Enerji Toplanması: Ortamda bulunan ortam enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek

By Fouad Sabry

Enerji Hasadı Nedir?

Enerji hasadı, dış kaynaklardan enerji elde etme, bu enerjiyi yakalama ve küçük, kablosuz, otonom cihazlar tarafından kullanılmak üzere depolama eylemidir. Bu tür cihazlara örnek olarak, giyilebilir elektronik cihazlarda ve kablosuz sensör ağlarında kullanılanlar verilebilir.

Nasıl Yararlanacaksınız

(I) Hakkında içgörüler ve doğrulamalar aşağıdaki konular:

Bölüm 1: Enerji hasadı

Bölüm 2: Piezoelektrik

Bölüm 3: Nükleer elektrikli roket

Bölüm 4: Piroelektrik

Bölüm 5: Dönüştürücü

Bölüm 6: Atom pili

Bölüm 7: Elektronik bileşen

Bölüm 8: Betavoltaik cihaz

Bölüm 9: Optoelektrik nükleer pil

Bölüm 10: Hız Belirleyiciler

Bölüm 11: Mikrogüç

Bölüm 12: Termoelektrik jeneratör

Bölüm 13: Ultrasonik dönüştürücü

Bölüm 14: Titreşimle çalışan jeneratör

Bölüm 15: Otomotiv termoelektrik jeneratörü

Bölüm 16: Termal bakır sütun çıkıntısı

Bölüm 17: Nanojeneratör

Bölüm 18: Kendinden güç sağlayan dinamik sistemler

Bölüm 19: Termoelektrik pil

Bölüm 20: Fotovoltaik uygulamaları

Bölüm 21: Zhong Lin Wang

(II) Enerji hasadıyla ilgili en sık sorulan soruları yanıtlamak.

(III) Enerji hasadının birçok alanda kullanımına ilişkin gerçek dünyadan örnekler.

(IV) Enerji hasadı teknolojilerini 360 derece tam olarak anlamak için her sektörde 266 gelişmekte olan teknolojiyi kısaca açıklayan 17 ek.

Bu Kitap Kimin İçindir

Profesyoneller, lisans ve lisansüstü öğrenciler, meraklılar, hobiler ve her türlü enerji hasadı için temel bilgi veya bilgilerin ötesine geçmek isteyenler.

• Language: Türkçe
• Publisher: Bir Milyar Bilgili [Turkish]
• Release date: Nov 10, 2022

Book preview

Telif hakkı

Enerji Toplama Telif Hakkı © 2022 Fouad Sabry tarafından. Tüm Hakları Saklıdır.

Tüm hakları saklıdır. Bu kitabın hiçbir bölümü, yazarın yazılı izni olmaksızın, herhangi bir biçimde veya bilgi depolama ve alma sistemleri de dahil olmak üzere herhangi bir elektronik veya mekanik yolla çoğaltılamaz. Bunun tek istisnası, bir incelemede kısa alıntılar yapabilen bir hakem tarafından yapılır.

Fouad Sabry tarafından tasarlanan kapak.

Bu kitap bir kurgu eseridir. İsimler, karakterler, yerler ve olaylar ya yazarın hayal gücünün ürünleridir ya da kurgusal olarak kullanılır. Gerçek kişilere, yaşayan veya ölülere, olaylara veya mekanlara herhangi bir benzerlik tamamen tesadüfidir.

Bonus

[e-mail] adresine Enerji Hasadı: Çevrede bulunan ortam enerjisini elektrik enerjisine dönüştürme konu satırını içeren bir e-posta gönderebilir ve bu kitabın ilk birkaç bölümünü içeren bir e-posta alacaksınız.

Fouad Sabry

1BK web sitesini ziyaret edin

www.1BKOfficial.org

Önsöz

Bu kitabı neden yazdım?

Bu kitabı yazma hikayesi 1989 yılında İleri Düzey Öğrenciler Ortaokulu'nda öğrenciyken başladı.

Şu anda birçok gelişmiş ülkede mevcut olan STEM (Bilim, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik) Okulları gibidir.

