Giới thiệu Công nghệ thu hoạch năng lượng là công nghệ "thu hoạch" (thu hoạch) năng lượng loãng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau trong môi trường xung quanh

Giới thiệu Công nghệ thu hoạch năng lượng là công nghệ "thu hoạch" (thu hoạch) năng lượng loãng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau trong môi trường xung quanh

    Công nghệ bề mặt - 2 - 334 1.

    Giới thiệu Công nghệ thu hoạch năng lượng là công nghệ "thu hoạch" (thu hoạch) năng lượng loãng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau trong môi trường xung quanh, chẳng hạn như ánh sáng, rung động, nhiệt và sóng vô tuyến, và chuyển đổi nó thành năng lượng điện 1-3). Còn được gọi là công nghệ thu hoạch năng lượng. Việc thu hoạch năng lượng từ môi trường xung quanh gợi ý đến các cơ sở sản xuất điện quy mô lớn như năng lượng mặt trời lớn, năng lượng gió, thủy điện, địa nhiệt và năng lượng sóng. Không bao gồm trong việc thu hoạch năng lượng. Cái gọi là thu hoạch năng lượng là một công nghệ chuyển đổi năng lượng có thể được sử dụng làm nguồn điện độc lập cho các thiết bị điện tử nhỏ, với công suất từ ​​μW đến mW, nhiều nhất là vài watt.

    Trước đây, công nghệ sản xuất điện quy mô nhỏ như vậy có giới hạn sử dụng, nhưng những tiến bộ gần đây trong công nghệ tiêu thụ điện năng thấp đã mở rộng ứng dụng của nó. Đặc biệt, sự quan tâm ngày càng tăng đến Internet of Things (IoT), hệ thống vật lý mạng (CPS) và nghìn tỷ cảm biến đã dẫn đến sự xuất hiện của các công nghệ quan trọng để hiện thực hóa ổ cấp điện độc lập cho cảm biến không dây. Do đó, ngày càng có nhiều kỳ vọng về thu thập năng lượng. Với trình độ công nghệ thu hoạch năng lượng hiện nay, nó không phải là một công nghệ cung cấp điện có thể được sử dụng phổ biến ở mọi nơi, nhưng nghiên cứu trên toàn thế giới đang trở nên tích cực hơn qua từng năm, và tiến bộ công nghệ là đáng chú ý. Bài báo này phác thảo các xu hướng mới nhất trong công nghệ thu hoạch năng lượng và mô tả mối quan hệ của nó với công nghệ bề mặt. 2.

    Tổng quan về công nghệ 2.1 Các công nghệ thu năng lượng khác nhau Như đã đề cập ở trên, thu năng lượng là việc chuyển đổi ánh sáng, độ rung, nhiệt, sóng vô tuyến và các năng lượng thưa thớt khác trong môi trường thành năng lượng điện. Tuy nhiên, không phải tất cả năng lượng nhiệt đều có thể được sử dụng, vì vậy sẽ chính xác hơn nếu gọi nó là năng lượng dị ứng (năng lượng hiệu quả).

    Ngoài dị ứng chênh lệch nhiệt độ, ví dụ, dị ứng chênh lệch áp suất, dị ứng chênh lệch độ ẩm và dị ứng chênh lệch nồng độ có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện. Bởi vì có nhiều dạng năng lượng khác nhau (dị ứng) trong môi trường, nên cũng có nhiều công nghệ khác nhau để chuyển đổi chúng thành năng lượng điện. Do đó, thuật ngữ thu hoạch năng lượng bao gồm nhiều công nghệ khác nhau. Cụ thể, các công nghệ được liệt kê trong Bảng 1 là mục tiêu chính của các nghiên cứu và phát triển khác nhau. Sau đây, chúng tôi sẽ giới thiệu các xu hướng nghiên cứu và phát triển gần đây để sử dụng thực tế các công nghệ thu hoạch năng lượng riêng lẻ và các công nghệ liên quan. 2.2 Công nghệ sử dụng năng lượng ánh sáng Có nhiều ánh sáng nhìn thấy được phát ra từ mặt trời và ánh sáng trong nhà trong môi trường.

