Micro Θεριστικές Ενέργεια - μια εναλλακτική πηγή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

από τον καθηγητή Khalil Najafi

Θέματα που καλύπτονται

Αφηρημένο
Εισαγωγή
Διαθέσιμη Ισχύς
Μηχανική Πηγές κίνησης
Ηλιακή και θερμικές πηγές
Τεχνικές μεταγωγής
Ηλεκτρομαγνητική Γεννήτριες
Πιεζοηλεκτρικά Γεννήτριες
Multi-Λειτουργία Γεννήτριες Ενέργειας
Προκλήσεις
Αποδοτικότητα
Βιομηχανία
Ηλεκτρονική
Συμπεράσματα
Αναφορές

Αφηρημένο

Ο αυξανόμενος αριθμός των αυτόνομων μικροσκοπικών ηλεκτρονικών συσκευών φέρνει μαζί του το πρόβλημα της επαρκούς, αξιόπιστη παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Μικροϊσχύος περιβάλλοντος γεννήτριες συγκομιδής ενέργειας προσφέρουν μια εναλλακτική πηγή ανανεώσιμης ενέργειας. Αυτά τα τροφοδοτικά μπορούν να βοηθήσουν για την υποστήριξη του περιβάλλοντος, φορετά ή χειρουργικά εμφυτεύσιμα Microsystems. Μπορούν να βοηθήσουν ή ακόμη και αντικατάσταση των μπαταριών σε ορισμένες εφαρμογές.

Η συγκομιδή ενέργειας από διάφορες περιβαλλοντικές πηγές, έχει έκταση εστίαση της έρευνας στο Wireless Ολοκληρωμένη Micro Systems Engineering Research Center (WIMS). Είναι πολύ μικρές μηχανές ενέργειας που βασίζονται σε πιεζοηλεκτρικές, ηλεκτρομαγνητική, τεχνικές θερμοηλεκτρικών και από τις δύο δονήσεις και πηγές θερμότητας που αναπτύσσεται. Είναι πολύ μικρές μπαταρίες, επίσης, να μελετηθούν.

Μια ανασκόπηση της έρευνας σχετικά με τη μετατροπή της ενέργειας θα παρουσιαστούν, συμπεριλαμβανομένης της βελτιστοποίησης της μπαταρία συστήματα βιολογικής εμφυτεύματα, την ενέργεια συλλογής των απορριμμάτων από τη διαπνοή, μια πολύ μικρή θερμοηλεκτρική γεννήτρια για μικροσυστήματα, multimode ενέργεια απομάκρυνσης από το περιβάλλον, MEMS που βασίζεται συγκομιδής ενέργειας για δονήσεις χαμηλής συχνότητας , και MEMS που βασίζεται μηχανική οδοκαθαριστής ενέργειας για ιπτάμενα έντομα

Ορισμένες συνεχιζόμενες προκλήσεις που παραμένουν πριν από αυτά τα οδοκαθαριστές μπορούν να εγκριθούν σε εμπορική κλίμακα. Αυτά περιλαμβάνουν: 1) σμίκρυνση των γεννητριών? 2) τη βελτίωση των διαθέσιμων ενεργειακή πυκνότητα, 3) την αύξηση της αποτελεσματικότητας των περιβαλλοντικών ενέργειας σύζευξης στις πολύ μικρές μηχανές, 4) την ανάπτυξη υψηλής απόδοσης διόρθωση δύναμη και την αποθήκευση της ενέργειας, και 5) την ανάπτυξη κατάλληλων συσκευασία της συσκευής για μεγάλο μακροπρόθεσμη αξιοπιστία. Μερικά πρόσφατα αποτελέσματα σε αυτούς τους τομείς θα παρουσιαστούν.

Εισαγωγή

Τηλεχειριζόμενος μικροσυστήματα έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας από το μέγεθος και την μπαταρία. Οι μπαταρίες είναι συνήθως το κυρίαρχο στοιχείο όσον αφορά το μέγεθος σε μικροοικονομικό επίπεδο. Δείχνει συγκομιδής ενέργειας υπόσχεση ως εναλλακτική λύση για την τροφοδοσία αυτών των συσκευών. Παραγωγή ενέργειας από κραδασμούς ή κίνηση, ηλιακό φως, και τις αλλαγές θερμοκρασίας έχει καθιερωθεί ως μια εμπορική βιώσιμη εναλλακτική λύση για τα ανθρώπινα-powered φακούς, ηλιακή αριθμομηχανές, και θερμικές-powered ρολόγια χειρός.

