.jpg)
بواسطة خليل أستاذ النجفي
الموضوعات التي تغطيها
ملخص
مقدمة
الطاقة المتاحة
مصادر الحركة الميكانيكية
الطاقة الشمسية الحرارية ومصادر
تنبيغ تقنيات
مولدات الكهرومغناطيسية
كهرضغطية مولدات
مولدات الطاقة متعددة الوضع
التحديات
كفاءة
تصنيع
إلكترونيات
استنتاجات
المراجع
ملخص
عدد متزايد من الأجهزة الإلكترونية المصغرة مستقلة يجلب معه مشكلة إمدادات كافية وموثوق بها السلطة. محطات الطاقة الصغيرة لحصاد الطاقة البيئية مولدات توفر مصدرا بديلا للطاقة المتجددة. يمكن لهذه الامدادات لدعم قوة المساعدة البيئية ، مايكروسيستمز يمكن ارتداؤها أو زرع جراحيا. فإنها يمكن أن تساعد أو حتى استبدال البطاريات في بعض التطبيقات.
وقد تم حصاد الطاقة من المصادر البيئية المختلفة على مساحة التركيز على البحوث المتكاملة في مايكرو سيستمز اللاسلكية مركز بحوث الهندسة (WIMS). ويجري حاليا وضع حصادات الطاقة الصغيرة على أساس ، الكهرومغناطيسية كهرضغطية التقنيات الحرارية ، سواء من الاهتزاز ومصادر الحرارة. كما أن البطاريات الصغيرة التي تجري دراستها.
وسيقدم استعراض البحوث حول تحويل الطاقة ، بما في ذلك الاستفادة المثلى من النظم التي تعمل بالبطاريات لزراعة البيولوجية والطاقة الكسح من النتح ، ومولد الكهرباء الحرارية الصغيرة لمايكروسيستمز ، والطاقة المتعدد الكسح من البيئة ، وممس المستندة إلى حصاد الطاقة لذبذبات منخفضة التردد وممس المستندة زبال الطاقة الميكانيكية عن الحشرات الطائرة
بعض التحديات لا تزال مستمرة قبل أن يتم اعتماد هذه القمامة على نطاق تجاري. وتشمل هذه : 1) التصغير من المولدات ، 2) تحسين كثافة الطاقة المتاحة ، 3) زيادة كفاءة الطاقة البيئية للاقتران حصادات الدقيقة ، 4) تطوير الطاقة عالية الكفاءة تصحيح وتخزين الطاقة ، و 5) تطوير جهاز التعبئة والتغليف مناسبة لفترة طويلة الأجل الموثوقية. وستعرض بعض النتائج الأخيرة في هذه المجالات.
مقدمة
واقتصرت التحكم فيها عن بعد بواسطة مايكروسيستمز عمر البطارية وحجم البطارية. البطاريات هي عادة العنصر المهيمن من حيث الحجم على المستوى الجزئي. يظهر حصاد الطاقة الوعد كبديل لتزويد هذه الأجهزة. وقد أنشئت توليد الطاقة من التغييرات الاهتزاز أو الحركة ، وضوء الشمس ، ودرجة الحرارة كبديل قابلة للحياة التجارية في البطاريات التي تعمل بالطاقة البشرية ، والآلات الحاسبة الشمسية وساعات اليد التي تعمل بالطاقة الحرارية.
وتستهدف حصادات محطات الطاقة الصغيرة للتطبيقات حيث نشر بطارية المستندة إلى الأجهزة أو عند استبدال البطارية من الصعب ، أو المستحيل مكلفة. الاستشعار عن بعد المواقع ، جزءا لا يتجزأ من هيكلية رصد وتتبع للحاويات الشحن ، وأجهزة ضبط نبضات القلب ، وhumanimplants هي من بين تلك التطبيقات ، حيث يعمل بواسطة بطارية الأجهزة لديها قيود.
الشكل 1 يساعد على تصور المناطق غير المستغلة لحصاد الطاقة. استخدام حركات الجسم البشري ، والعوامل التي تمثلها المؤسسة ارتفاع وانخفاض عوامل س ، يفتح إمكانية حصاد الطاقة البشرية المستندة على مستويات مماثلة لتلك التي توصلت إليها الأجهزة القائمة على آلة (منخفضة العوامل المؤسسة وس> 100).