    Một số nguồn sáng bao gồm tia cực tím gần hoặc tia hồng ngoại gần. Cái gọi là pin mặt trời tương ứng với công nghệ thu năng lượng sử dụng sóng điện từ môi trường với ánh sáng nhìn thấy được hoặc bước sóng gần nhìn thấy được. Có nhiều công nghệ pin mặt trời khác nhau, nhưng trong số đó, công nghệ đang thu hút sự chú ý từ quan điểm thu năng lượng là công nghệ có thể tạo ra năng lượng hiệu quả từ ánh sáng tự nhiên như trong bóng râm hoặc trời nhiều mây, hoặc từ ánh sáng trong nhà.

    Pin mặt trời silicon vô định hình của TDK và Panasonic được sử dụng trong các sản phẩm thực tế như máy tính và đồng hồ đeo tay. Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm và pin mặt trời perovskite đang thu hút sự chú ý vì công nghệ pin mặt trời hiệu quả hơn pin mặt trời silicon vô định hình trong môi trường trong nhà.

    0093 Xu hướng mới nổi trong công nghệ thu hoạch năng lượng Keiji TAKEUCHI, Viện tư vấn quản lý dữ liệu NTT, Inc. tầng, Tòa nhà JA Kyosai, 2-7-9, Hirakawa-cho, Chiyoda-ku, Tokyo 102- 0093) DM-DM-DM-DM-DM-DM RICKKEN Từ khóa: Thu hoạch năng lượng, Internet of Things ----- -------------------------------------------------- ---------―――――――――――――――――――――――――――――――― Tính năng đặc biệt nhỏ: Thu hoạch năng lượng (Thu hoạch năng lượng ) ------------------------------------------------- -------------------------- Nguồn năng lượng Các công nghệ thu hoạch năng lượng chính Ánh sáng nhìn thấy Các loại pin mặt trời khác nhau (pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm, pin mặt trời perovskite, mỏng hữu cơ -các tế bào năng lượng mặt trời, v.v.) Năng lượng cơ học Cảm ứng điện từ, cảm ứng tĩnh điện (điện từ, polyme hoạt tính, điện hóa tribonat, v.v.), hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ trở ngược Năng lượng nhiệt Động cơ nhiệt, v.v. Năng lượng sóng vô tuyến Rectenna Khác Tế bào nhiên liệu sinh học, nhiên liệu vi sinh tế bào, vv Bảng 1 Các công nghệ thu hoạch năng lượng chính - 3 - Tập. Đối với pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm, Fujikura đã bắt đầu bán các mẫu mô-đun đã vượt qua các bài kiểm tra độ bền khác nhau. Ricoh cũng đã phát triển một pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm ở trạng thái hoàn toàn rắn. Pin mặt trời Perovskite là công nghệ ra đời năm 2009 tại Phòng thí nghiệm Miyasaka của Đại học Toin, Yokohama, nhưng hiện các nhóm nghiên cứu ở Châu Âu và Hàn Quốc đang cạnh tranh để nâng cao hiệu quả chuyển đổi. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng đã vượt quá 22% và được cho là còn nhiều khả năng để cải thiện. Các nhà nghiên cứu về pin mặt trời hữu cơ trên toàn thế giới đang tham gia nghiên cứu về pin mặt trời perovskite, và dự kiến ​​sẽ sớm được thương mại hóa (Hình 1) 4). Hiện tại, pin mặt trời có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao nhất cho ánh sáng mặt trời và ánh sáng trong nhà là pin mặt trời GaAs màng mỏng (không bao gồm loại sử dụng bộ tập trung và công nghệ đa điểm nối). Pin mặt trời GaAs màng mỏng được sản xuất và bán bởi Alta Devices, một công ty liên doanh của Mỹ. Do giá mô-đun của công ty quá cao, rất khó để phát triển các thị trường khác ngoài các ứng dụng quân sự. 2.3 Công nghệ sử dụng năng lượng cơ học Để biến đổi cơ năng thành điện năng, đầu tiên, năng lượng cơ học tồn tại trong môi trường được đưa vào