Οι μικροϊσχύος τρυγητές απευθύνονται σε εφαρμογές όπου η ανάπτυξη της μπαταρίας συσκευών που βασίζονται ή όταν η μπαταρία αντικατάστασης είναι δύσκολη, δαπανηρή ή αδύνατη. Απομακρυσμένες περιοχές ανίχνευσης, ενσωματωμένο διαρθρωτικές παρακολούθηση, η επίβλεψη των δοχείων μεταφοράς, βηματοδότες, και humanimplants είναι μεταξύ εκείνων που οι αιτήσεις που λειτουργούν με μπαταρία συσκευές που έχουν περιορισμούς.

Η συγκομιδή ενέργειας από το περιβάλλον πηγές έχει μια περιοχή της έρευνας κατά την τελευταία δεκαετία, και η εστίαση της έρευνας στο Wireless Ολοκληρωμένη Micro Systems Engineering Research Center (WIMS). WIMS αναπτύσσει πιεζοηλεκτρικά, ηλεκτρομαγνητικού και θερμοηλεκτρικών τεχνικές για την συγκομιδή ενέργειας από τους κραδασμούς και πηγές θερμότητας. Η διαχείριση ενέργειας και οι πολύ μικρές μπαταρίες είναι επίσης υπό μελέτη. Μια ανασκόπηση της έρευνας σχετικά με τη μετατροπή της ενέργειας παρουσιάζεται, συμπεριλαμβανομένων των πρόσφατων έργων WIMS.

Διαθέσιμη Ισχύς

Μηχανική Πηγές κίνησης

Μηχανική κίνηση είναι μια πηγή ενέργειας που έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή για τη συγκομιδή της ενέργειας. Αυτό μπορεί να γίνει είτε ενεργά ή παθητικά. Παθητική γεννήτριες χρήση αδρανειακή μηχανισμούς, όπως μάζες απόδειξη συνδεδεμένοι με μηχανήματα ή ακόμα και ανθρώπινα σώματα. Αυτά τα αδρανειακά γεννήτριες χρησιμοποιούν τον εκτοπισμό μάζα απόδειξη και ένα μηχανισμό μεταγωγής για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ένα κοινό σχέδιο αποτελείται από μια μάζα απόδειξη (m) που συνδέεται με ένα κινούμενο υποδοχής μέσω άνοιξη-όπως από κοινού. Η ηλεκτρική γεννήτρια μετριάζει συνήθως η κίνηση της αδρανειακής μάζας. Η ισχύς που διατίθεται για μια γραμμική κίνηση μετατόπιση σε απήχηση είναι

P _{max εκλέγει} = (1 / 4) (α ² / ω) mq (1)

Οι περιοριστικοί παράγοντες είναι τρεις, ο λόγος της επιτάχυνσης-τετράγωνο-to-συχνότητας (ASTF) παράγοντα ⁽² / ω), η μάζα απόδειξη (m) και το συντελεστή ποιότητας (Q). Το πρώτο είναι ένα εμπόδιο πηγή εισόδου, και το δεύτερο και το τρίτο είναι ένα εμπόδιο σχεδιασμό. Από τον Πίνακα 1, ο παράγοντας ASTF μπορεί να είναι τόσο χαμηλά όσο 0,001, για δονήσεις μηχανή, με τις αξίες της τάξης του 3, για τον άνθρωπο με τα πόδια.

Πίνακας 1. ASTF συντελεστή ^{1 , 2}

Η μέγιστη ισχύς που αποδίδει σε ηλεκτρικό φορτίο είναι το μισό από αυτό που είναι διαθέσιμο (P _{max εκλέγει} = P _{διαθέσιμο} / 2) ³ . Αναδιάταξη για ογκομετρική πυκνότητα ισχύος, όπου m = ρ V,

(P _{max εκλέξουν} / V) = (1 / 4) (α ² / ω) ρ Q (2)

Σχεδίαση (2) χρησιμοποιώντας στοιχεία του πίνακα 1, επιλέγοντας Q-παράγοντες που κυμαίνονται 1 - 1000, και υποθέτουμε ότι η πυκνότητα απόδειξη μάζα των 10 g / cm ³ (για την απλότητα, και παρόμοια με το μολυβδαίνιο), δίνει τη γραφική παράσταση του Σχήματος 1 η οποία αντιπροσωπεύει το μέγιστη ισχύς που μπορεί να μεταφερθεί με το ηλεκτρικό φορτίο.

