Menu

 

Piezoelektrik Malzeme Kullanarak Elektrik Üretimi

Son birkaç yılda düşük güçlü elektronik cihazlar hızla artmıştır. Cihazlar günlük hayatımızı rahatlatmak için çok sayıda kullanılmaktadır. Bu taşınabilir elektronik cihazların enerji tüketimindeki artışla birlikte, insan çevrelerinde alternatif yenilenebilir enerji toplama kavramı aramızda yeni bir ilgi ortaya çıkmaktadır. Bu projede piezoelektrik bir jeneratör geliştirmeye çalışıyorum. Titreşimden ve başka bir terimde mevcut olan baskıdan (yürüyen insanlar gibi) enerji üretebilir. Bu proje, enerji üretmek ve biriktirmek için titreşimden yürüyen insanlardan enerji toplamak için piezoelektrik malzemelerin kullanımını açıklar. Bu kavram, doğadan bulabileceğiniz bazı büyük titreşim kaynakları için de geçerlidir.

Şimdi bir günün enerjisi dünyadaki en önemli konulardan biri. Özellikle Bangladeş’te enerji krizi büyük bir sorundur. Yenilenebilir enerji kaynakları Bangladeş’te bu enerji krizi sorununu çözmek için harika bir medya olabilir. Bildiğimiz gibi doğal kaynaklar bir gün bitecek. Bu nedenle araştırmacılar, ikame edilmiş enerji kaynaklarını doğadan tanıtmaya çalışıyorlar. Bu yeşil olmalı ve çevreye zararlı olmamalıdır. Enerji hasadı, çevresindeki enerji kaynaklarından bir veya daha fazlasından çok az miktarda enerji alınması olarak tanımlanmaktadır. İnsanlar zaten enerji hasadı teknolojisini yel değirmeni, jeotermal ve güneş enerjisi şeklinde kullanmaya başlamışlardır. Enerji, yenilenebilir enerji olarak adlandırılan doğal kaynaklardan geldi. Yenilenebilir enerji toplama tesisleri kW veya MW seviyesinde güç üretir; Bu makro enerji hasat teknolojisi denir. Ayrıca, mikro enerji, mikro enerji hasadı denilen bu doğal kaynaklardan da üretilebilir. Mikro enerji hasadı teknolojisi, mekanik titreşim, mekanik gerilme ve gerilme, fırından ısınma enerjisi, ısıtıcılar ve sürtünme kaynakları, güneş ışığı veya oda ışığı, insan vücudu, mW veya ,W seviyesinde güç üretebilen kimyasal veya biyolojik kaynaklar üzerine kuruludur. Teknolojimiz mikro ve nanno üretim seviyelerine ilerlerken, mikro güç kaynağı ihtiyaçları zamanla büyük ölçüde artmaktadır. Bununla ilgili tartışmamız, piezoelektrik malzeme kullanarak titreşimden ve basınçtan mikro enerji üretmeye dayanıyor .

Piezoelektrik Sensör

Bu gün enerji alanındaki araştırmaların çoğu, gelecek için enerji kaynakları geliştirmektir. Geleceğe yönelik yenilenebilir enerji kaynakları bulma zamanı. Piezoelektrik malzemeler, çok özel ve ilginç özelliklere sahip çok sıradışı malzemeler olduğu ortaya çıktıkça gittikçe daha fazla çalışılmaktadır. Aslında, orada malzemeler mekanik enerjiden elektrik enerjisi üretme kabiliyetine sahiptir, örneğin titreşimler gibi mekanik davranışları elektriğe dönüştürebilirler. Bu tür cihazlar genel olarak enerji toplayıcı olarak adlandırılır ve dış gücün mevcut olmadığı ve bataryaların uygun bir seçenek olmadığı uygulamalarda kullanılabilir. Son deneyler, bu malzemelerin güç üreteci olarak kullanılabileceğini göstermiş olsa da, üretilen enerjinin miktarı hala çok düşüktür, bu yüzden onları optimize etme zorunluluğu vardır.

Piezoelektrik malzemeler, doğrudan ve konuşma etkisi olarak tanımlanan iki özelliğe sahiptir. Doğrudan etki bazı malzemelerin yüzeylerinde mekanik baskı uygulandığında yüzeylerinde elektriksel değişim oluşturma özelliği iken, bazı maddelerin ise elektrik yükü indüklendiğinde mekanik stres oluşturma özelliğidir [ 1 ].