thiết bị, sau đó cơ năng được chuyển hóa thành điện năng theo quy trình từng bước (Hình 2). Phương pháp trước đây để thu năng lượng cơ học trong môi trường vào thiết bị bao gồm (1) phương pháp trong đó thiết bị bị biến dạng bởi ngoại lực, (2) phương pháp trong đó các cánh quạt nhận luồng không khí hoặc nước, và ( 3) thay đổi gia tốc của môi trường bên ngoài Có các phương pháp như được gọi là tạo lực rung sử dụng lực quán tính được tạo ra trong trọng lượng bên trong bằng (rung hoặc va chạm). Các công tắc chiếu sáng được bán bởi EnOcean ở Đức và Pulse Switch ở Hoa Kỳ được thương mại hóa bằng phương pháp (1). Nguồn được tạo ra bằng cách nhấn vào công tắc bằng ngón tay và tín hiệu điều khiển BẬT / TẮT chiếu sáng được truyền không dây. Nó có ưu điểm là loại bỏ nhu cầu đi dây điện bên trong các bức tường và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay đổi bố cục, và đang trở nên phổ biến chủ yếu ở Châu Âu. Ví dụ về cách sử dụng thực tế của phương pháp (2) bao gồm vòi nước tự động cho nhà vệ sinh do LIXIL và TOTO bán. Dòng chảy của nước được sử dụng để tạo ra điện để điều khiển cảm biến hồng ngoại và van điện từ. Là một ứng dụng thực tế của phương pháp (3), có một thiết bị tạo rung động được bán bởi Perpetuum ở Vương quốc Anh. Có nhiều loại cộng hưởng với tần số môi trường và khuếch đại công suất tạo ra Sản phẩm được điều chỉnh đến 50/60/100/120 Hz giả sử rằng nguồn rung động là động cơ dao động đồng bộ với tần số của nguồn điện thương cung cấp. đang được bán. Hình 1 Các tế bào năng lượng mặt trời Perovskite với các cấu trúc khác nhau Hấp thụ năng lượng cơ học vào các thiết bị phát điện từ môi trường bên ngoài G G G Lực x Mật độ dịch chuyển x Vận tốc 3 Gia tốc 2 Chuyển đổi thành năng lượng Đẩy, bước, đánh, uốn cong Chạy, bơi lội Đi bộ, xoay chân tay, v.v. N S ++++ - --- Hình 2 Công nghệ tạo điện từ năng lượng cơ học Công nghệ bề mặt - 4 - 336 Đánh giá Khi tần số thay đổi, tôi không thể đối phó được. Ngoài ra, nó không tương thích với động cơ loại biến tần có tần số dao động. Do đó, để tạo ra nguồn điện hiệu quả ngay cả với các rung động môi trường chung hơn, nghiên cứu sâu rộng đã được tiến hành trên các thiết bị tạo ra rung động tương thích với nguồn rung băng thông rộng hoặc có thể tự động điều chỉnh theo tần số phổ biến trong môi trường. Là một phương pháp để mở rộng băng thông, loại sử dụng tính phi tuyến của lò xo, đặc biệt là loại sử dụng cấu trúc bistable (ví dụ, cấu trúc có hai điểm ổn định như công tắc cơ học) đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Tuy nhiên, do đến những lý do như hoạt động không ổn định phụ thuộc vào điều kiện rung động nên chưa đạt được mức độ sử dụng thực tế. Mặt khác, Tập đoàn Takenaka và Panasonic đang tạo mẫu hai thiết bị điểm khối lượng. Nó không thú vị về mặt học thuật, nhưng người ta tin rằng nó sẽ sớm được đưa vào sử dụng trong thực tế. Mặt khác, quy trình sau của quy trình hai bước, nguyên tắc chuyển đổi năng lượng cơ học bên trong thiết bị thành năng lượng điện, được biết có bốn loại: cảm ứng điện từ, hiệu ứng áp điện, cảm ứng tĩnh điện và hiệu ứng từ trở nghịch ( Hình 3).). Cảm ứng điện từ tạo ra dòng điện cảm ứng thông qua chuyển động tương đối của cuộn dây và nam châm, và hiệu ứng áp điện tạo ra điện tích bề mặt bằng cách làm biến dạng vật liệu áp điện như PZT. Có một