Вібровольтаїчна платформа для генерації електричної енергії

Б.О. Нестерчук; С.А. Федосов; Л.В. Ящинський

doi:10.36910/6775-2524-0560-2026-63-26

Б.О. Нестерчук
С.А. Федосов https://orcid.org/0000-0003-3457-8911
Л.В. Ящинський https://orcid.org/0000-0003-3018-3904

DOI: https://doi.org/10.36910/6775-2524-0560-2026-63-26

Ключові слова: вібровольтаїчний пристрій, альтернативні джерела, енергія активного заряджання, генерація електроенергії

Анотація

Однією з перспективних галузей в альтернативній енергетиці є вібраційна енергетика. Для генерації електричної енергії сучасна віброенергетика використовує три основні фізичні принципи: п’єзоелектричний ефект, електромагнітна індукція і трибоелектричний ефект. Динамічні вібровольтаїчні платформи представляють окремий клас пристроїв, які функціонують завдяки встановленню п’єзоелектричних або кінетичних генераторів під поверхнею рухомих або нерухомих частин систем. При тиску на платформу чи її коливанні, ці генератори створюють електричний струм. У результаті відбувається перетворення механічної енергії на електричну. Нами було розроблено, спроектовано та виготовлено вібровольтаїчну платформу, яка ефективно перетворює кінетичну енергію поступального (коливального) руху в електричну енергію за допомогою оптимізованої системи індукційних генераторів. Запропоноване комплексне вирішення для накопичення отриманої енергії у високоефективних літій-іонних батареях. Експериментально досліджено ефективність роботи прототипу при різних режимах навантаження. Встановлено оптимальне число генераторів, що дозволяє моделювати їх з’єднання попарно послідовно для збільшення вихідної напруги та для збільшення сили вихідного струму використовуючи типові стандартні контролери заряду з вхідною напругою 5 В. Сконструйована вібровольтаїчна установка може заряджати зовнішню батарею акумуляторів в активному режимі при якому середній приріст значення енергії за одне натискання платформи становить 84 мДж, а значення середньої енергії активного заряджання за 1 с складає 252 мДж. Величина середнього значення ККД пристрою при заряджанні зовнішньої батареї становить 65 %. Для збільшення ККД необхідно апаратно зменшити пульсації струму, які виникають під час генерації.

Посилання

1. Гонсалес Х.-Л., Рубіо А., Молл Ф. П’єзоелектричні батареї, що живляться людиною, для живлення носимих електронних пристроїв. Міжнародний журнал Товариства матеріалознавства для ресурсів. 2002. Т. 10, № 1. С. 34–40. https://doi.org/10.5188/ijsmer.10.34
2. Гранстром Дж., Фінстра Дж., Содано Х. А., Фарінгольт К. Збір енергії з рюкзака, оснащеного п'єзоелектричними плечовими ременями. Розумні матеріали та конструкції. 2007. Т. 16, № 5. С. 1810–1820. https://doi.org/10.1088/0964-1726/16/5/036
3. Кудря С. О., Будько В. І. Вступ до спеціальності. Нетрадиційні та відновлені джерела енергії : курс лекцій. К. : НТУУ «КПІ», 2013. 387 с.
4. Вон-Гук Кім, До-Ван Кім, Іль-Вунг Чо, Джін-Кі Кім, Мун-Сок Кім, Ян-Кю Чой. Трибоелектричний наногенератор: структура, механізм та застосування. ACS Nano. 2021. Т. 15, № 1. С. 258–287. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09803
5. Магді М., Ель-Баб А., Ассал С. Методологія проектування мікромасштабного пристрою збору енергії з 2 ступенями свободи для низької частоти та широкої смуги пропускання. Журнал сенсорних технологій. 2014. Т. 4, № 2. С. 37–47. http://dx.doi.org/10.4236/jst.2014.42005