Pjezoelektriskā enerģija: cilvēka kustību izmantošana elektroenerģijas ražošanai

the pjezoelektriskās plāksnes ir inovatīva tehnoloģija, kas ļauj pārveidot soļus, lēcienus un citas cilvēka ķermeņa kustības elektroenerģijā. Radītā enerģija nāk no mehāniskā spiediena, kas tiek pielikts pjezoelektriskam materiālam, kuram ir iespēja radīt elektrisko strāvu, kad tas tiek pakļauts deformācijai vai berzei.

Visziņkārīgākais un biežāk citētais ir gadījums Ilgtspējīgs naktsklubs Londonā, kur apmeklētāju kustību radītā enerģija darbina daļu apgaismojuma un citas elektriskās sistēmas. Šāda veida iekārtas ir sāktas ieviest pilsētvidē ar lielu gājēju satiksmi, uzlabojot energoefektivitāti un samazinot oglekļa pēdas nospiedumu.

Kā darbojas pjezoelektrība?

Pjezoelektrības fenomena pamatā ir noteiktu materiālu ietilpība lai radītu elektrisko strāvu, kad tiek veikta mehāniska deformācija. Kad pjezoelektrisks materiāls, piemēram, kvarcs, tiek izstiepts vai saspiests, tā atomi pārkārtojas, radot elektrisko potenciālu starpību, ko var novirzīt un izmantot.

Šim procesam ir divas galvenās lietojumprogrammas:

• Tieša enerģijas ģenerēšana: piemēram, cilvēku soļi vai soļi vidē rada nelielas elektriskās strāvas, ko var izmantot mazu ierīču apgaismošanai vai darbināšanai.
• Elektrisko signālu ražošana: šo īpašību tradicionāli izmanto tādās ierīcēs kā šķiltavas vai šķiltavas, kur ar katru spiedienu rodas dzirkstele.

Pjezoelektriskās enerģijas pielietojumi

Pjezoelektrībai ir a plašs pielietojumu klāsts kas to pozicionē kā galveno tehnoloģiju modernām un viedām pilsētām, kas cenšas optimizēt energoefektivitāti.

Daži no tā galvenajiem lietojumiem ir:

• Noslogotu telpu stāvos: Tādas valstis kā Japāna ir sākušas metro stacijās uzstādīt pjezoelektriskās plāksnes, lai miljoniem lietotāju kinētisko enerģiju pārvērstu elektroenerģijā.
• Gudri ceļiIzraēla ir uzsākusi projektus, lai kā enerģijas avotu izmantotu transportlīdzekļu pāreju pa ceļiem. Ar katru garām braucošo automašīnu tiek ģenerēts neliels elektroenerģijas daudzums, kas var samazināt atkarību no citiem enerģijas avotiem ceļu apgaismojuma sistēmās.
• Pārnēsājamās ierīces: pjezoelektrisko enerģiju var izmantot, lai darbinātu biomedicīnas ierīces vai valkājamas ierīces, kas gūst labumu no cilvēka kustībām, piemēram, sirdsdarbības vai ikdienas kustībām.
• Publiskais apgaismojums: Ir izstrādātas pjezoelektriskās ietves, kas uzglabā gājēju pāreju radīto enerģiju, lai apgaismotu ielas un gatves naktī.

Materiāli, ko izmanto pjezoelektrikā

Galvenie pjezoelektriskie materiāli ir abi dabīgs un sintētisks, kas nodrošina tā pieejamību un efektivitāti dažādās lietojumprogrammās. Šiem materiāliem ir kopīga iekšējā kristāliskā struktūra, kurai trūkst simetrijas centra.

Daži no visbiežāk izmantotajiem pjezoelektriskajiem materiāliem ir:

• Cuarzo: Iespējams, vislabāk zināmais, šis kristāls spēj radīt elektrību, kad uz to tiek izdarīts spiediens.
• Turmalīns: Stabilitātes dēļ izmanto spiediena sensoros un citos elektroniskos lietojumos.
• Keramika: Titanāti, piemēram, svina-cirkonāta titanāts (PZT), ir ļoti izplatīti rūpnieciskos lietojumos, jo tiem ir ļoti pielāgojamas pjezoelektriskās īpašības.

Simboliski projekti un inovācijas

Visā pasaulē ir vairāki vadošie projekti, kas pārceļ pjezoelektrisko enerģiju uz jaunām robežām. Viens no ievērojamākajiem ir Movistar projekts Santiago Bernabéu stadionā Madridē, kur zem stadiona tribīnēm tika uzstādītas pjezoelektriskās plāksnes, lai no fanu kustības radītu elektrību. Šī enerģija darbināja milzīgu LED ekrānu tuvējā pilsētā, ļaujot iedzīvotājiem sekot līdzi mačam tiešraidē.

Vēl viens interesants gadījums ir Pavegen sistēmas, Londonas uzņēmums, kas dažādās pilsētās ir uzstādījis pjezoelektriskās flīzes, lai ilgtspējīgiem mērķiem izmantotu gājēju radīto enerģiju. Viņu projekti parāda šīs tehnoloģijas milzīgo potenciālu, lai uzlabotu pilsētu ilgtspējību.

Pjezoelektrības efektivitātes izaicinājums

Viena no galvenajām problēmām, ar ko saskaras šāda veida tehnoloģija, ir kinētiskās enerģijas pārvēršanas elektrībā efektivitāte. Saražotās elektroenerģijas apjomi ir salīdzinoši nelieli, salīdzinot ar citiem atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, saules vai vēja enerģiju. Tomēr tā izturība, vieglā integrācija ar esošajām infrastruktūrām un iespēja to apvienot ar citām tīrām enerģijām, pozicionē to kā vērtīgu iespēju pilsētu projektiem vai ierīcēm, kurām nepieciešams maz enerģijas.

Scenārijs, kurā pjezoelektrisko materiālu izmaksas ir samazinājušās, pateicoties elektronisko komponentu masveida ražošanai, pjezoelektrības nākotne ir daudzsološa. Samazinoties efektivitātei un ražošanas izmaksām, tā pielietojums viedajās pilsētās turpinās pieaugt.

Kopsavilkumā pjezoelektriskā enerģija Tas parādās kā dzīvotspējīgs un ilgtspējīgs risinājums, lai izmantotu cilvēku un transportlīdzekļu kustības priekšrocības, jo īpaši pilsētās un intensīvas satiksmes vidē. Lai gan joprojām pastāv problēmas saistībā ar efektivitātes uzlabošanu, tās lielais potenciāls papildināt citus atjaunojamos enerģijas avotus, tā integrācija pilsētu infrastruktūrā un spēja ražot elektroenerģiju blīvi apdzīvotās vietās padara to par pievilcīgu enerģētikas risinājumu nākotnē.