số biến thể của cảm ứng tĩnh điện, nhưng trong quá trình phát điện bằng điện, đã được nghiên cứu rộng rãi ở Nhật Bản, một điện cực được nhiễm điện bằng cách tiêm một điện tích được sử dụng như một điện cực của tụ điện, và điện cực đếm được di chuyển. bằng cách thay đổi công suất. Nghiên cứu về phương pháp triboelectrification, trong đó hai vật liệu được đưa tiếp xúc với nhau để tích điện mà không cần sử dụng một thiết bị điện, cũng đang được đà phát triển, chủ yếu ở Hoa Kỳ. Các phương pháp cảm ứng tĩnh điện này đặc biệt liên quan chặt chẽ đến công nghệ bề mặt. Để tạo ra nguồn điện bằng cách sử dụng hiệu ứng từ biến nghịch đảo, vật liệu từ biến dạng khi có từ trường tác dụng sẽ bị biến dạng làm thay đổi từ trường xung quanh và tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây. Galfenol và Terfenol-D do quân đội Hoa Kỳ phát triển được sử dụng làm vật liệu từ tính để sản xuất điện, nhưng hợp kim sắt-coban đang thu hút sự chú ý vì là vật liệu sản xuất trong nước. Trong 4 nguyên tắc phát điện thì cảm ứng điện từ có hiệu suất phát điện cao nhất khi thiết bị có công suất lớn. Tuy nhiên, khi cố gắng chế tạo các thiết bị nhỏ và mỏng cho các ứng dụng thu năng lượng, tùy thuộc vào điều kiện, các nguyên tắc phát điện khác có thể có lợi hơn. Đặc biệt đối với thiết bị đeo và thiết bị cấy ghép, các thiết bị nhỏ, mỏng, linh hoạt và tương thích sinh học được mong muốn và việc nghiên cứu thiết bị sử dụng công nghệ bề mặt đang được tích cực thực hiện. 2.4 Công nghệ sử dụng năng lượng nhiệt Các phương pháp phát điện khác nhau sử dụng nhiệt (chênh lệch nhiệt độ) đang được nghiên cứu (Hình 4). Động cơ nhiệt (chu trình Rankine, v.v.) được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở phát điện quy mô lớn và có hiệu suất phát điện cao. Tuy nhiên, trong sản xuất điện nhỏ cho các ứng dụng thu năng lượng, hiệu suất của động cơ nhiệt giảm, do đó, các thiết bị phát điện nhiệt điện, không bị mất hiệu suất ngay cả khi được thu nhỏ, là lợi thế. Marlow Industries, Perpetua và các công ty khác ở Hoa Kỳ bán kết hợp mô-đun tạo nhiệt điện, bộ tản nhiệt và mạch tăng áp để nó có thể được sử dụng ngay lập tức làm nguồn điện cho các cảm biến không dây. thì là ở. Các nhà sản xuất Nhật Bản như Yamaha, KELK và Panasonic chỉ bán các mô-đun nhiệt điện. Tất cả các công ty được liệt kê ở trên sử dụng BiTe làm vật liệu nhiệt điện và dự kiến ​​sẽ được sử dụng trong môi trường nhiệt độ từ xung quanh nhiệt độ phòng tối đa là khoảng 200 ° C. Nhiều loại vật liệu nhiệt điện có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao hơn cũng đang được phát triển. Phát điện bằng nhiệt điện là phương pháp phát điện sử dụng vật liệu nhiệt điện tạo ra suất điện động khi có sự chênh lệch nhiệt độ. Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, không có bộ phận chuyển động, nhưng mất năng lượng do dẫn nhiệt (dao động mạng tinh thể) N S ++++ ---- Hình 3 Nguyên lý chuyển hóa từ cơ năng thành điện năng Nguồn nhiệt độ cao Nguồn nhiệt độ thấp Tạo ra nhiệt điện Tạo ra nhiệt điện Tạo ra nhiệt điện Các điện tử (lỗ trống) Tạo nhiệt Điện sinh nhiệt Tạo sinh nhiệt Điện sinh nhiệt Tế bào năng lượng mặt trời Ánh sáng))))))))) Máy phát rung Âm thanh (rung động) Động cơ nhiệt Môi trường nhiệt Vật liệu chấm lượng tử Ghép nối kết hợp Lượng tử Trạng thái Spin Seebeck Sản xuất điện Dòng