Σχήμα 1 βοηθά στην οπτική αναξιοποίητες περιοχές για τη συγκομιδή της ενέργειας. Η χρήση των ανθρώπινων κινήσεων του σώματος, εκπροσωπούμενη από τους παράγοντες υψηλού ASTF και χαμηλής Q-παράγοντες, ανοίγει τη δυνατότητα του ανθρώπου με βάση τη συγκομιδή της ενέργειας σε επίπεδα συγκρίσιμα με αυτά που επιτεύχθηκαν από συσκευές μηχανή με βάση το (χαμηλό παράγοντες ASTF και Q> 100).

Σχήμα 1. Μέγιστη διαθέσιμη ισχύς

Ηλιακή και θερμικές πηγές

Τα ηλιακά κύτταρα ή φωτοβολταϊκά (PV) γεννητριών ενέργειας μπορούν να μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια που απασχολούν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Του μονο-κρυσταλλικού πυριτίου (μονο-c-Si), πολυκρυσταλλικού πυριτίου (πολυ-c-Si), και άμορφου πυριτίου (a-Si) είναι τα κυρίαρχα υλικά για την παραγωγή φωτοβολταϊκών. PV κύτταρα μπορεί να παράγει μέχρι και 100 W / m ² (με 10% της αποτελεσματικότητας και η ένταση του φωτός του 1000 W / m ^2). Τα κύτταρα είναι κατασκευασμένα από a-Si, θα παράγουν λιγότερο από ότι λόγω της χαμηλότερης απόδοσης του (5 - 7%). Τυπικές αποδόσεις των εμπορικών κυττάρων είναι περίπου 13-16% για τα μονο-c-Si και 12-14% για το πολυ-c-Si ⁴ . Η αποδοτικότητα των ηλιακών κυττάρων μειώνεται λογαριθμικά με την ένταση του φωτός.

Θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG) παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται στο φαινόμενο Seebeck. Αυτή είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω των διαφορών της θερμοκρασίας σε δύο διαφορετικά μέταλλα που σχηματίζουν έναν βρόχο. Τυπική απόδοση μετατροπής για τα συστήματα αυτά είναι αρκετά κάτω από το 10%. Ισχύς εξόδους έως και 340 mW / cm ² για ΔT = 200 ° C στο 4,5% της αποτελεσματικότητας, και μέτρια αξίες της 13μW/cm ² στο ΔT = 1 ° C για τον Πολίτη TEG ρολόι χειρός έχουν αναφερθεί ⁴ .

Τεχνικές μεταγωγής

Ηλεκτρομαγνητική Γεννήτριες

Συγκομιδή ενέργειας από την ηλεκτρομαγνητική μετάδοση του βασίζεται στην τάση που προκαλείται σε ένα πηνίο από ένα κινούμενο μαγνήτη, ή ενός σταθερού μαγνήτη και ένα πηνίο κινείται. Το ποσό της παραγόμενης ενέργειας εξαρτάται από την ισχύ του μαγνητικού πεδίου, ο αριθμός των σπειρών του πηνίου, και η αλλαγή της πυκνότητας μαγνητικής ροής μέσα από το πηνίο που οφείλεται στην εξωτερική κίνηση εισόδου. Ένα κοινό σενάριο είναι ένα κινούμενο μαγνήτη που συνδέονται με μια ακτίνα ή την άνοιξη. Ο μαγνήτης από μόνη της λειτουργεί συνήθως ως το βάρος απόδειξης. Το αντίθετο μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από τα ρεύματα στο πηνίο θα υγρό το κίνημα μαγνήτη ενώ προμηθεύει ενέργεια. Ο πίνακας 2 συνοψίζει τα συμπεράσματα της αδράνειας μηχανές ηλεκτρομαγνητική ενέργεια.