.jpg) |
الشكل 1. القوة القصوى المتاحة |
الطاقة الشمسية الحرارية ومصادر
يمكن أن الخلايا الشمسية أو مولدات الطاقة الشمسية (PV) تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية تستخدم في التأثير الكهروضوئي. أحادية البلورية السليكون (أحادي - C - سي) ، والسيليكون متعدد الكريستالات (بولي - C - سي) ، وغير متبلور السليكون (أ ، سي) هي المسيطرة على توليد المواد الكهروضوئية. الخلايا الكهروضوئية يمكن ان تنتج ما يصل إلى 100 واط / م 2 (مع 10 ٪ من الكفاءة وشدة ضوء W 1000 / م 2). ومصنوعة من خلايا سي تنتج أقل من ذلك بسبب انخفاض كفاءة والخمسين (5 -- 7 ٪). الكفاءة النموذجية للخلايا التجارية نحو 13-16 ٪ للأحادية - C - سي و 12-14 ٪ للبولي سي - C - 4 . كفاءة الخلايا الشمسية يقلل logarithmically مع شدة الضوء.
المولدات الحرارية (TEG) إنتاج الكهرباء على أساس تأثير Seebeck. هذا هو توليد الكهرباء بسبب الاختلافات في درجات الحرارة على اثنين من المعادن المختلفة التي تشكل حلقة. نموذجي كفاءة التحويل لهذه الأنظمة هو أقل بكثير من 10 ٪. السلطة النواتج تصل الى 2 ميغاواط / الطول 340 ΔT = 200 درجة مئوية على كفاءة 4.5 ٪ ، وقيم متواضعة من 13μW/cm 2 في ΔT = 1 درجة مئوية لمدة ساعة يد المواطن TEG تم الإبلاغ عن 4 .
تنبيغ تقنيات
مولدات الكهرومغناطيسية
ويستند حصاد الطاقة الكهرومغناطيسية من تنبيغ على الجهد الناجم عن لفائف من المغناطيس يتحرك ، أو المغناطيس الثابتة والمتحركة لفائف. كمية الطاقة المولدة يعتمد على قوة الحقل المغناطيسي للأرض ، وعدد لفات الملف ، وتغيير كثافة التدفق المغناطيسي من خلال لفائف بسبب حركة المدخلات الخارجية. والسيناريو الشائع هو المغناطيس يتحرك المرفقة شعاع أو الربيع. المغناطيس في حد ذاته يعمل عادة بوصفه كتلة الإثبات. سوف الحقل المغناطيسي معارضة التي تولدها التيارات في لفائف رطبة حركة المغناطيس في حين توريد الطاقة. ويلخص الجدول 2 النتائج التي توصلت إليها بالقصور الذاتي حصادات الطاقة الكهرومغناطيسية.
يتكون نموذج أولي لحصادة الطاقة ممس المستندة إلى الاهتزازات منخفضة التردد في WIMS من ندفيب منفصلة عن كتلة تتأرجح مع لفائف والعتاد على شكل متعدد الطبقات ملفقة باستخدام ضوئيه 5 . وقد أنتجت النموذج 2 μW التربيعي للطاقة بنسبة 2.5 هرتز. ولدت هناك اختبار لتوليد الطاقة البشرية المستندة إلى RMS 7.4 بالسيارات تحت أي ظروف الحمل عند وضعه على مقربة من الركبة أثناء المشي. ومن المتوقع ارتفاع الطاقة لنواتج نماذج الأمثل.
الجدول 2. حصادات الطاقة الكهرومغناطيسية 5
مؤسسة | المجلد. (سم 3) | التكرار. (هرتز) | أقصى طاقة (μW) | كثافة الطاقة (μW / سم 3) |
ساوثمبتون | 0.24 | 322 | 530 | 2208 |
CUHK | 1.0 | 110 | 830 | 830 |
زيوريخ ETH - | 0.5 | 2 | 35 | 70 |
HSG - IMIT | 1.5
Date Added: Jun 8, 2010
Last Update: 21. October 2011 22:18
|