช็ค แต่ละองค์ประกอบ piezoelectric สร้างแรงดันสูงที่ฝ่าช่องว่างการปล่อยและกระแสปัจจุบันไปยังวงจรเรียงกระแสและจากนั้นไปยังอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลเช่นไอออน การแปลงพลังงานต่อไปเป็นมาตรฐานและไม่น่าสนใจ

มาเปลี่ยนจากไฟแช็คไปเป็นงานสร้างพลังงานในระดับอุตสาหกรรม ปล่อยให้องค์ประกอบที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่สร้าง 10 มิลลิวัตต์ต่อองค์ประกอบที่จะใช้ รวบรวมไว้ในกลุ่ม (กลุ่ม) ขององค์ประกอบ 100-200 พวกเขาจะอยู่ภายใต้ roadbed จากนั้นหากต้องการได้รับค่าพลังงานที่ประกาศไว้ของคำสั่งของถนนที่ 1 MW ต่อกิโลเมตรต้องใช้ ... 100 ล้านชิ้นส่วนแต่ละชิ้นที่มีแผนการกำจัดพลังงานแยกต่างหาก ยังมีหน้าที่ในการสรุปเปลี่ยนแปลงและส่งต่อไปยังผู้บริโภค ในเวลาเดียวกันกระแสขององค์ประกอบที่คำนึงถึงภาระการเปลี่ยนแปลงบนถนนจะอยู่ในช่วงของนาโนหรือแม้กระทั่ง picoamperes

ทำความคุ้นเคยกับโครงการที่คล้ายกันเพื่อรับพลังงานจากผล piezoelectric หนึ่งสามารถขอคล้ายคลึงกับสถานีพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำซึ่งกังหันทำงานจากความชื้นของน้ำค้างยามเช้าที่เก็บรวบรวมอย่างระมัดระวังจากทุ่งนาโดยรอบ

แต่สิ่งที่เกี่ยวกับการทดลองของ บริษัท อิสราเอล? รายงานเกี่ยวกับผลลัพธ์ของ "การทำลาย" บนทางหลวงไม่ปรากฏขึ้น แต่ก่อนหน้าการดำเนินการตามสัญญาพลังงานจากมอเตอร์เวย์เวนิส - ทรีเอสต์ซึ่ง Innowattech ได้ลงนามแล้ว

มีหนึ่งรุ่นเกี่ยวกับสิ่งนี้: เป็น บริษัท ประเภทเริ่มต้นคือ เงินลงทุนที่มีความเสี่ยงสูง หลังจากได้รับผลการวิจัยเบื้องต้นมากกว่าเล็กน้อยผู้ก่อตั้งจึงตัดสินใจปรับเงินที่ลงทุนและลงทุนในการทำการตลาดที่ยอดเยี่ยม - พวกเขาทำการทดสอบที่มีประสิทธิภาพด้วยการมีส่วนร่วมของสื่อมวลชน และทั่วโลกเริ่มพูดถึง บริษัท เล็ก ๆ แห่งหนึ่ง และด้วยเสียงนี้คำถามหลักก็หายไป: เมกะวัตต์ของพลังงานราคาถูกอยู่ที่ไหน?

สรุปได้เพียงข้อสรุปเดียวเท่านั้น: องค์ประกอบ piezoelectric จะไม่กลายเป็น แหล่งพลังงานทางเลือก ในระดับอุตสาหกรรม ขอบเขตของการใช้งานของพวกเขาจะถูก จำกัด แหล่งพลังงานและเซ็นเซอร์พลังงานต่ำ (micropower) ช่างน่าเสียดายจริง ๆ เป็นความคิดที่สวยงาม!