Μια προκαταρκτική πρωτότυπο μιας MEMS που βασίζεται ενέργειας θεριζοαλωνιστική δονήσεις χαμηλής συχνότητας σε WIMS αποτελείται από διακριτά μαγνήτες νεοδυμίου σε έναν ταλαντευόμενο μάζα με ένα πηνίο εργαλείο σε σχήμα πολλαπλών στρώσεων κατασκευάζονται με φωτολιθογραφία ⁵ . Το πρωτότυπο έχει παραχθεί 2 μW _RMS του ρεύματος σε 2,5 Hz. Μια δοκιμασία για τον άνθρωπο με βάση την παραγωγή ενέργειας που παράγεται 7,4 mV _rms κάτω χωρίς φορτίο συνθήκες όταν τοποθετείται κοντά στο γόνατο, ενώ τα πόδια. Υψηλότερες ιπποδύναμη αναμένεται για βελτιστοποιημένη πρωτότυπα.

Πίνακας 2. Μηχανές ηλεκτρομαγνητική ενέργεια ⁵

Πιεζοηλεκτρικά Γεννήτριες

Παραγωγή ενέργειας από πιεζοηλεκτρικά μεταγωγή βασίζεται στην τάση που δημιουργείται όταν ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό που υπόκειται σε μηχανική παραμόρφωση. Οι Πιεζοηλεκτρικά γεννήτριες συνήθως σε σχήμα δοκάρια cantilever, μεμβράνες ή άλλες κατασκευές. Μια εφαρμόζεται εξωτερικά ή αδρανειακό δύναμη παράγει την παραμόρφωση που απαιτείται για την παραγωγή ενέργειας. Ο Πίνακας 3 συνοψίζει τις διαφορετικές προσεγγίσεις που μελετώνται για πιεζοηλεκτρικά παραγωγή ενέργειας.

Προκαταρκτικές εργασίες για MEMS που βασίζεται πιεζοηλεκτρικό οδοκαθαριστής μηχανική ενέργεια για ιπτάμενα έντομα σε WIMS έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας από πετούν σκαθάρια. Πιεζοηλεκτρικά δοκάρια cantilever κολλημένο στο πίσω μέρος των σκαθαριών αρχίσει δονείται όταν πλήττονται από την πτέρυγα εγκεφαλικά επεισόδια. Πρωτότυπα δοκιμάστηκαν είχε παράσχει έως και 11,5 μW για ένα χιλιοστό 11 ³ συσκευή με 92 Hz. Εκατόν δεκαπέντε μW της εξουσίας μπορεί να αναμένεται από το σκαθάρι εγκεφαλικά επεισόδια πτέρυγα ⁶ .

Πίνακας 3. Πιεζοηλεκτρικά τρυγητές ενέργειας ⁵

Multi-Λειτουργία Γεννήτριες Ενέργειας

Multi-λειτουργία ενέργεια απομάκρυνσης από το περιβάλλον είναι ένα WIMS έργο που επιδιώκει να αναπτύξει μια μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που μπορούν να σαρώνουν ενέργεια από διαφορετικές πηγές, συμπεριλαμβανομένων των κραδασμών, θερμότητας ή ηλιακής ενέργειας. Εκτός από την συγκομιδή ενέργειας από αυτές τις προσεγγίσεις, καινοτόμες πηγές για την παραγωγή ενέργειας βρίσκονται σε στάδιο ανάπτυξης, όπως η διαπνοή βάση, μικρές θερμοηλεκτρικές για ιπτάμενα έντομα, και η συχνότητα up-conversion.

Ένα έργο για την ενέργεια συλλογής των απορριμμάτων από τη διαπνοή είναι μια προσέγγιση που απασχολούν εξάτμιση σε θερμοκρασία δωματίου. Ροής που προκαλείται από την εξάτμιση σε μικρο-fluidic κανάλια δίσκους φυσαλίδες αερίου μέσω πλάκες πυκνωτή παραγωγής ενέργειας. Η υψηλή πυκνότητα ισχύος αναμένεται από το έργο αυτό ⁷ . Ένα μικρο θερμοηλεκτρική γεννήτρια για Microsystems φέρεται να σκουπίζω ενέργειας από πετούν σκαθάρια. Ισχύς των 10-15 μW αναμένεται να δημιουργούνται όταν εμφυτεύονται στο πίσω μέρος του ένα σκαθάρι, με πυκνότητα ισχύος περίπου 200 μW / cm ² και ΔT = 11 ° C ⁸ .

