Автор: Hassen M. Ouakad
Источник: https://www.mdpi.com/1996-1073/16/13/5019
Перевод: Сааков Владимир Вячеславович
Необходимость в системах беспроводного подключения широко ожидается в современном интеллектуальном мире, так как это необходимо для быстрого превращения мира в глобальный рынок. Использование мобильных источников энергии имеет важное значение в свете технологических достижений, таких как беспроводные сети, микроэлектромеханические системы и интернет. Однако возникает растущая потребность в разработке альтернативных эффективных методов хранения энергии ввиду некоторых технических недостатков, например, утечки тока в аккумуляторах, недостаточной электрической устойчивости, практических проблем при проводном подключении и т.д.
Существующие барьеры на пути использования имеющихся на данный момент источников энергии включают недостаток квалифицированного персонала, регулярное техническое обслуживание, ограниченный жизненный цикл и ограниченное энергопотребление, а также доступность и проблемы с утилизацией отходов. Креативный подход к генерации электроэнергии из доступных источников окружающей среды был разработан для удовлетворения текущих технологических требований без загрязнения окружающей среды и преодоления всех указанных препятствий.
Существуют различные способы сбора энергии непосредственно в местах ее использования без угрозы для санитарных или экологических условий района. Поэтому разные источники энергии такие как ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия, гидроэнергетика и вибрация, среди прочего, могут быть приняты во внимание для выработки электроэнергии с учетом экологических проблем в текущий энергетический кризис.
Исследование солнечных и вибрационных источников энергии представляет собой важное направление развития. Оба варианта имеют свои преимущества, такие как технологическая жизнеспособность, чистота и возможность для улучшения, а также требования к техническому обслуживанию и затраты. Особенно интересным является потенциал вибрационных источников энергии для будущих исследований, поскольку мы сосредотачиваемся на развитии этой технологии. Малогабаритные устройства и энергоемкое оборудование для транспорта, инфраструктуры и передвижения людей могут значительно выиграть от использования энергии вибраций.
Сбор энергии от вибраций - это метод получения энергии из нежелательных вибраций окружающей среды. Движение транспортных средств по мостам и работа различных машин на заводах и строительных площадках вызывают сильные колебания. Эту неиспользуемую энергию, выбрасываемую в окружающую среду, можно рассматривать как потенциальный источник электроэнергии. Такая энергия считается бесплатной, поскольку добывается из природных и промышленных источников.
Вибрация представляет собой привлекательный источник энергии для небольших устройств. Принцип действия - накопление волн, проходящих через твердые объекты. Для преобразования механической энергии в электрическую необходимо сочетать вибрационное движение с генератором, использующим инерцию массы. Существуют различные механизмы для такой трансдукции, которые разрабатываются с этой целью.
В отличие от микросборщиков энергии, основанных на вибрации и способных производить электроэнергию в диапазоне от мВт до Вт, установки для сбора возобновляемой энергии, использующие ветер, солнце и другие источники, могут производить гораздо большую мощность в диапазонах кВт и мВт.
Одной из главных проблем является питание беспроводных устройств. Однако вибрацию можно использовать как надежный источник энергии для питания удаленного оборудования. Благодаря своей эффективности и экологической чистоте, а также низким затратам на установку и обслуживание, производство энергии от вибрации становится объектом активных исследований.
Были рассмотрены различные стратегии и проведены исследования с целью увеличения производственной мощности электроэнергии. Пока не удалось полностью заменить батареи, но проводится множество исследований, направленных на уменьшение рисков для окружающей среды.
Современные изобретения будут способствовать активизации предыдущих исследовательских усилий и окажут большое влияние на отрасль.
В этом специальном выпуске обсуждается эволюция механизма извлечения энергии от вибрации, включая его преимущества и ограничения. Был сокращен вес и размеры устройств благодаря инновационной конструкции и добавлению расчетной массы для увеличения деформации и введения нелинейности. За последние годы было сделано много работы по эффективному генерированию энергии.
Одним из важных вызовов современного мира является разработка подхода к производству высокого выходного напряжения в низкочастотном диапазоне. Большинство последних исследований сосредоточены на определении различных конфигураций и стратегий извлечения энергии для повышения эффективности преобразования энергии. Технологические разработки позволяют применять такие устройства как крупномасштабные механизмы извлечения энергии от вибрации и малые электроэнергетические предприятия, что представляет собой жизнеспособные решения энергетической проблемы.
При сильном ветре здание в несколько этажей может производить сотни кВт электроэнергии. Устройства, основанные на энергии вибрации, более долговечны, не требуют обслуживания и экологически безопасны по сравнению с традиционными вариантами хранения, такими как батареи. Для дальнейшего развития необходимо производить исследования гибридных и широкополосных механизмов, чтобы энергия от различных источников могла быть объединена с энергией вибрации в гибридную систему. Однако такая система является более дорогостоящей и менее эффективной.
Значительное количество энергии можно получить из капель дождя, звуковых волн, вибрации, вызванной потоком, вихрей и других источников. Эти источники энергии должны стать приоритетными для будущих исследований. Разработка более эффективных схем хранения и открытие новых материалов должны стать основными целями.
Источники энергии, основанные на вибрации, являются не только заменой батарей, но и новым источником энергии. Это новый подход к разработке эффективных, самодостаточных и универсальных источников экологически чистой энергии.