điện spin Dòng quay ngược Hiệu ứng Hall Sản xuất điện năng, vv Sử dụng sự dao động nhiệt độ Hình 4 Các công nghệ phát điện khác nhau sử dụng nhiệt năng - 5 - Vol., Hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp so với giới hạn lý thuyết của Carnot hiệu quả. Ngay cả trong vật liệu nhiệt điện có trị số ZT vượt quá 1, được coi là tiêu chuẩn cho vật liệu nhiệt điện thực tế, hiệu suất chuyển hóa năng lượng bằng khoảng 20% ​​hiệu suất Carnot. Về sản xuất nhiệt điện, sự chú ý được tập trung vào việc liệu thị trường ô tô có khởi động hay không. Gần đây, một phương pháp đã được nghiên cứu tích cực là phương pháp chuyển sự chênh lệch nhiệt độ thành cơ năng rồi chuyển thành năng lượng điện. ST Microelectronics đã phát minh ra một phương pháp tạo ra điện bằng cách sử dụng một phần tử áp điện, v.v. dựa trên sự biến dạng lặp đi lặp lại của một lưỡng kim bởi sự chênh lệch nhiệt độ5). Nghiên cứu cũng đang được tiến hành trên một phương pháp tạo ra điện từ sự thay đổi nhiệt độ trong môi trường bằng cách xếp lớp hợp kim bộ nhớ hình dạng và vật liệu áp điện có hình dạng bánh sandwich. Các phương pháp này làm tăng số lần chuyển đổi năng lượng nên hiệu suất phát điện thấp nhưng có thể cao hơn hiệu suất phát điện của các phần tử nhiệt điện. Hơn nữa, bằng cách ngăn chặn dòng nhiệt, có thể loại bỏ nhu cầu tản nhiệt, điều cần thiết cho sản xuất điện nhiệt điện và có nhiều ứng dụng được mong đợi. 2.5 Công nghệ sử dụng năng lượng sóng vô tuyến Các nguồn sóng vô tuyến chính trong môi trường bao gồm sóng truyền hình và sóng vô tuyến, và sóng vô tuyến phát ra từ điện thoại di động, các trạm gốc và thiết bị đầu cuối Wi-Fi. Một thiết bị được gọi là trực tràng (ăng-ten có bộ chỉnh lưu) được sử dụng để thu sóng vô tuyến, thu các sóng vô tuyến môi trường này và tái tạo năng lượng. Trực tràng có lịch sử được phát triển như một thiết bị nhận điện trên mặt đất để sản xuất điện mặt trời trong không gian và Nhật Bản cũng có công nghệ nguyên tố, nhưng trong những năm gần đây, nghiên cứu và phát triển đã được tích cực ở châu Âu, nơi RFID đã trở nên phổ biến. Trực tràng như một thiết bị nhận điện là một công nghệ chung cho cả thu thập sóng vô tuyến và truyền tải điện không dây kiểu sóng vô tuyến, và chìa khóa cho việc sử dụng rộng rãi nó sẽ là sự phát triển của các ứng dụng để truyền tải điện không dây. 2.6 Các công nghệ sử dụng năng lượng khác Ngoài các công nghệ trên, nhiều công nghệ thu năng lượng khác nhau đang được phát triển. Ví dụ, có các tế bào nhiên liệu sinh học và tế bào nhiên liệu vi sinh sử dụng các chất hữu cơ do các sinh vật sống tạo ra để tạo ra năng lượng, và các hệ thống sử dụng chất lỏng của cơ thể làm chất điện phân để tạo ra năng lượng. Như ví dụ trước đây, tiến bộ đang được thực hiện trong việc phát triển các tế bào nhiên liệu sinh học tạo ra điện từ glucose trong dịch cơ thể và axit lactic trong mồ hôi, và các tế bào nhiên liệu vi sinh vật tạo ra điện từ các chất hữu cơ trong nước bọt và nước tiểu. Một ví dụ về phương pháp thứ hai là công cụ đo lường sự tuân thủ dùng thuốc được phát triển bởi công ty liên doanh Proteus Digital Health của Mỹ và được thương mại hóa bởi Otsuka Pharmaceutical. Đây là công nghệ gắn một con chip không dây hình vuông 0,5 mm vào máy tính bảng, tạo ra điện bằng cách sử dụng axit dạ dày làm chất điện phân khi bệnh