STEM, öğrencileri dört özel disiplinde (bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik) disiplinlerarası ve uygulamalı bir yaklaşımla eğitme fikrine dayanan bir müfredattır. Bu terim genellikle okullarda bir eğitim politikasını veya müfredat seçimini ele almak için kullanılır. İşgücünün gelişimi, ulusal güvenlik endişeleri ve göç politikası üzerinde etkileri vardır.

Kütüphanede, her öğrencinin herhangi bir kitabı seçmekte ve 1 saat boyunca okumakta özgür olduğu haftalık bir ders vardı. Sınıfın amacı, öğrencileri eğitim müfredatı dışındaki konuları okumaya teşvik etmektir.

Kütüphanede, raflardaki kitaplara bakarken, 5 bölümden oluşan toplam 5.000 sayfalık devasa kitaplar fark ettim. Kitapların adı Teknoloji Ansiklopedisi, etrafımızdaki her şeyi tarif eden,yarı iletkenlere mutlak sıfır, o zamanlar hemen hemen her teknoloji, renkli illüstrasyonlar ve basit kelimelerle anlatıldı. Ansiklopediyi okumaya başladım ve tabii ki haftalık 1 saatlik derste bitiremedim.

Bu yüzden babamı ansiklopediyi satın almaya ikna ettim. Babam hayatımın başında benim için tüm teknoloji araçlarını, ilk bilgisayarı ve ilk teknoloji ansiklopedisini satın aldı ve her ikisinin de kendim ve kariyerim üzerinde büyük etkisi oldu.

Tüm ansiklopediyi bu yılın aynı yaz tatilinde bitirdim ve sonra evrenin nasıl çalıştığını ve bu bilgiyi günlük sorunlara nasıl uygulayacağımı görmeye başladım.

Teknolojiye olan tutkum 30 yıldan daha uzun bir süre önce başladı ve hala yolculuk devam ediyor.

Bu kitap, okuyuculara lisedeyken yaşadığım aynı şaşırtıcı deneyimi verme girişimim olan Gelişen Teknolojiler Ansiklopedisi nin bir parçası, ancak 20. yüzyıl teknolojileri yerine, 21.  yüzyılın gelişmekte olan teknolojileri, uygulamaları ve endüstri çözümleriyle daha çok ilgileniyorum.

Gelişen Teknolojiler Ansiklopedisi 365 kitaptan oluşacak, her kitap tek bir gelişen teknolojiye odaklanacak. Gelişmekte olan teknolojilerin listesini ve endüstriye göre kategorize edilmelerini kitabın sonundaki Çok Yakında bölümünde okuyabilirsiniz.

365 kitap, okuyuculara bir yıllık süre içinde her gün gelişen tek bir teknoloji hakkındaki bilgilerini artırma şansı veriyor.

Giriş

Bu kitabı nasıl yazdım?

Yükselen Teknolojiler Ansiklopedisinin her kitabında, insanların zihinlerinden anında, ham arama içgörüleri elde etmeye çalışıyorum, ortaya çıkan teknoloji hakkındaki sorularını cevaplamaya çalışıyorum.

Her gün 3 milyar Google araması var ve bunların% 20'si daha önce hiç görülmedi. İnsanların düşüncelerine doğrudan bir çizgi gibidirler.

Bazen bu 'Kağıt sıkışmasını nasıl gideririm' şeklindedir. Diğer zamanlarda, yalnızca Google ile paylaşmaya cesaret edebilecekleri can sıkıcı korkular ve gizli özlemlerdir.

Enerji Hasadı ile ilgili kullanılmayan bir içerik altın madeni fikrini keşfetme arayışımda, Google gibi arama motorlarından otomatik tamamlama verilerini dinlemek için birçok araç kullanıyorum, ardından her yararlı ifadeyi ve soruyu hızla ortaya koyuyorum, insanlar Enerji Hasat anahtar kelimesi etrafında soruyorlar.

İnsanların içgörüsü olan bir altın madeni, taze, ultra yararlı içerik, ürün ve hizmetler oluşturmak için kullanabilirim. Sizin gibi nazik insanlar gerçekten istiyor.

