Ветряные электростанции занимают огромную площадь при установке. Достижение максимальной генерации электрической энергии возможно только в ветряных районах. Тем самым, мы не можем получать электрическую энергию по желанию.
Источники возобновляемой энергии, которые описаны выше, позволяют получать большое количество энергии будут использоваться и в дальнейшем, несмотря на перечисленные негативные факторы их использования.
Наиболее распространенными источниками электроэнергии в повседневной жизни являются химические элементы питания. Химические реакции выделяют электроны, и некоторые батареи способны их накапливать и сохранять. В дополнение к батареям есть и другие источники химической энергии - топливные элементы. Топливные элементы преобразуют топливо (например, Н2 и O2) из газа в электроэнергию и воду. Механизмы сложны, но хороши для генерирования большого количества электричества. Топливные элементы только недавно были применены в промышленности для производства энергии и для их дальнейшей разработки требуются дополнительные исследования. Однако ресурс всех этих типов источников обычно ограничен. Длительное использование таких устройств, особенно для бытовых приборов, приводит к необходимости частой замены химических источников.
Основным преимуществом пьезоэлектрических материалов для получения энергии (по сравнению с двумя другими механизмами преобразования) является большая удельная мощность, которую можно получить с их помощью, а также простота использования. Удельная мощность генератора энергии может быть определена как выходная мощность, связанная с объемом устройства с заданным входным сигналом. График удельной мощности (в мВт/смз) для разных значений выходного напряжения (В) для различных типов преобразователей энергиипоказан на рисунке 1 [11]. Из графика видно, что область применения
пьезоэлектрического получения энергии по уровню удельной мощности
напряжения
Как показано на рисунке 1, напряжение на выходе устройств генерирования
электромагнитной энергии обычно невелико, что требует использования
многоступенчатых схем для повышения напряжения до требуемого уровня.
поляризационном входном напряжении или заряде, который должен применяться
для создания относительного колебательного движения элементов конденсатора и
для получения переменного напряжения на выходе [6, 7]. Этот недостаток
отсутствует в пьезоэлектрических генераторах. Напряжение на выходепьезогенератора определяется свойствами материала, и нет необходимости использовать внешний источник поляризации.
Другим преимуществом пьезоэлектрических устройств по сравнению с электромагнитными устройствами является то, что они могут быть выполнены любого размера, вплоть до микроскопического. Микроминиатюрные
пьезогенераторы могут быть изготовлены благодаря хорошо разработанным технологиям производства тонких и толстых пленок [8, 9]. Рисунок 1 показывает, что область получения пьезоэлектрической энергии занимает большую площадь рисунка, а удельная величина мощности сравнима с удельной мощностью тонкопленочных и толстопленочных литий-ионных батарей и
термоэлектрических генераторов. В пьезоэлектрических устройствах уровень, необходимый для зарядки потребительского устройства, может быть получен непосредственно из пьезоэлектрического элемента, в отличие от
электромагнитных устройств, где часто требуется многошаговое увеличение выходного напряжения [10].
В ВКР произведена разработка источника питания на основе пьезоэлектрического эффекта. Разработана электрическая схема, модель конструкции. Произведен расчет устройства, а также выбрано место для его размещения. Также рассмотрены существующие аналоги, произведен сравнительный анализ нашего предложения и разработок других компаний. В результате проделанной работы выявлены преимущества нашего предложения по сравнению с другими предложениями. Это достигается за счет применения совершенно иной конструкции, а также выбора нового материала ЦТС.
Выполнен анализ актуальности применения подобных преобразователей энергии на базе пьезоэлектрического эффекта. Количества генерируемой энергии хватает для нашей поставленной задачи, обеспечения системы автономного освещения электрической энергией. Расчет выполнен для самого наихудшего, энергозатратного сценария. Помимо основной задачи, накопленной энергии хватит для дополнительного снабжения электрической энергии системы сигнализации. Достигнута максимальная надежность и ремонтопригодность, путем создания оптимальной конструкции.
При выполнении выпускной квалификационной работы было применено программное обеспечение MathCAD и SolidWorks Premium 2015. При помощи которых мы без всяких трудностей смогли произвести точный расчет нашего генератора пьезоэлектрической энергии, а также создать модель конструкции в трехмерном виде. Моделирование позволяет наглядно увидеть преимущества нашей конструкции по сравнению с существующими аналогами.