Η συχνότητα παρακολούθησης του προγράμματος αλλαγής έχει σκοπό να συλλάβει το περιβάλλον χαμηλής συχνότητας δονήσεις (κάτω των 100 Hz) για να ενεργοποιήσετε μια υψηλής ηχηρή δομή συχνότητα (πάνω από 1 kHz). Ανάπτυξη για το μηχανολογικό συχνότητα up-μετατροπείς αναμένεται να δείξει κατά 23% αυξημένη απόδοση, καθώς και αύξηση ενεργειακή πυκνότητα από 14,5 mW / cm ³ (χαμηλής συχνότητας συσκευή) σε 17,8 mW / cm ³ (up-conversion συσκευή) ⁹ .

Προκλήσεις

Υπάρχουν κάποιοι περιορισμοί που έχουν προσβληθεί συγκομιδής ενέργειας σε μικροσκοπική κλίμακα, όπως η αποδοτικότητα της παραγωγής ενέργειας και την ενεργειακή πυκνότητα, DC-διόρθωση, αποθήκευση ενέργειας και τη διαχείριση, την κατασκευή, τη μακροβιότητα και τη συσκευασία. Μια επισκόπηση αυτών των συνεχιζόμενων προκλήσεων που εξετάζεται στις επόμενες παραγράφους, ώστε να έχουν μια καλύτερη κατανόηση από αυτούς.

Αποδοτικότητα

Η αποτελεσματικότητα παρουσιάζεται ως ο λόγος της παραγόμενης ενέργειας στη διαθέσιμη ισχύ. Παρά το γεγονός ότι η παραγόμενη ενέργεια παρουσιάζεται, και η διαθέσιμη ισχύς ορίζεται από (1), δεν είναι όλοι οι όροι της εξίσωσης. (1) αναφέρονται για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας. Σύζευξη συντελεστές έως 0,6 - 0,8 έχουν παρουσιαστεί όσο το δυνατόν όρια για κάθε μία από αυτές τις τεχνικές μεταγωγής ³ . Επιπλέον, τα έργα υπό ανάπτυξη στο WIMS, όπως είναι η συχνότητα προσέγγιση up-conversion ⁹ , μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας του συστήματος.

Ηλεκτρομαγνητική μηχανές ισχύος πάνω από 1 mW και κάτω του 1 cm ³ στους κραδασμούς μηχανή γύρω στα 100 Hz, και μηχανές που παράγουν πάνω από 100 μW και κάτω του 1 cm ³ για τον άνθρωπο με βάση τις δραστηριότητες μπορεί να αναμένεται στο εγγύς μέλλον. Επίπεδα ενέργειας από πιεζοηλεκτρικά Μηχανές ενέργειας κοντά στο 10 mW σε 1 Hz και οι πυκνότητες ισχύος 1 mW / cm ³ σε 92 Hz παρουσιάστηκαν στον Πίνακα 3. Πιεζοηλεκτρικά τρυγητές ενέργειας πάνω από 1 mW και κάτω του 1 cm ³ για το μηχάνημα που βασίζεται δόνηση γύρω στα 100 Hz μπορεί να αναμένεται περαιτέρω.

Βιομηχανία

Ένας από τους περιορισμούς για την ηλεκτρομαγνητική αισθητήρια είναι μόνιμου μαγνήτη (PM) κατασκευής. MEMS συμβατό με τις διαδικασίες δεν αποδίδουν PMs με τα ίδια χαρακτηριστικά με τους μαγνήτες χύμα. Τυπικές τεχνικές κατασκευή του ψεκασμού και ηλεκτρολυτικής παράγουν thin-film στρώματα (<10 μm), αν και παχύ φιλμ (100-800μm) εναπόθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες έχει μελετηθεί ¹⁰ . Σχηματομόρφωσης από ένα PM, έχει αποδειχθεί για mm-μεγέθους μαγνητικά σχέδια πόλο, είτε χρησιμοποιώντας πηνία ή μαλακών μαγνητικών ρυθμίσεων για την πρόκληση μαγνήτιση ^{10 , 11} .