İnsan aramaları, insan ruhunda şimdiye kadar toplanan en önemli veri kümesidir. Bu nedenle, bu kitap canlı bir üründür ve tıpkı sizin ve benim gibi, bu yeni ortaya çıkan teknolojiyi merak eden ve bu konuda daha fazla bilgi edinmek isteyen insanlar tarafından sorulan Enerji Hasadı ile ilgili yeni sorular için giderek daha fazla cevapla sürekli güncellenmektedir.

Bu kitabı yazmanın yaklaşımı, insanların Enerji Hasadı etrafında nasıl arama yaptıklarını, kafamın tepesinden düşünmeyeceğim soruları ve sorguları ortaya çıkardıklarını ve bu soruları süper kolay ve sindirilebilir kelimelerle cevapladıklarını daha derin bir anlayış seviyesine getirmek ve kitapta basit bir şekilde gezinmektir.

Bu yüzden, bu kitabı yazmaya gelince, mümkün olduğunca optimize edilmiş ve hedeflenmiş olmasını sağladım. Bu kitabın amacı, insanların Enerji Hasadı hakkındaki bilgilerini daha iyi anlamalarına ve büyütmelerine yardımcı olmaktır. İnsanların sorularını mümkün olduğunca yakından cevaplamaya ve çok daha fazlasını göstermeye çalışıyorum.

İnsanların sahip olduğu soruları ve sorunları keşfetmenin ve onlara doğrudan cevap vermenin ve kitabın içeriğine içgörü, onaylama ve yaratıcılık eklemenin harika ve güzel bir yoludur - hatta sahalar ve teklifler. Kitap, başka türlü ulaşamayacağım zengin, daha az kalabalık ve bazen şaşırtıcı araştırma taleplerini ortaya çıkarıyor. Hiç şüphe yok ki, bu yaklaşımı kullanarak kitabı okuduktan sonra, potansiyel okuyucuların zihinlerinin bilgisini arttırması beklenmektedir.

Bu kitabın içeriğini her zaman taze kılmak için benzersiz bir yaklaşım uyguladım. Bu yaklaşım, arama dinleme araçlarını kullanarak insanların zihinlerini dinlemeye bağlıdır. Bu yaklaşım bana şu konularda yardımcı oldu:

Okuyucularla tam olarak bulundukları yerde tanışın, böylece bir akor vuran ve konuya daha fazla anlayış kazandıran alakalı içerik oluşturabilirim.

Parmağımı sıkıca nabızda tutun, böylece insanlar bu gelişmekte olan teknoloji hakkında yeni yollarla konuştuklarında güncellemeler alabilir ve zaman içindeki eğilimleri izleyebilirim.

İçeriğin alaka düzeyini artıran ve kazanan bir avantaj sağlayan beklenmedik içgörüleri ve gizli nişleri keşfetmek için ortaya çıkan teknoloji hakkında cevaplara ihtiyaç duyan soruların gizli hazinelerini ortaya çıkarın.

Bu kitabı yazmak için yapı taşı aşağıdakileri içerir:

(1) Okuyucuların istediği içerikle ilgili cesaret ve tahminde bulunmak için zaman harcamayı bıraktım, kitap içeriğini insanların ihtiyaç duyduğu şeylerle doldurdum ve spekülasyonlara dayanan sonsuz içerik fikirlerine veda ettim.

(2) İnsanların okumak istedikleri ve bilmek istedikleri şeylere - gerçek zamanlı olarak - ön sıralarda yer almak için sağlam kararlar aldım ve daha az risk aldım ve hangi konuların dahil edileceği ve hangi konuların hariç tutulacağı konusunda cesur kararlar almak için arama verilerini kullandım.

(3) Günlerce ve hatta haftalarca zaman kazanmak için bireysel görüşleri manuel olarak elemek zorunda kalmadan içerik fikirlerini tanımlamak için içerik üretimimi kolaylaştırdım.