Avantajları:

1. Çok yüksek frekans cevabı.

2. Kendi kendini üreten, böylece harici kaynağa gerek yok.

3. Küçük boyutlara ve geniş ölçüm aralığına sahip oldukları için kullanımı kolaydır.

4. Baryum titanat ve kuvars istenen herhangi bir şekilde ve biçimde yapılabilir. Aynı zamanda geniş bir dielektrik sabiti vardır. Kristal ekseni, oryantasyon yönünü yönlendirerek seçilebilir.

Dezavantajları

1. Statik durumda ölçüm için uygun değildir.

2. Cihaz küçük elektrik yükü ile çalıştığından, elektrik arayüzü için yüksek empedans kablosuna ihtiyaç duyarlar.

3. Çıktı, kristalin sıcaklık değişmesine göre değişebilir.

4. Bağıl nem% 85’in üzerine çıkar veya% 35’in altına düşer, çıktısı etkilenir. Eğer öyleyse, balmumu veya polimer malzeme ile kaplanması gerekir.

Tam Dalga Köprü Doğrultucu

Tam köprülü doğrultucu, genellikle bir piezoelektrik AC çıkışını DC gerilime dönüştürmek için doğrultucu devreleri olarak kullanılır. Doğrultucu devreler 4 diyottan oluşur. Gerilim nedeniyle gerilim ışığı yukarı yerleştirilen LED serisi sabit temini için ihtiyaca düzeltmek gerekiyor paralel [ 2 ].

Kurşun asidik akü

Tek tek ünite halinde ayrı ayrı veya ayrı ayrı bağlanmış veya yerleştirilmiş olarak, elektrik depolaması için bir dizi elektrokimyasal hücre aküsü. Bir elektrikli pil, depolanan kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılan bir veya daha fazla elektrokimyasal hücrenin bir birleşimidir. Akü dayanımı ve güç uygulamaları. Minyatür hücreler, işitme cihazları ve kol saatleri gibi cihazları çalıştırmak için kullanılır; daha büyük piller, telefon santralleri veya bilgisayar veri merkezleri için bekleme gücü sağlar.

Birincil pil

Birincil piller derhal montaj sırasında akım üretebilir. Tek kullanımlık pillerin bir kez kullanılması ve atılması amaçlanmıştır. Bunlar en çok, diğer elektrik enerjisinin yalnızca zaman zaman mevcut olduğu alarm ve iletişim devreleri gibi taşınabilir cihazlarda kullanılır. Tek kullanımlık primer hücreler güvenilir bir şekilde yeniden şarj edilemez, çünkü kimyasal reaksiyonlar kolayca geri dönüşümlü değildir ve aktif maddeler orijinal formlarına geri dönmeyebilir. Akü üreticileri, primer hücrelerin şarj edilmesini denemeyi önermektedir.

İkincil pil

İkincil piller kullanmadan önce şarj edilmelidir; genellikle boşaltma durumunda aktif malzemelerle birleştirilirler. Şarj edilebilir piller veya ikincil hücreler, kullanım sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyonları tersine çeviren elektrik akımı uygulanarak şarj edilebilir. Uygun akımı sağlayan cihazlara şarj cihazları veya şarj cihazları [ 3 , 4 ] denir .

Yükler

USB şarj dönüştürücüsü 12V dc’yi 5V dc’ye dönüştürür. IC-AD84064, kapasitör, diyot ve LED’den oluşur. Bu bileşenlerin tümü, Mobil, IPod, Tab, MP3 cihazları ve şarj cihazı ışığı gibi şarj cihazına voltaj dönüştürür. Tüm şarj edilebilir donanımlar şarj olur [ 5 ].