Ένας άλλος περιορισμός για την εκ περιτροπής γεννήτριες ηλεκτρομαγνητικών είναι η ανάγκη της χαμηλής τριβής ρουλεμάν κατάλληλα για τις διαδικασίες κατασκευής MEMS. Μικρο-ρουλεμάν, εκ περιτροπής άξονες, και μαγνητικά εφέδρανα μπορεί να είναι πιθανές εναλλακτικές λύσεις. Μηχανές Ενέργειας λειτουργεί σε κενό αέρος έχουν λιγότερες απώλειες που σχετίζονται με τον αέρα απόσβεση, αλλά δημιουργούν την ανάγκη για ειδική συσκευασία για τη διατήρηση του εργασιακού περιβάλλοντος (βιο-εμφυτεύονται, δομή-ενσωματωμένο, έκθεση σε σκληρό περιβάλλον).

Ηλεκτρονική

Λόγω της φύσης της παραγωγής ενέργειας, η έξοδος είναι μια στιγμή-παραλλαγή του σήματος AC. Έτσι, DC διόρθωσης και ρύθμισης τάσης είναι απαραίτητες για τις περισσότερες ηλεκτρονικές εφαρμογές. Κύκλωμα θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν διόρθωση, ρύθμιση, τον έλεγχο, και την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας. Οι περισσότερες από τις μηχανές ενέργειας απασχολούνται γέφυρα κυκλώματα διόρθωσης. Όμως, η εμπρός-μεροληψία από τις διόδους μπορεί ακόμα να είναι υψηλή για τα άτομα με χαμηλή τάση εξόδου ορισμένες συσκευές. Σε αυτή την περίπτωση, έχουν τάση πολλαπλασιαστές ή μετασχηματιστές έχουν χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της τάσης επίπεδα.

Active ηλεκτρονικά μπορούν να ξεπεραστούν ορισμένα από τα προηγούμενα όρια, αλλά μια ισορροπία μεταξύ της κατανάλωσης ενέργειας και της παραγόμενης ενέργειας θα πρέπει να ληφθούν υπόψη. Βελτιστοποίηση των παροχών ηλεκτρικού ρεύματος για τις ασύρματες ολοκληρωμένα μικροσυστήματα είναι επίσης υπό μελέτη στο WIMS. Μια micromachined μπαταρία για υβριδικά-τροφοδοτικά που είναι συμβατό με τις διαδικασίες κατασκευής MEMS αναπτύχθηκε και τα αποτελέσματα έχουν χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση της πηγή ενέργειας για την WIMS εμφυτεύσιμο αισθητήρα ενδοφθάλμια πίεση, και η WIMS κοχλιακό εμφύτευμα ¹² .

Συμπεράσματα

Συγκομιδής ενέργειας είναι μια αναπτυσσόμενη περιοχή έρευνας που σιγά-σιγά έχει εξελιχθεί για να γίνει στο εμπόριο τα προϊόντα, από το χέρι πρώτες στροφές ραδιόφωνα και ανακινήστε με γνώμονα φακούς για ασύρματες εφαρμογές παρακολούθησης.

Φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας παράγει μια υψηλή απόδοση ισχύος (10 mW / cm ²⁾ και είναι μια δοκιμασμένη τεχνολογία που μπορεί να εφαρμοστεί σε MEMS κλίμακας. Thermo την παραγωγή ηλεκτρικής εξαρτάται από την κλίση της θερμοκρασίας, δέκατα του μW/cm2 μπορεί να ληφθεί από ένα μέτριο ΔT = 1 ° C. Πιεζοηλεκτρικά παραγωγή ενέργειας προσφέρει μια απλή προσέγγιση για την συγκομιδή ενέργειας από την κίνηση ή δονήσεις. Η απλότητα αυτών των γεννητριών καθιστά κατάλληλο για κατασκευή MEMS, ακόμα και εφαρμογές νανο. Η ενεργειακή πυκνότητα μέχρι 1 mW / cm ³ έχει αναφερθεί. Ηλεκτρομαγνητική παραγωγή ενέργειας είναι μια καλά οργανωμένη τεχνική μεταγωγή, αλλά MEMS κλίμακας μόνιμους μαγνήτες και πηνία-τυπωμένα γίνει λιγότερο αποτελεσματικό. Παρά το γεγονός ότι η τεχνολογία εξελίσσεται, δεν φαίνεται να είναι τόσο απλό να κατασκευάσει ως πιεζοηλεκτρικά γεννήτριες. Εμπορική συσκευές έχουν δείξει υψηλή απόδοση ισχύος (~ 10 MW), mm μεγέθους συσκευές έχουν δείξει μέχρι 3 MW, και μικρότερες συσκευές είναι της τάξης των δεκάτων σε εκατοντάδες μW.