İnsanların sadece sorularını cevaplayarak bilgilerini basit bir şekilde artırmalarına yardımcı olmak harikadır.

Bu kitabın yazma yaklaşımının harmanlandığı ve okuyucular tarafından arama motorlarında sorulan önemli soruları izlediği için benzersiz olduğunu düşünüyorum.

Teşekkür

Bir kitap yazmak düşündüğümden daha zor ve hayal edebileceğimden daha ödüllendirici. Bunların hiçbiri prestijli araştırmacılar tarafından tamamlanan çalışmalar olmadan mümkün olmazdı ve halkın bu gelişen teknoloji hakkındaki bilgisini artırma çabalarını kabul etmek isterim.

Özveri

Aydınlanmışlara, olayları farklı gören ve dünyanın daha iyi olmasını isteyenlere göre, statükoya veya mevcut devlete düşkün değiller. Onlarla çok fazla aynı fikirde olmayabilirsiniz ve onlarla daha da fazla tartışabilirsiniz, ancak onları görmezden gelemezsiniz ve onları küçümseyemezsiniz, çünkü her zaman bir şeyleri değiştirirler ... insan ırkını ileriye doğru iterler ve bazıları onları çılgın veya amatör olarak görürken, diğerleri dahi ve yenilikçiler olarak görür, çünkü dünyayı değiştirebileceklerini düşünecek kadar aydınlanmış olanlar, bunu yapan ve insanları aydınlanmaya yönlendirenlerdir.

Epigraf

Enerji hasadı, dış kaynaklardan enerji elde etme, bu enerjiyi yakalama ve küçük, kablosuz, özerk cihazlar tarafından kullanılmak üzere depolama eylemidir. Bu tür cihazlara örnek olarak giyilebilir elektronik cihazlarda ve kablosuz sensör ağlarında kullanılanlar verilebilir.

İçindekiler

Telif hakkı

Bonus

Önsöz

Giriş

Teşekkür

Özveri

Epigraf

İçindekiler

Bölüm 1: Enerji hasadı

Bölüm 2: Piezoelektrik

Bölüm 3: Nükleer elektrikli roket

Bölüm 4: Piroelektrik

Bölüm 5: Transdüser

Bölüm 6: Termoelektrik soğutma

Bölüm 7: Atomik pil

Bölüm 8: Elektronik bileşen

Bölüm 9: Optoelektrik nükleer batarya

Bölüm 10: Piezoelektrik sensör

Bölüm 11: Pacesetters

Bölüm 12: Termoelektrik jeneratör

Bölüm 13: Termoelektrik jeneratör

Bölüm 14: Titreşimle Çalışan Jeneratör

Bölüm 15: Otomotiv termoelektrik jeneratörü

Bölüm 16: Termal bakır sütun tümseği

Bölüm 17: Karbon nanotüp nanomotor

Bölüm 18: Kendi kendine çalışan dinamik sistemler

Bölüm 19: Termoelektrik pil

Bölüm 20: Termopil lazer sensörü

Bölüm 21: Zhong Lin Wang

Epilogue

Yazar Hakkında

Çok yakında

Ekler: Her Sektörde Gelişen Teknolojiler

Bölüm 1: Enerji hasadı

Güç toplama, enerji atma veya ortam gücü olarak da bilinen enerji toplama (EH), enerjinin dış kaynaklardan (güneş enerjisi, termal enerji, rüzgar enerjisi, tuzluluk gradyanları ve ortam enerjisi olarak da bilinen kinetik enerji gibi) türetildiği ve giyilebilir elektronik ve kablosuz sensör ağlarında kullanılanlar gibi küçük, kablosuz, özerk cihazlar tarafından kullanılmak üzere yakalandığı ve depolandığı süreçtir. Enerji hasadı bazen enerji süpürme olarak da adlandırılır.

Çoğu durumda, enerji biçerdöverleri yalnızca düşük enerjili cihazlara ihmal edilebilir miktarda güç sağlayabilir. Bazı büyük ölçekli jeneratörlere giriş yakıtı kaynaklara (petrol, kömür vb.) mal olsa bile, enerji biçerdöverleri için enerji kaynağı ortam arka plan enerjisi olarak mevcuttur. Örneğin, sıcaklık gradyanları yanmalı bir motorun çalışmasından kaynaklanabilir ve metropol alanlarda, radyo ve televizyon sinyallerinin iletilmesi nedeniyle atmosferde önemli miktarda elektromanyetik radyasyon vardır.

Kristal telsizler, ortamdan toplanan elektriği ortam elektromanyetik radyasyonu (EMR) şeklinde kullanan teknolojinin ilk örneklerinden biridir.

Sadece temel bileşenleri kullanarak ortam EMR'sinden enerji hasadının temellerini göstermek mümkündür.

Hem askeri hem de ticari sektörler, çevredeki enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren enerji toplama sistemlerine önemli miktarda ilgi göstermiştir. Bazı sistemler, okyanus dalgaları tarafından üretilenler gibi hareketi enerjiye dönüştürebilir ve daha sonra oşinografik izleme araçları tarafından görevlerini özerk olarak yerine getirmek için kullanılabilir. Gelecekte, uygulamalar, büyük sistemler için güvenilir güç istasyonları olarak hareket etmek üzere uzak bölgelere kurulan yüksek güç çıkışına sahip cihazları (veya bu tür cihazların dizilerini) içerebilir. Enerji toplama teknolojisinin bir başka kullanımı, telefonlar, mobil bilgisayarlar, radyo iletişim ekipmanları vb. gibi mobil cihazlara güç sağlamak veya şarj etmek için kullanılabileceği giyilebilir elektroniklerdedir. Tüm bu cihazların tehlikeli koşullarla uzun süreli temasa dayanabilmeleri için çok dayanıklı olmaları ve dalga hareketlerinin tüm spektrumundan yararlanabilmeleri için geniş bir dinamik hassasiyet aralığına sahip olmaları gerekir.

MEMS teknolojisi kullanılarak üretilenler gibi küçük, kendi kendine yeten sensörler, aynı zamanda yakalanabilen enerjiyle de güçlendirilebilir. Pil gücüne bağımlılık, genellikle oldukça kompakt olmalarına ve nispeten az elektrik kullanmalarına rağmen, bu cihazlar için uygulama aralığını kısıtlar. Akıllı sensörler, titreşimler, rüzgar, ısı veya ışık gibi çevresel faktörlerden enerji toplayabilirlerse sonsuza dek çalışmaya devam edebilirler.

Enerji toplama cihazlarından erişilebilen tipik güç yoğunlukları, büyük ölçüde söz konusu uygulamaya bağlıdır ve bu da jeneratörün büyüklüğü ve hasat jeneratörünün tasarımı üzerinde bir etkiye sahiptir.

Genel olarak, hareketle çalışan cihazlar için tipik değerler, insan vücuduyla çalışan uygulamalar için birkaç μW / cm³ ve makinelerden çalışan jeneratörler için yüzlerce μW / cm³'tür.

Bir kapasitör, bir süper kapasitör veya bir pil, enerjinin depolanabileceği yerlere örnektir. Bir uygulama büyük miktarda enerji patlaması gerektirdiğinde, kapasitörler genellikle tercih edilen bileşendir. Piller, cihazın diğer güç kaynaklarından daha az enerji sızdırdıkları için tutarlı bir enerji akışı sağlaması gerektiğinde kullanılır. Kullanılan pilin türü, pilin bu özellikleri üzerinde bir etkiye sahiptir. Nikel metal hidrit gibi daha geleneksel pil türleri günümüzde hala yaygın olarak kullanılmasına rağmen, kurşun asit ve lityum iyon piller bu amaçla kullanılan en yaygın pil türlerinden ikisidir. Pillerle karşılaştırıldığında, süper kapasitörler neredeyse sonsuz şarj-deşarj döngüsüne sahiptir ve sonuç olarak süresiz olarak çalışabilir. Bu, bakım ihtiyacını ortadan kaldırdıkları için onları Nesnelerin İnterneti ve kablosuz sensör cihazlarında kullanım için ideal kılar.

Bağımsız sensör ağları artık düşük güçlü enerji hasadı alanında çok dikkat çekiyor. Bu uygulamalarda, enerji artırılmadan ve kontrol edilmeden önce bir kondansatörde toplanır ve depolanır ve mikroişlemcide kullanılmak üzere ikinci bir depolama kondansatörüne veya bataryaya gönderilir.

Su çarkı ve yel değirmeni, enerji toplamak için kullanılan cihazların ilk örneklerinden ikisidir. Uzun yıllar boyunca, insanlar ısı ve titreşimlerden gelen enerjiyi depolamak için farklı yöntemler aradılar. Sensör ağlarına ve mobil cihazlara pil kullanmadan güç sağlama ihtiyacı, yenilikçi enerji toplama sistemleri arayışının arkasındaki başlıca motive edici güçlerden biridir. İklim değişikliği ve küresel ısınma sorunlarına çözüm bulma ihtiyacı, enerji toplama teknolojilerinin gelişimini yönlendiren bir diğer faktördür.

Endüstriyel ölçekte çalışan güneş, rüzgar veya dalga gücüne eşit çıktı sağlamak için genel olarak endüstriyel seviyeye ölçeklendirilemeyen küçük ölçekte çalışan birkaç enerji kaynağı vardır:

Genellikle otomatik saatler olarak bilinen bazı kol saatleri kinetik enerjiyle çalışır; bu durumda, enerji kolun hareketi ile üretilir. Ana yayının sargısı, kolun hareketinden kaynaklanır. Seiko'nun Kinetik olarak adlandırdığı daha yeni bir versiyonda, kuvars mekanizması bir batarya tarafından değil, elektromanyetik jeneratör içindeki bir mıknatısın hareketi ile güçlendirilmiştir. Hareket nedeniyle, akıda bir değişim hızı vardır, bu da bazı indüklenmiş emf'lerin bobinler tarafından üretilmesine neden olur. Bu fikir bir şekilde Faraday Yasası ile bağlantılıdır.

Fotovoltaik, güneş radyasyonunu (hem iç hem de dış mekanda) fotovoltaik etkiyi gösteren yarı iletkenleri kullanarak doğru akım elektriğine dönüştürerek enerji üretmenin bir yoludur. Bu hem açık havada hem de iç mekanlarda yapılabilir. Her biri fotovoltaik bir malzeme içeren bir dizi ayrı hücreye sahip olan güneş panelleri, fotovoltaik yoluyla elektrik üretme sürecinde kullanılır. Fotovoltaiklerin artık endüstriyel ölçekte üretilebileceğini ve var olan büyük güneş çiftlikleri olduğunu unutmayın.

TEG'ler olarak da bilinen termoelektrik jeneratörler, iki farklı malzeme arasındaki bağlantıdan ve bir sıcaklık gradyanının varlığından oluşur.

Birkaç bağlantıyı termal olarak paralel olarak bağlarken, bunları seri olarak elektriksel olarak bağlamak, büyük voltaj çıkışlarının üretilmesini sağlar.

Tipik performans, bağlantı noktası başına 100–300 μV/K'dır.

Bunlar, çeşitli endüstriyel makine parçalarından, yapılarından, hatta bir insanın vücudundan mWs enerji toplamak için kullanılabilir.

Çoğu durumda, ısı emiciler, istenen sıcaklık gradyanını elde etmek için onlarla birlikte kullanılır.

Mikro rüzgar türbinleri, kablosuz sensör düğümleri gibi düşük güçlü elektronik cihazlara güç sağlamak için kinetik enerji şeklinde çevrede kolayca erişilebilen rüzgar enerjisini toplamak için kullanılır. Bu tür bir enerji, çeşitli elektronik cihazlara güç sağlamak için kullanılabilir. Hava türbinin kanatlarından geçtiğinde, kanatların üstünde ve altında bulunan rüzgar hızları arasında net bir basınç farkı oluşur. Bu, türbinin elektrik üretmesine yardımcı olur. Bu