基本信息
- 項目名稱：
- 綠色發(fā)電地毯
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 該作品主要運用壓電陶瓷的正壓電效應將人走動時的機械能轉(zhuǎn)化為電能，通過轉(zhuǎn)化裝置、收集裝置將電能進行收集，并應用與日常家用小電器或者公共場合的應急電源。
- 詳細介紹：
- 壓電陶瓷最大的特點就是具有壓電效應，壓電效應分為兩種：一是正壓電效應，二是逆壓電效應。正壓電效應是指當外界給予陶瓷片一定作用力時陶瓷片會產(chǎn)生振動，此時在作用面兩端產(chǎn)生電勢差，形成電流。地毯式發(fā)電裝置正是依據(jù)此原理制作。壓電陶瓷發(fā)電的方式有多種，地毯式發(fā)電裝置利用的是強制振動式發(fā)電，通過人在地毯上的走動對陶瓷片施加振幅迫使陶瓷片產(chǎn)生彎曲變形獲得能量，此時便會產(chǎn)生電壓電流，電壓電流的大小與人的作用力大小成正比關系。壓電陶瓷產(chǎn)生的是高電壓低電流，不便于電能的收集，為使發(fā)電裝置在較小的激勵強度下具有較強的電流輸出，對于地毯式發(fā)電裝置內(nèi)部的陶瓷片采用并聯(lián)的連接方式，除此之外每片陶瓷片的下端墊一同等大小的薄金屬片以增加導電性。由于陶瓷片產(chǎn)生的電流較小，不能直接為一些電器設備提供驅(qū)動電能，必須對其進行電量的收集。收集電量的裝置主要有電容和蓄電池兩種，由于電容不能長期儲能，故在實際的應用中采用蓄電池進行蓄電。由于陶瓷片可以產(chǎn)生較高電壓，為防止高電壓對外部設備造成不良影響，同時能保證電能能夠高效穩(wěn)定的輸出，需對輸出端進行電路匹配。壓電陶瓷振動發(fā)電不同于一般電源，壓電材料容性阻抗較大，在優(yōu)化電路設計時應選擇合適的電阻、電容負載，通過橋式整流電路以及穩(wěn)壓電路將電壓控制在一個較小的范圍內(nèi)。 該作品采用鍵盤式嵌入結(jié)構(gòu)，其下層是嵌入壓電發(fā)電片的橡膠層，下層橡膠在起到固定它們的同時，還可以起到絕緣的作用。下層橡膠帶有導線槽，將連接壓電發(fā)電片的導線嵌入其中，使導線排列整齊保證結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。中間為帶有緩沖橡膠墊的軟皮層，軟皮層不但可以起到緩沖絕緣的作用，還可以防止過大壓力給壓電發(fā)電片帶來損傷。并且軟皮層內(nèi)為圓柱形橡膠芯，通過它將力作用在壓電發(fā)電片上使壓電發(fā)電片產(chǎn)生壓電效應。最上層為毛皮和橡膠層的結(jié)合層，外層為毛皮層并且可以添加個性化的圖案等設計，內(nèi)層為薄橡膠層。得益于本作品的嵌入式結(jié)構(gòu)，在檢查與更換時非常的簡單方便。 “綠色發(fā)電地毯”裝置能夠發(fā)電的前提是其中的壓電陶瓷片產(chǎn)生“形變”。所以在應用方面，一可以將其放在人員流動較大的場合，如大型商場、賓館的門口，地鐵站通道等，將產(chǎn)生的電能進行收集、儲能，作為低功率用電設備的電源。二可以作為一些指示燈的電源，當人走過時其產(chǎn)生電能使指示燈發(fā)光，可以引導人們正確前行，如安全出口指示燈、地鐵出入口引導牌、旅游景點指示標等等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 傳統(tǒng)發(fā)電方式對環(huán)境的污染日益加重，有些資源是不可再生，低碳環(huán)保的發(fā)電方式是時代的要求。利用壓電陶瓷的壓電效應將被忽略的人行走的機械能轉(zhuǎn)化為電能就是“綠色發(fā)電地毯”的基本想法。將其放置在人流量較大的場合，經(jīng)發(fā)電和蓄能，即可用于應急瞬間照明，也可作為穩(wěn)定的移動電源，加入控制電路還可為無線傳感器或遙控器供電。該裝置的技術(shù)關鍵是如何解決壓電效應的高電壓、低電流及電能的收集問題。
科學性、先進性
- 綠色發(fā)電地毯的結(jié)構(gòu)由嵌入式模塊組成，內(nèi)部陶瓷片采用并聯(lián)方式連接，可以增大電能的輸出。外接整流穩(wěn)壓電路，對其產(chǎn)生的交流電進行整流穩(wěn)壓以滿足實際的需求。用蓄電池或電容對電能進行收集后加以利用。 與現(xiàn)有發(fā)電產(chǎn)品相比，綠色發(fā)電地毯將人走動的機械能轉(zhuǎn)化為電能并進行收集利用，對環(huán)境沒有任何的危害。并且其結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，經(jīng)濟實用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在第六屆“挑戰(zhàn)杯” 沈陽工業(yè)大學大學生課外學術(shù)科技作品競賽、第十屆“挑戰(zhàn)杯” 遼寧省大學生課外學術(shù)科技作品競賽中參加了評比。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- "綠色發(fā)電地毯"可鋪設在人流量大的場所，白天收集“地毯”產(chǎn)生的電能進行蓄電，晚間照明或作為一移動電源，用于所需之處；也可作為應急瞬間照明。采用壓電陶瓷并聯(lián)結(jié)構(gòu)，以增大電流；對產(chǎn)生的交流電進行整流穩(wěn)壓，便于收集蓄能。該裝置為模塊化結(jié)構(gòu)便于維修，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟實用，適用范圍廣。作為一種新型低碳環(huán)保產(chǎn)品，可以說市場前景廣闊。一經(jīng)面向市場必將受到消費者的青睞。
同類課題研究水平概述
- 本產(chǎn)品應用的是壓電陶瓷材料的正壓電效應，正壓電效應是指當外界給予陶瓷片一定作用力時陶瓷片會產(chǎn)生振動，此時在作用面兩端產(chǎn)生電勢差，形成電流。壓電陶瓷發(fā)電的優(yōu)點在于其發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單、無污染、能量密度大、具有較強的免維護性等特點，并且壓電陶瓷本身加工制造工藝簡單，價格低廉。因此，壓電成為了一種新興的供電方式。 當前國內(nèi)外對壓電材料的應用主要是利用其制作蜂鳴器、傳感器。在發(fā)電方面主要是利用其制作發(fā)電裝置，比如壓電發(fā)電機，而直接利用其發(fā)電的還比較少。對于壓電陶瓷內(nèi)部隱含的這部分能量如何有效的利用也成了一個新的研究課題，發(fā)電地毯正是對于這部分能量進行收集與利用，更大的拓寬了壓電陶瓷的應用面。并且相對于傳統(tǒng)的煤炭、石油發(fā)電，本裝置具有節(jié)能,環(huán)保,無污染等特點，迎合了現(xiàn)在綠色發(fā)展的時代主題。