nhân uống thuốc và truyền ID không dây. Có nhiều khả năng khác tùy thuộc vào ý tưởng của bạn. 2.7 Các công nghệ liên quan Các công nghệ thu hoạch năng lượng này chuyển đổi năng lượng trong môi trường thành năng lượng điện, nhưng rất khó để sử dụng nó một cách hiệu quả nếu chỉ chuyển đổi nó thành năng lượng điện. Bằng cách kết hợp các mạch cung cấp năng lượng như chỉnh lưu và tăng áp, và các thiết bị lưu trữ điện, có thể cung cấp dòng điện một chiều có điện áp không đổi cho các thiết bị điện tử. Để sử dụng một cách hiệu quả một lượng nhỏ năng lượng, cũng cần phải giảm mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị điện tử như radio, cảm biến và máy vi tính (Hình 5). Trong số này, các thiết bị lưu trữ điện có liên quan đặc biệt chặt chẽ đến công nghệ bề mặt. Thu hoạch năng lượng là một công nghệ chỉ có thể được sử dụng hiệu quả khi nó được kết hợp đúng cách với các công nghệ liên quan này. Không có một công ty nào bao gồm các lĩnh vực kỹ thuật này, và nhiều công ty cần hợp tác để ứng dụng vào thực tế. Năng lượng trong môi trường Quản lý năng lượng Chuyển đổi năng lượng Ánh sáng Chuyển đổi quang điện Lưu trữ năng lượng Chỉnh lưu Sóng vô tuyến Ăng-ten Rung động Cảm ứng điện từ Sản xuất điện áp điện Tạo điện tĩnh Sự chênh lệch nhiệt độ Chuyển đổi nhiệt điện Bước lên Bước xuống Ứng dụng Vi máy tính Cảm biến không dây Trở kháng phù hợp với MPPT Khác Rectenna MPPT: Điểm công suất cực đại Theo dõi Chỉ tạo ra điện là không đủ Sản xuất điện từ trường nghịch đảo Hình 5 Công nghệ thu năng lượng và công nghệ liên quan Năng lượng từ môi trường bên ngoài Cơ chế thu năng lượng bên ngoài Cơ chế chuyển đổi năng lượng Cơ chế khai thác năng lượng điện Bao bì Năng lượng điện Hình 6 Thiết bị thu năng lượng Hoặc Các thành phần Mô-đun Công nghệ bề mặt - 6 - 338 Nhận xét 3. Mối quan hệ với công nghệ bề mặt 3.1 Các thành phần của công nghệ thu năng lượng Trong việc mô tả mối quan hệ giữa công nghệ thu hoạch năng lượng và công nghệ bề mặt, các thành phần được sắp xếp để cải thiện triển vọng. Khi xem xét một thiết bị hoặc mô-đun như một thành phần đơn vị lấy năng lượng từ môi trường bằng công nghệ thu năng lượng, chuyển nó thành năng lượng điện và xuất ra, nó có thể được coi là bao gồm các yếu tố sau (Hình 6). (1) Cơ chế thu nhận năng lượng bên ngoài (2) Cơ chế chuyển đổi năng lượng (3) Cơ chế trích xuất năng lượng điện (4) Đối với mỗi thành phần này, công nghệ bề mặt được sử dụng như mô tả dưới đây. 3.2 Cơ chế thu năng lượng bên ngoài Để thu năng lượng từ môi trường một cách hiệu quả, cần có công nghệ bề mặt vì cần phải có một điều kiện bề mặt thích hợp. Ví dụ, hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời giảm nếu độ phản xạ của bề mặt cao, vì vậy cần có bề mặt có độ phản xạ càng thấp càng tốt. Vì độ phản xạ của cánh ve sầu rất thấp, nên nghiên cứu mô phỏng hình dạng bề mặt của cánh ve sầu cũng đang được tiến hành. Để thu năng lượng cơ học, có thể cần tối ưu hóa ma sát bề mặt, chống thấm nước, v.v. Công nghệ bề mặt cũng sẽ được yêu cầu để kiểm soát tối ưu sự truyền nhiệt trong quá trình truyền nhiệt đến và từ môi trường bên ngoài. 3.3 Cơ chế chuyển đổi năng lượng Công nghệ bề mặt cũng cần thiết cho cơ chế chuyển đổi các dạng năng lượng khác nhau thành năng lượng điện. Ví dụ, nếu hình dạng của cơ cấu giả định là màng mỏng hoặc dày, thì cần phải có công nghệ tạo màng. Khi sử dụng chuyển đổi năng lượng tận dụng các hiện tượng bề mặt như cảm ứng tĩnh điện, hình dạng bề mặt và diện tích bề mặt hiệu quả có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất, vì vậy công nghệ bề mặt càng trở nên quan trọng. Ngoài ra, mặc dù không giới hạn ở hạng mục này, điện trở nhiệt tiếp xúc và điện trở điện tiếp xúc tại các giao diện giữa các vật liệu khác nhau cũng ảnh hưởng đến hiệu suất. 3.4 Cơ chế khai thác năng lượng điện Cần có một cơ chế để trích xuất một cách hiệu quả năng lượng điện được tạo ra. Quan trọng nhất là các điện cực, được hình thành chủ yếu bằng công nghệ bề mặt. Cần có sự kết dính giữa các điện cực và vật liệu chuyển đổi năng lượng khi chế tạo các thiết bị hoặc mô-đun linh hoạt và có thể kéo dãn. Công nghệ hình thành điện cực cũng góp phần rất lớn trong việc nâng cao hiệu suất của các thiết bị lưu trữ năng lượng. 3.5 Bao bì Bao bì không tự đóng góp vào chức năng chuyển đổi năng lượng, nhưng nó là một yếu tố kỹ thuật rất quan trọng để sử dụng trong thực tế. Chức năng bảo vệ bên trong thiết bị hoặc mô-đun khỏi ứng suất nhiệt hoặc cơ học, ngưng tụ, ôxy hóa, rò rỉ chất lỏng, v.v. để có thể sử dụng lâu dài và chức năng duy trì tiếp xúc với môi trường bên ngoài (độ kết dính thích hợp, tính tương thích sinh học, v.v. .). Tất cả các lĩnh vực này đều yêu cầu công nghệ bề mặt. Bốn. Kết luận Để hiện thực hóa các khái niệm như "Internet of Things", trong đó tất cả mọi thứ đều được kết nối với Internet và "nghìn tỷ cảm biến", sẽ tạo ra thị trường 1 nghìn tỷ cảm biến mỗi năm, công nghệ thu hoạch năng lượng được yêu cầu như một công nghệ cung cấp điện. Mặc dù thị trường hiện tại không lớn nhưng việc mở rộng thị trường trong tương lai có thể được mong đợi. Chỉ riêng quy mô thị trường của việc thu hoạch năng lượng được cho là sẽ lên tới vài tỷ đô la6), nhưng thị trường ứng dụng mạng cảm biến, được thúc đẩy bởi thương mại hóa, là một thứ tự lớn hơn.

    Ví dụ: quy mô thị trường của mạng cảm biến không dây là 14,6 tỷ đô la vào năm 2019 (Winter Green Research), quy mô thị trường của Internet of Things là 300 tỷ đô la vào năm 2020 (Gartner) và hiệu ứng kinh tế của Internet Mọi thứ được ước tính là 1,9 nghìn tỷ đô la vào năm 2020 (Gartner). Để đón đầu sự mở rộng thị trường như vậy, các nỗ lực đưa công nghệ thu hoạch năng lượng vào sử dụng thực tế cũng đang được đẩy mạnh ở Nhật Bản. Ở cấp độ nghiên cứu cơ bản, ví dụ, nghiên cứu để cải thiện các tính chất của vật liệu chuyển đổi năng lượng, công nghệ bề mặt không nhất thiết phải có. Tuy nhiên, như đã đề cập trong Chương 3, chúng ta càng tiến gần đến các phương pháp tiếp cận thực tế, các lĩnh vực mà công nghệ bề mặt có thể đóng góp càng lớn. Không quá lời khi nói rằng việc sử dụng thực tế của công nghệ thu hoạch năng lượng phụ thuộc vào công nghệ bề mặt.

    (Nhận ngày 31 tháng 5 năm 2016)

    Tài liệu tham khảo 1) Hiroki Kuwano (chủ biên); Xu hướng mới nhất trong công nghệ thu hoạch năng lượng (Nhà xuất bản CMC, 2010). 2) Yuji Suzuki (chủ biên); Hướng tới một xã hội chịu tải trọng môi trường thấp (Nhà xuất bản NTS, 2012) . 3) Satoshi Horikoshi, Keiji Takeuchi, Maki Shinohara; 2014). ₄) Z. Song, S. C. Watthage, A. B. Phillips, M. J. Heben; J. Photon. Energy., 6, (2), 022001 (2016). P.J. Cottinet , S. Quenard, F. Boeuf, D. