Human energy harvesting/th

การเก็บเกี่ยวพลังงานของมนุษย์เป็นคำที่ใช้เพื่ออธิบายการใช้ระบบที่ใช้ร่างกายมนุษย์เป็นแหล่งพลังงานหลักในการสร้างและกักเก็บพลังงาน (มักอยู่ในรูปของไฟฟ้า) ^[1]ระบบการเก็บเกี่ยวพลังงานของมนุษย์มักเป็นอุปกรณ์อัตโนมัติไร้สายขนาดเล็ก เช่น อุปกรณ์ที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่และเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย ในปัจจุบัน เครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานของมนุษย์ไม่สามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอสำหรับการทำงานทางกล แต่ให้พลังงานในปริมาณเล็กน้อยมากสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำ ในขณะที่เชื้อเพลิงที่ป้อนเข้าสู่การผลิตขนาดใหญ่ต้องเสียเงิน (น้ำมัน ถ่านหิน เป็นต้น) "เชื้อเพลิง" สำหรับเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานมีอยู่ตามธรรมชาติและถือว่าไม่มีค่าใช้จ่าย ตัวอย่างเช่น การไล่ระดับอุณหภูมิเกิดขึ้นจากการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายใน และในเขตเมือง ยังมีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมากในสิ่งแวดล้อมเนื่องจากการออกอากาศทางวิทยุและโทรทัศน์

การดำเนินการ

อุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานที่แปลงพลังงานโดยรอบเป็นพลังงานไฟฟ้าได้รับความสนใจอย่างมากทั้งในภาคการทหารและภาคพาณิชย์ ระบบบางระบบแปลงการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นทะเล เป็นไฟฟ้าเพื่อใช้โดยเซ็นเซอร์ตรวจสอบทางสมุทรศาสตร์สำหรับการทำงานอัตโนมัติ การใช้งานในอนาคตอาจรวมถึงอุปกรณ์เอาต์พุตพลังงานสูง (หรือชุดอุปกรณ์ดังกล่าว) ที่ติดตั้งในสถานที่ห่างไกลเพื่อทำหน้าที่เป็นสถานีพลังงานที่เชื่อถือได้สำหรับระบบขนาดใหญ่ การใช้งานอีกประการหนึ่งคือในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ ซึ่งอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานสามารถจ่ายไฟหรือชาร์จโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์พกพา อุปกรณ์สื่อสารวิทยุ เป็นต้น อุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้จะต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรในระยะยาว และมีความไวต่อพลวัตที่หลากหลายเพื่อใช้ประโยชน์จากคลื่นเคลื่อนที่ทุกสเปกตรัม

การสะสมพลังงาน

นอกจากนี้ยังสามารถเก็บพลังงานเพื่อจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์อัตโนมัติขนาดเล็ก เช่น เซ็นเซอร์ที่พัฒนาโดยใช้เทคโนโลยี MEMS ระบบเหล่านี้มักจะมีขนาดเล็กมากและต้องการพลังงานเพียงเล็กน้อย แต่การใช้งานของระบบเหล่านี้ถูกจำกัดด้วยการพึ่งพาพลังงานจากแบตเตอรี่ การเก็บพลังงานจากการสั่นสะเทือนในสิ่งแวดล้อม ลม ความร้อน หรือแสงอาจทำให้เซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถทำงานได้อย่างไม่มีกำหนดเวลา กลุ่มวิชาการและเชิงพาณิชย์หลายกลุ่มมีส่วนร่วมในการวิเคราะห์และพัฒนาเทคโนโลยีการเก็บพลังงานที่ขับเคลื่อนด้วยการสั่นสะเทือน รวมถึงกลุ่มควบคุมและพลังงานและกลุ่มอุปกรณ์ออปติคัลและเซมิคอนดักเตอร์ที่ Imperial College London, IMEC และ Holst Centre ซึ่งเป็นพันธมิตร^[2] MIT Boston, Georgia Tech, UC Berkeley, Southampton University, PMG Perpetuum, National University of Singapore และ Columbia University ^[3]

ความหนาแน่นของพลังงานโดยทั่วไปที่ได้จากอุปกรณ์เก็บพลังงานนั้นขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ (ซึ่งส่งผลต่อขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) และการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เก็บพลังงาน โดยทั่วไปแล้ว สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากการเคลื่อนที่ ค่าทั่วไปจะอยู่ที่ไม่กี่ค่าμ{\displaystyle \mu}W/cc สำหรับการใช้งานที่ขับเคลื่อนด้วยร่างกายมนุษย์และอีกหลายร้อยμ{\displaystyle \mu}W/cc สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากเครื่องจักร^[4]

ในทางปฏิบัติ สำหรับอุปกรณ์กำจัดพลังงานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ อุปกรณ์ส่วนใหญ่จะสร้างพลังงานเพียงไม่กี่มิลลิวัตต์เท่านั้น^[5]

การกักเก็บพลังงาน

โดยทั่วไป พลังงานสามารถเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุแบบซูเปอร์ หรือแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ใช้พลังงานเคมีที่เก็บไว้เพื่อให้พลังงานแก่ผู้ใช้ ตัวเก็บประจุจะใช้เมื่อแอปพลิเคชันจำเป็นต้องจ่ายพลังงานในปริมาณมาก แบตเตอรี่จะรั่วไหลพลังงานน้อยกว่า จึงใช้เมื่ออุปกรณ์จำเป็นต้องจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่อง

การใช้พลังอำนาจ

ในแอพพลิเคชั่นขนาดเล็ก (อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้) พลังงานจะเป็นไปตามวงจรต่อไปนี้: หลังจากถูกแปลง (เช่น โดยอินเวอร์เตอร์ AC/DC เป็น DC/DC) และเก็บไว้ในบัฟเฟอร์พลังงาน (เช่น แบตเตอรี่ คอนเดนเซอร์ ตัวเก็บประจุ เป็นต้น) พลังงานจะเดินทางผ่านไมโครโปรเซสเซอร์ (ติดตั้งเซ็นเซอร์เสริม) และถูกส่งต่อไป (โดยปกติจะเป็นแบบไร้สาย)

แรงจูงใจ

ประวัติศาสตร์ของการเก็บเกี่ยวพลังงานย้อนกลับไปถึงกังหันลมและกังหันน้ำ ผู้คนได้ค้นหาวิธีในการกักเก็บพลังงานจากความร้อนและแรงสั่นสะเทือนมานานหลายทศวรรษ แรงผลักดันประการหนึ่งเบื้องหลังการค้นหาอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานรูปแบบใหม่คือความปรารถนาที่จะให้พลังงานแก่เครือข่ายเซ็นเซอร์และอุปกรณ์พกพาโดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ การเก็บเกี่ยวพลังงานยังได้รับแรงผลักดันจากความปรารถนาที่จะแก้ไขปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและภาวะโลกร้อนอีกด้วย

อุปกรณ์

มีแหล่งพลังงานขนาดเล็กจำนวนมากที่โดยทั่วไปไม่สามารถขยายเป็นขนาดอุตสาหกรรมได้:

• คริสตัลหรือเส้นใยเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยเมื่อใดก็ตามที่มีการเสียรูปทางกลไก การสั่นสะเทือนจากเครื่องยนต์สามารถกระตุ้นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกได้ เช่นเดียวกับส้นรองเท้า
• นาฬิกาข้อมือบางเรือนใช้พลังงานจลน์ (เรียกว่านาฬิกาจลน์) ในกรณีนี้คือการเคลื่อนไหวของแขน การเคลื่อนไหวของแขนทำให้แม่เหล็กในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ การเคลื่อนไหวดังกล่าวทำให้ฟลักซ์เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำบนขดลวด แนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับกฎของฟาราเดย์
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG) ประกอบด้วยวัสดุที่ไม่เหมือนกันสองชนิดที่ต่อกันและมีการไล่ระดับความร้อน สามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าขาออกขนาดใหญ่ได้โดยการเชื่อมต่อจุดต่อต่างๆ จำนวนมากแบบอนุกรมและขนานกันทางไฟฟ้า ประสิทธิภาพโดยทั่วไปคือ 100-200 uV/°C ต่อจุดต่อจุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกสามารถใช้เพื่อจับพลังงาน mW จากอุปกรณ์อุตสาหกรรม โครงสร้าง และแม้แต่ร่างกายมนุษย์ โดยทั่วไปจะเชื่อมต่อกับตัวระบายความร้อนเพื่อปรับปรุงการไล่ระดับอุณหภูมิ
• กังหันลมขนาดเล็กใช้เพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานลมที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมในรูปแบบของพลังงานจลน์เพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำ เช่น โหนดเซ็นเซอร์ไร้สาย เมื่ออากาศไหลผ่านใบพัดของกังหันลม จะเกิดความแตกต่างของแรงดันสุทธิระหว่างความเร็วลมเหนือและใต้ใบพัด ซึ่งจะส่งผลให้เกิดแรงยกที่ทำให้ใบพัดหมุน สิ่งนี้เรียกว่าผลกระทบทางอากาศพลศาสตร์
• เสาอากาศพิเศษสามารถรวบรวมพลังงานจากคลื่นวิทยุรบกวนหรือแม้กระทั่งแสง (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ตามทฤษฎี^{[ จำเป็นต้องมีการตรวจสอบ ]}

แหล่งกำเนิดรังสีแวดล้อม

แหล่งพลังงานที่เป็นไปได้มาจากเครื่องส่งสัญญาณวิทยุที่มีอยู่ทั่วไป น่าเสียดายที่จำเป็นต้องมีพื้นที่รวบรวมขนาดใหญ่หรืออยู่ใกล้แหล่งกำเนิดพลังงานจึงจะได้รับระดับพลังงานที่มีประโยชน์จากแหล่งนี้

แนวคิดหนึ่งก็คือการออกอากาศพลังงาน RF เพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ระยะไกลโดยเจตนา ซึ่งปัจจุบันนี้ถือเป็นเรื่องธรรมดาในระบบระบุคลื่นความถี่วิทยุ (RFID) แบบพาสซีฟ แต่คณะกรรมการความปลอดภัยและการสื่อสารกลางแห่งสหรัฐอเมริกา (และหน่วยงานเทียบเท่าทั่วโลก) จำกัดพลังงานสูงสุดที่สามารถส่งได้ด้วยวิธีนี้

การเก็บเกี่ยวทางชีวกลศาสตร์

นอกจากนี้ ยังมีการสร้างเครื่องเก็บพลังงานแบบชีวกลศาสตร์ด้วย โดยรุ่นปัจจุบันคือเครื่องเก็บพลังงานแบบชีวกลศาสตร์ของ Max Donelan ซึ่งรัดรอบหัวเข่า^[6]อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้ 2.5 วัตต์ต่อหัวเข่า ซึ่งเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้โทรศัพท์มือถือได้ประมาณ 5 เครื่อง

การเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าพีโซอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกจะแปลงความเครียดเชิงกลเป็นกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า ความเครียดดังกล่าวอาจมาจากแหล่งต่างๆ มากมาย การเคลื่อนไหวของมนุษย์ การสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวความถี่ต่ำ และเสียงรบกวนเป็นตัวอย่างที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวัน ยกเว้นในบางกรณี ปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกจะทำงานในกระแสสลับซึ่งต้องใช้อินพุตที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาที่ความถี่เรโซแนนซ์เชิงกลจึงจะมีประสิทธิภาพ

แหล่งพลังงานไฟฟ้าพีโซอิเล็กทริกส่วนใหญ่ผลิตพลังงานในระดับมิลลิวัตต์ ซึ่งน้อยเกินไปสำหรับการใช้งานระบบ แต่เพียงพอสำหรับอุปกรณ์พกพา เช่น นาฬิกาข้อมือไขลานอัตโนมัติที่วางจำหน่ายทั่วไป ข้อเสนอประการหนึ่งคือ แหล่งพลังงานไฟฟ้าพีโซอิเล็กทริกใช้สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น ในอุปกรณ์ที่เก็บเกี่ยวพลังงานไมโครไฮดรอลิก ในอุปกรณ์นี้ การไหลของของเหลวไฮดรอลิกที่มีแรงดันจะขับเคลื่อนลูกสูบที่เคลื่อนที่ไปมาซึ่งได้รับการรองรับโดยองค์ประกอบพีโซอิเล็กทริกสามองค์ประกอบ ซึ่งจะแปลงความผันผวนของแรงดันให้เป็นกระแสไฟฟ้าสลับ

ระบบเพียโซอิเล็กทริกสามารถแปลงการเคลื่อนไหวจากร่างกายมนุษย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ DARPA ได้ให้ทุนสนับสนุนความพยายามในการควบคุมพลังงานจากการเคลื่อนไหวของขาและแขน แรงกระแทกจากรองเท้า และความดันโลหิตเพื่อพลังงานระดับต่ำสำหรับเซ็นเซอร์ที่ฝังได้หรือสวมใส่ได้ นาโนบรัชของดร. จง หลิน หวัง เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานเพียโซอิเล็กทริก^[7]สามารถผสานเข้ากับเสื้อผ้าได้ จำเป็นต้องมีการออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อลดความไม่สบายของผู้ใช้ แหล่งเก็บเกี่ยวพลังงานเหล่านี้มีผลกระทบต่อร่างกาย โครงการกำจัดพลังงานจากการสั่นสะเทือน^[8]เป็นอีกโครงการหนึ่งที่จัดตั้งขึ้นเพื่อพยายามกำจัดพลังงานไฟฟ้าจากการสั่นสะเทือนและการเคลื่อนไหวในสิ่งแวดล้อม

การใช้วัสดุเพียโซอิเล็กทริกเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานนั้นได้รับความนิยมแล้ว วัสดุเพียโซอิเล็กทริกมีความสามารถในการแปลงพลังงานความเครียดเชิงกลให้เป็นประจุไฟฟ้า องค์ประกอบเพียโซถูกฝังไว้ในทางเดิน^{[9] [10] เพื่อกู้คืน "พลังงานคน" จากฝีเท้า นอกจากนี้ยังสามารถฝังไว้ในกระเป๋าเป้ [11]}และรองเท้า^[12]เพื่อกู้คืน "พลังงานการเดิน"ได้อีกด้วย

การเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าไพโรอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์ไพโรอิเล็กทริกจะแปลงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า ซึ่งคล้ายคลึงกับปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นอีกประเภทหนึ่งของพฤติกรรมของเฟอร์โรอิเล็กทริก เช่นเดียวกับเพียโซอิเล็กทริก ปรากฏการณ์ไพโรอิเล็กทริกต้องการอินพุตที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาและต้องประสบปัญหาเอาต์พุตพลังงานต่ำในการใช้งานเก็บเกี่ยวพลังงาน ข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งของไพโรอิเล็กทริกเหนือเทอร์โมอิเล็กทริกคือวัสดุไพโรอิเล็กทริกจำนวนมากมีเสถียรภาพสูงถึง 1,200 องศาเซลเซียสหรือมากกว่า ทำให้เก็บเกี่ยวพลังงานจากแหล่งที่มีอุณหภูมิสูงได้ จึงเพิ่มประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตาม มีอุปกรณ์กำจัดไพโรอิเล็กทริกที่เพิ่งเปิดตัวเมื่อไม่นานมานี้ซึ่งไม่ต้องการอินพุตที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา อุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานใช้สนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการดีโพลาไรซ์ที่ขอบของไพโรอิเล็กทริกที่ได้รับความร้อนเพื่อแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลแทนที่จะดึงกระแสไฟฟ้าออกจากแผ่นโลหะสองแผ่นที่ติดอยู่กับหน้าผลึก ยิ่งไปกว่านั้น ขั้นตอนของเครื่องยนต์ความร้อนไพโรอิเล็กทริกแบบใหม่สามารถเรียงซ้อนกันเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของคาร์โนต์ได้^[13]

เทอร์โมอิเล็กทริก

ในปี ค.ศ. 1821 โทมัส โยฮันน์ ซีเบกได้ค้นพบว่าการไล่ระดับความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างตัวนำที่ไม่เหมือนกันสองเส้นจะก่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้า หัวใจสำคัญของปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริกคือความจริงที่ว่าการไล่ระดับอุณหภูมิในวัสดุตัวนำส่งผลให้เกิดการไหลของความร้อน ซึ่งส่งผลให้ตัวพาประจุแพร่กระจาย การไหลของตัวพาประจุระหว่างบริเวณร้อนและเย็นจะทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1834 ฌอง-ชาร์ลส์ อาธานาเซ เพลเทียร์ได้ค้นพบว่าการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านรอยต่อของตัวนำที่ไม่เหมือนกันสองเส้นอาจทำให้กระแสไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นเครื่องทำความร้อนหรือเครื่องทำความเย็นได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ความร้อนที่ดูดซับหรือผลิตขึ้นจะแปรผันตามกระแสไฟฟ้า และค่าคงที่ของสัดส่วนนี้เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์เพลเทียร์ ปัจจุบัน วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกสามารถใช้เป็นเครื่องทำความร้อน เครื่องทำความเย็น และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (TEG) ได้ เนื่องจากมีความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์ซีเบกและเพลเทียร์

วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกในอุดมคติมีค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคสูง มีสภาพนำไฟฟ้าสูง และมีสภาพนำความร้อนต่ำ จำเป็นต้องมีสภาพนำความร้อนต่ำเพื่อรักษาระดับความร้อนสูงที่จุดเชื่อมต่อ โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกมาตรฐานที่ผลิตขึ้นในปัจจุบันประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์บิสมัทเทลลูไรด์เจือปน P และ N ที่ประกบอยู่ระหว่างแผ่นเซรามิกเคลือบโลหะสองแผ่น แผ่นเซรามิกเพิ่มความแข็งแกร่งและฉนวนไฟฟ้าให้กับระบบ เซมิคอนดักเตอร์เชื่อมต่อทางไฟฟ้าแบบอนุกรมและขนานกัน

เทอร์โมคัปเปิลขนาดเล็กได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแปลงความร้อนในร่างกายให้เป็นพลังงานไฟฟ้าและสร้างพลังงาน 40μW ที่ 3 Vโดยมีการไล่ระดับอุณหภูมิ 5 องศา ในขณะที่อีกด้านหนึ่ง เทอร์โมคัปเปิลขนาดใหญ่จะถูกใช้ในแบตเตอรี่ RTG นิวเคลียร์

ตัวอย่างในทางปฏิบัติ ได้แก่ เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจด้วยนิ้วโดย Holst Centre และเครื่องกำเนิดความร้อนโดย Fraunhofer Gesellschaft ^{[14] [15]}

ข้อดีของเทอร์โมอิเล็กทริก:

1. ชิ้นส่วนที่ไม่เคลื่อนไหวทำให้ทำงานต่อเนื่องได้หลายปี Tellurex (บริษัทผลิตเทอร์โมอิเล็กทริก) อ้างว่าเทอร์โมอิเล็กทริกสามารถทำงานได้คงที่นานกว่า 100,000 ชั่วโมง
2. เทอร์โมอิเล็กทริกไม่มีวัสดุที่ต้องเติมใหม่
3. สามารถสลับโหมดทำความร้อนและทำความเย็นได้

ข้อเสียประการหนึ่งของการแปลงพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกคือประสิทธิภาพต่ำ (ปัจจุบันต่ำกว่า 10%) การพัฒนาวัสดุที่สามารถใช้งานในอุณหภูมิที่สูงขึ้น และสามารถนำไฟฟ้าได้ดีโดยไม่นำความร้อนด้วย (ซึ่งเมื่อไม่นานนี้ถือว่าเป็นไปไม่ได้) จะส่งผลให้มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น

งานในอนาคตเกี่ยวกับเทอร์โมอิเล็กทริกอาจเป็นการแปลงความร้อนที่สูญเสียไป เช่น ในการเผาไหม้เครื่องยนต์รถยนต์ ให้เป็นไฟฟ้า

การเก็บเกี่ยวพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า

เทคนิคนี้จะรวบรวมพลังงานในขณะที่แม่เหล็กสั่นสะเทือนเคลื่อนผ่านขดลวด ตัวอย่างเช่น ระบบของ PMG Perpetuum ที่ใช้ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี^{[16] [17]}

การเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าสถิต (ความจุ)

การเก็บเกี่ยวประเภทนี้ขึ้นอยู่กับความจุที่เปลี่ยนแปลงของวาแรกเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนจะแยกแผ่นของวาแรกเตอร์ที่มีประจุเริ่มต้น (ตัวเก็บประจุแบบแปรผัน) ออกจากกัน และพลังงานกลจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า ตัวอย่างของเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานไฟฟ้าสถิตที่มีการเก็บพลังงานแบบฝังอยู่คือM2E Power Kinetic Batteryอีกตัวอย่างหนึ่งคือ Flexible Integrated Energy Device (FIED) ของ CSIRO ^[18]

การเก็บเกี่ยวพลังงานจากน้ำตาลในเลือด

อีกวิธีหนึ่งในการเก็บเกี่ยวพลังงานคือผ่านกระบวนการออกซิเดชันของน้ำตาลในเลือด เครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานเหล่านี้เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ฝังไว้ในร่างกาย (เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ เซ็นเซอร์ชีวภาพที่ฝังไว้ในร่างกายสำหรับผู้ป่วยเบาหวาน อุปกรณ์ RFID แบบแอ็คทีฟที่ฝังไว้ในร่างกาย เป็นต้น) ปัจจุบัน กลุ่ม Minteer แห่งมหาวิทยาลัย Saint Louis ได้ผลิตเอนไซม์ที่สามารถใช้ในการสร้างพลังงานจากน้ำตาลในเลือด อย่างไรก็ตาม เอนไซม์เหล่านี้ยังคงต้องได้รับการเปลี่ยนใหม่หลังจากผ่านไปสองสามปี^[19]

การเก็บเกี่ยวพลังงานจากการเผาผลาญของต้นไม้

บริษัท Voltree ได้พัฒนาวิธีการเก็บเกี่ยวพลังงานจากต้นไม้ โดยเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์ระยะไกลและเครือข่ายแบบตาข่ายเพื่อใช้เป็นพื้นฐานสำหรับระบบการใช้งานระยะยาวเพื่อตรวจสอบไฟป่าและสภาพอากาศในป่า เว็บไซต์ของบริษัทระบุว่าอายุการใช้งานของอุปกรณ์ดังกล่าวควรจำกัดอยู่ที่อายุของต้นไม้ที่อุปกรณ์นั้นติดอยู่เท่านั้น ล่าสุดบริษัทได้นำเครือข่ายทดสอบขนาดเล็กไปติดตั้งในป่าอุทยานแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา^[20]

ทิศทางในอนาคต

มีการเสนอให้ใช้พอลิเมอร์อิเล็กโตรแอคทีฟ (EAP) ในการเก็บเกี่ยวพลังงาน พอลิเมอร์เหล่านี้มีความเครียดสูง มีความหนาแน่นของพลังงานยืดหยุ่น และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง มีการเสนอว่าน้ำหนักรวมของระบบที่ใช้ EAP จะต่ำกว่าระบบที่ใช้วัสดุเพียโซอิเล็กทริกอย่างมาก

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดนาโน เช่น เครื่องที่ผลิตโดยสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย อาจเป็นวิธีใหม่ในการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่^[21]แม้ว่าปัจจุบัน (2008) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดนาโนวัตต์จะผลิตได้เพียงไม่กี่สิบนาโนวัตต์เท่านั้น ซึ่งถือว่าน้อยเกินไปสำหรับการใช้งานใดๆ

ดูเพิ่มเติม

• โพฟโวลตาล:พลังงาน
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกสำหรับยานยนต์
• เอ็นโอเชียน
• การพัฒนาพลังงานแห่งอนาคต
• IEEE 802.15 อัลตราไวด์แบนด์ (UWB)
• รายชื่อแหล่งพลังงาน
• รายชื่อหัวข้อพลังงาน
• เพลเทียร์
• ระบบระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์ (RTL)
• เครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์
• เครื่องกำเนิดความร้อน
• เครือข่ายเซ็นเซอร์แบบยูบิควิทัส
• ยานบินไร้คนขับสามารถใช้พลังงานจากการเก็บเกี่ยวพลังงานได้
• การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย
• เครื่องยนต์อากาศร้อนเทอร์โมอะคูสติก

อ้างอิง

ลิงค์ภายนอก

บทวิจารณ์ทั่วไป

• การเปรียบเทียบเทคนิคการเก็บเกี่ยวพลังงานและปัญหาการจัดเก็บพลังงานที่เกี่ยวข้อง
• การกำจัดพลังงานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่และไร้สาย
• การเก็บเกี่ยวพลังงานโดยรอบจะทำให้อุปกรณ์ฝังตัวทำงานโดยอัตโนมัติ
• การดำเนินการของเวิร์กช็อป PowerMEMS
• อัปเดตความเคลื่อนไหวล่าสุดของอุตสาหกรรมทุกวัน
• ศูนย์ระบบวัสดุเก็บเกี่ยวพลังงาน
• การเก็บพลังงานสำหรับระบบตรวจติดตามสุขภาพแบบสวมใส่ที่ใช้พลังงานด้วยตนเอง
• วารสารการเก็บเกี่ยวพลังงาน
• เอกสารไวท์เปเปอร์ Sentilla: การเก็บเกี่ยวพลังงาน

การเคลื่อนไหว/การสั่นสะเทือน

• การเก็บเกี่ยวพลังงานจากการเคลื่อนไหวของมนุษย์และเครื่องจักรสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไร้สาย

พีโซอิเล็กทริก

• บทเรียนการทำเซรามิกเพียโซ
• การเก็บเกี่ยวพลังงานด้วยวัสดุผสมเส้นใยเซรามิกพีโซอิเล็กทริก
• การค้นหาพลังงาน
• งานความร้อนเทอร์โมอะคูสติกแบบเพียโซ->เสียง->ไฟฟ้าโดย Symko ในยูทาห์

โซลาร์เซลล์

• Luque, Antonio. คู่มือวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ c2003 John Wiley and Sons
• ลักษณะโครงสร้างและลักษณะทางโฟโตอิเล็กโทรเคมีของอิเล็กโทรด ZnO ผลึกระดับนาโนด้วยอีโอซิน-วาย

เทอร์โมคัปเปิล

• การพัฒนาเทอร์โมคัปเปิลเซรามิกแบบฟิล์มบางสำหรับสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง
• บทนำเกี่ยวกับเทอร์โมอิเล็กทริก

ลม

• วิธีการใหม่ในการเก็บเกี่ยวพลังงานลมผ่านการสั่นสะเทือนแบบเพียโซอิเล็กทริกสำหรับเซ็นเซอร์อัตโนมัติพลังงานต่ำ

ทิศทางในอนาคต

• ศูนย์วัสดุและระบบการเก็บเกี่ยวพลังงาน
• [ พอลิเมอร์อิเล็กโตรสตริกทีฟสำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานกล ]
• คณะดูโอจาก MIT พบกับ "Crowd Farm" ที่ขับเคลื่อนโดยมนุษย์ 25 กรกฎาคม 2550
• การเก็บเกี่ยวพลังงานสำหรับ UAV ในอนาคต
• โครงการแท็กเครือข่ายแอคทีฟเพื่อการเก็บเกี่ยวพลังงานที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย

ข้อมูลหน้า

คำสำคัญ	วิศวกรรมไฟฟ้า , พลังงานมนุษย์ , การแปลงพลังงาน , การอนุรักษ์พลังงาน , ไมโครเทคโนโลยี , การผลิตพลังงาน , ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน	SDG07 พลังงานราคาประหยัดและสะอาด
ผู้เขียน	เควีดีพี
ใบอนุญาต	สงวนลิขสิทธิ์ © 2018
ภาษา	ภาษาอังกฤษ (en)
ที่เกี่ยวข้อง	0 หน้าย่อย 0 หน้า ลิงก์ที่นี่
ผลกระทบ	2,902 ผู้เข้าชมเพจ ( เพิ่มเติม )
สร้าง	9 ตุลาคม2552โดยKVDP
ปรับปรุงล่าสุด	2 พฤษภาคม2024โดยKathy Nativi
อ้างเป็น	KVDP (2009–2024). "การเก็บเกี่ยวพลังงานของมนุษย์" Appropedia สืบค้นเมื่อ 6 พฤศจิกายน 2024
การสอบถาม API	พื้นฐาน , ความหมาย , html , ไฟล์ , เพิ่มเติม