тел. +380(57)625-13-94

Пьезогенераторы – источники энергии будущего

15.05.2013

080bced43f78051f48066e8847511e90[1]Само явление пьезоэлеткричества было открыто в 1880 году братьями Кюри, с того момента оно широко применяется в радиотехнике. Его суть в том, что примененное к образцу пьезоэлектрического материала усилие приводит к образованию разности потенциалов на электродах, и наоборот, при подаче к электродам напряжения образец начинает деформироваться.

Пьезоэлектрики по направлению преобразования энергии подразделяются  на генераторы –  производящие прямое преобразование и двигатели – преобразование обратное. Сам термин «пьезогенераторы» описывает не эффективность превращения энергии, а лишь направление ее преобразования.

В последнее время разного рода изобретатели и инженеры заинтересовались именно первым явлением – выработкой электричества под механическим воздействием.

Выдвинуто множество идей по превращению уличного шума, движений волн и ветров, нагрузки от машин и людей в электроэнергию. Некоторые идеи даже получили применение – на одной из станций метро в Токио смонтированы пьезогенераторы в зале покупки билетов, его достаточно для управления турникетами.  А уж зажигалки пьезоэлектрические давно стали привычными.

Рассмотрим детальней физику процессов в пьезоэлектрике. Под механическим воздействием в пьезоэлементе в несимметричной кристаллической решетке этого материала происходит смещение атомов, которое порождает электрическое поле, индуцирующее на электродах пьезоэлемента заряды.

В отличие от конденсатора, заряды пьезоэлемента сохраняются, лишь пока на них механически воздействуют, и  они исчезают после снятия нагрузки. То есть пьезоэлемент – источник тока ничтожной величины, однако при этом  с колоссальным внутренним сопротивлением.

По подсчетам, самая обычная пьезозажигалка способна генерировать суммарную энергию всего 600 микроджоулей. А КПД ее всего 0,12%. От зажигалки перейдем к возможности получения электричества в промышленных масштабах.

Представим, что будут применены самые эффективные элементы, способные генерировать 10 милливатт на элемент. Они будут собраны в группы по 100-200 элементов и помещены под полотном дороги. В данном случае для достижения величины мощности в 1МВт на 1 километр дороги понадобится 100 000 000 отдельных элементов, имеющих индивидуальную схему съема энергии. При всем этом, особо принимая во внимание, что нагрузка на дорожное полотно неравномерна,  токи элементов будут лежать в диапазоне  нано или пикоампер. То есть иными словами, это так же рационально, как на гидроэлектростанции пытаться получить энергию из росы с окрестных полей.

В итоге можно сделать однозначный вывод – никогда пьезоэлементы не станут источником энергии в промышленных масштабах. Диапазон их применения так  и ограничится маломощными датчиками и источниками питания. Хотя идея была интересная.