Multi-mode παραγωγή ενέργειας είναι μια προσέγγιση όπου η εξουσία που παράγεται από διάφορες περιβαλλοντικές πηγές. Μπορεί να πάρει το καλύτερο από τις παραπάνω τεχνολογίες μεταγωγής, σύμφωνα με τις διαθέσιμες πηγές ενέργειας. Όλες οι παραπάνω τεχνικές μεταγωγής αποδείξει ότι η τεχνολογία ωριμάζει με ταχύ ρυθμό για την τροφοδότηση φορητών, τα ενσωματωμένα, εμφυτεύσιμα ή ασύρματες συσκευές. Παρόλο που οι περιορισμοί σχετικά με την τεχνολογία εξακολουθούν να υπάρχουν, το μέλλον φαίνεται πολλά υποσχόμενη για τις διαδεδομένες εφαρμογές.

Αναφορές

1. S Roundy. Σχετικά με την αποτελεσματικότητα των κραδασμών που βασίζεται συγκομιδής ενέργειας. Ευφυής Mat. Συστήματα και διαρθρωτικών ταμείων., J, V. 16, αριθ. 10. Οκτώβρης 2005, σελ. 809-823.
2. E Hirasaki, ST Moore, T Raphan, και Β Cohen. Επιπτώσεις της ταχύτητας με τα πόδια για τις κάθετες κινήσεις του κεφαλιού και αγόρι κατά τη διάρκεια της μετακίνησης. Exp. στην έρευνα του εγκεφάλου, 1999, 127 (2). pp.117-30.
3. NG Στεφάνου. Με συγκομιδή ενέργειας από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος δόνηση. Ι. του ήχου και της δόνησης, Β. 293, Νο.1-2. Μαΐου 2006, σελ. 409 - 425.
4. SFJ Flipsen. Εναλλακτικές πηγές ενέργειας για φορητές συσκευές και wearables. Delft University of Technology, 2005, 90 σ.
5. E Romero. MEMS-Based συγκομιδής ενέργειας για χαμηλής συχνότητας δονήσεις. Ανέκδοτη διδακτορική διατριβή, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν. 2009.
6. EE Aktakka, H Kim, M Atashbar, και Κ Najafi. Μηχανική ενέργεια συγκομιδή από ιπτάμενα έντομα. Στερεάς Κατάστασης Sens., πράξη., Και Microsys. Workshop, Ιον 2008, σελ. 382-383.
7. R Borno, J Steinmeyer, και M Maharbiz. Ενέργεια Εκκαθάριση Από τη διαπνοή. (Περιγραφή του έργου που διατίθενται από http://www.wimserc.org ). Μαΐου 2008.
8. N Ghafouri, H Kim, και Κ Najafi. Μια Micro θερμοηλεκτρική γεννήτρια για Microsystems. (Περιγραφή του έργου που διατίθενται από http://www.wimserc.org ). Μαΐου 2008.
9. T Galchev, H Kim, M Atashbar, και Κ Najafi. Multi-Λειτουργία ενέργεια Εκκαθάριση από το περιβάλλον. Αδημοσίευτο χειρόγραφο, του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, 2008.
10. Β Παβλόφσκι, S Schwarzer, A Rahmig, και J Töpfer. Νεοδυμίου thickfilms εκπονήθηκε από χύτευσης ταινία. J. της μαγνήτισης και μαγνητικής Mat. Β. 265, 2003, σσ. 337-344
11. N Achotte, PA Gilles, O Cugat, J Delamare, P στολίδι, C Dieppedale. Επίπεδα Brushless Μαγνητική Τροχοί. J. Microelect. Sys. Β. 15, Ν. 4, Αύγουστος 2006, σελ. 1001-1014.
12. F Albano και AM Sastry. Σχεδιασμός και Βελτιστοποίηση Τροφοδοτικά για Wireless Ολοκληρωμένη Microsystems. (Περιγραφή του έργου που διατίθενται από http://www.wimserc.org ). Μαΐου 2008.

Παρουσιάστηκε στο COMS 2008, Μεξικό

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org