Bazı yaygın hatalar

Piezoelektrik malzeme, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürme özelliğine sahip olmasına rağmen, piezoelektrik jeneratörleri, zayıf kaynak özellikleri (yüksek voltaj, düşük akım, yüksek empedans) ve nispeten düşük güç çıkışı nedeniyle zordur [ 6 ]. Geçmişte bu zorluklar, piezoelektrik jeneratörlerin geliştirilmesini ve uygulanmasını sınırladı. Projemizin ana kısıtlılığı, daha az adımda pilimizi daha hızlı şarj etmek için akımdan veya güçten güç kaynağını yükseltememekti. Bir diğeri ise bölgemizde daha iyi bir piezoelektrik sensör bulamadım. Bu yüzden zilini yüzeyinde az miktarda piezo kristal materyali olan piezoelektrik sensör olarak kullanıyorum [ 7 , 8]. Ve bu sensörlerin kalınlığı çok daha azdır. Böylece bu sensörler insanların baskısına neden olabilir. Ancak nihayet mekanik yapı ile güç verdim ve mW aralığında maksimum verim elde ettim ( Şekil 1-7 ).

Malzeme-bilim-Footstep enerjili

Şekil 1: Ayak sesi enerji hasadı.

Malzeme-fen-iş-piezoelektrik

Şekil 2: Piezoelektrik sensörün çalışması.

Malzeme-bilim-proje-piezoelectricsensor

Şekil 3: Piezoelektrik sensörler projemizi tasarlayın.

Malzeme-bilim-Şarj-modeli

Şekil 4: Şarj modeli.

Malzeme-bilim-Bağlı-allloads

Şekil 5: Bağlı tüm yükler.

Malzeme-bilim-Bağlı LED

Şekil 6: Bir DC LED yükü bağlandı.

Malzeme-bilim-Bağlı termometre

Şekil 7: İnverterli bir AC 5W ampulü bağlayın.

Sonuç ve bulma

1 kare ft.de 12 adet piezo sensörü kullandım.

Piezo sensörlerinin güç üretme farklı adımlarla değiştiğinden,

Minimum voltaj = adım başına 1 V

Maksimum voltaj = adım başına 10,5 V

Tek kişiden ortalama 50 Kg ağırlık baskısı aldım.

50 Kg ağırlıklı tek bir kişinin adımlarına bakıldığında, ortalama hesaplama:

Aküdeki 1 V şarjı artırmak 800 adım atar.

Bu nedenle, bataryada 12 V’u artırmak için gerekli toplam adımlar

= (12 × 800)

= 9600 adım

Projemizi kaynak olarak ayak basamağının müsait olduğu bir alanda uygulayacağım için, 1 saniyede ortalama 2 basamak atmıştım.

9600 adım için gerekli zaman

= 9600 / (60 × 2)

= 80 dakika. (Yaklaşık olarak)

Sonuç

Proje, başarılı bir şekilde test edildi ve bu, sıradan insanlara en iyi ekonomik, ekonomik enerji çözümü. Bu, daha fazla güç isteyen şehir alanlarında birçok uygulama için kullanılabilir. Bangladeş, enerji yönetiminin dev nüfus için büyük bir zorluk teşkil ettiği gelişmekte olan bir ülkedir. Bu projeyi kullanarak. Piezo elektrik sensörüne uyguladığım kuvvete göre DC yükleri çalıştırabilirim. Her ne kadar bu raporda geliştirilen teori, anahtarlama tekniklerinin bu enerjiyi kullanılabilir bir forma verimli bir şekilde dönüştürmede kullanımını haklı çıkarsa da, sunulan sistemler için bazı pratik sınırlamalar olduğu açıktır. Son prototip tasarımı, piezoelektrik diskten elektrik üretme hedefini yerine getiriyor. Piezoelektrik sistemin düşük maliyetli tasarımı nedeniyle, en yaygın ürünlerin çalışma süresini artırabilecek pratik bir üründür. Toplanan veriler taşınabilir şarj başına çalışma ömrünü uzatabilir elektronik cihazlar

Her ne kadar bu raporda geliştirilen teori, anahtarlama tekniklerinin bu enerjiyi kullanılabilir bir forma verimli bir şekilde dönüştürmede kullanımını haklı çıkarsa da, sunulan sistemler için bazı pratik sınırlamalar olduğu açıktır. Kaynak akımın primer ve sekonderden aktarılan yük akımına yapılan ölçümleri, ileri dönüştürücü hibridde anahtarın giriş ve çıkış portları arasında gerçekten çok az akım kazancı olduğunu ortaya koymaktadır. Bundan başka, bir dizi dönüştürücü ve seri dönüştürücü yoluyla aktarılan enerjiyi kova dönüştürücüye aktarırken benzer sonuçlara rastlandı. Ek olarak, bu araştırmada toplanan sonuçlara dayanarak, son prototip tasarımı piezoelektrik diskten elektrik üretme hedefini yerine getirmektedir. Piezoelektrik sistemin düşük maliyetli tasarımı nedeniyle, en yaygın ürünlerin çalışma süresini artırabilecek pratik bir üründür. Toplanan veriler taşınabilir elektronik şarj başına operasyonel ömrünü uzatabilir cihazlar .

Tartışma

Bangladeş yoğun nüfuslu bir ülkedir. Bangladeş’te, insanların sürekli yürüyerek yürüyerek seyahat ettiği birçok bölge var. Ve bu bölgeler daima yürüyen insanlarla meşgul, yani piezoelektrik malzemeden elektrik üretmek için titreşim veya basınç gibi kaynakları kolayca bulabilirim.

Güç üretimi için mekanik bir yapı yarattım . Bunun içine birçok piezoelektrik sensörün bir kombinasyonunu yerleştirdim. Yapıya basıldığında, piezoelektrik sensörler titreşimi alır ve sensörler çıkış olarak elektrik verir. Bir devreden geçtikten sonra şarj bataryada depolanır. Projemizde iki uygulama kullanıyorum. Modeli nüfuslu bir alana yerleştireceğim için, bu depolanan enerjiyi diğer yollardan gelen elektrik gelmeden yoldan geçen yolu aydınlatmak için kullanabilirim. Diğer bir uygulama ise günlük yaşamımızda mobil, iPod vb. Kullandığım mini güç tüketim cihazlarını şarj etmek için bir kabin ayarlayabiliyorum.

Referanslar

  1. Piezo ve Piezoelektrik Nedir (2013) .
  2. diodes_bridge_rectifier.jpg (2004)
  3. ayak adım güç üretimi ahşap panel.jpg (2013)
  4. Piezoelektrik nasıl çalışır?
  5. Kymissis J, Kendall C, Paradiso JJ, Gershenfeld N (1998) Ayakkabıda parazitik güç hasadı. Proc 2ndIEEE IntConf Giyilebilir Hesaplama. Los Alamitos, CA.
  6. Glynne-Jones P, Beeby SP, White NM (2001) Piezoelektrik titreşimli bir mikro jeneratöre doğru. IEEE ProcSciMeas.Technol148l: 68-72.
  7. Engel TG (2000) Minyatür piezoelektrik kompresörleri kullanarak enerji dönüşümü ve yüksek güç puls üretimi. IEEE Trans. Plazma Sci28: 1338-1340.
  8. Hugo Schmidt V (1992) Yel değirmenleri fırında piezoelektrik enerji dönüşümü. UltrasonicsSymp897-904.

Araştırma Makalesi Açık Erişim

Piezoelektrik Malzeme Kullanarak Elektrik Üretimi

Nayan İK *

Amerikan Uluslararası Üniversitesi, Dakka, Bangladeş* Sorumlu Yazar:Nayan İK
Amerikan Uluslararası Üniversitesi, Dakka, Bangladeş 
Tel: 880 2-8815386 
E-posta: nayanhabib@yahoo.com

Alınan Tarih: 03 Nisan 2015; Kabul Tarihi: 21 Mayıs 2015; Yayın Tarihi: 31 May 2015

Alıntı: Nayan HR (2015) Piezoelektrik Malzemeyi Kullanarak Elektrik Üretimi. J Malzeme Sci Eng 4: 171. doi: 10.4172 / 2169-0022.1000171

Telif Hakkı: © 2015 Nayan HR. Bu, orijinal yazar ve kaynağın kredilendirilmesi koşuluyla, herhangi bir ortamda sınırsız kullanım, dağıtım ve çoğaltmaya izin veren Creative Commons Attribution License (Creative Commons Attribution License) koşulları altında dağıtılan açık erişimli bir makaledir.

Journal of Material Sciences & Engineering’de daha fazla makale i

kaynak :
https://www.omicsonline.org/open-access/power-generation-using-piezoelectric-material-2169-0022-1000171.php?aid=54142

Categories:   Piezoelektrik, Projeler

Comments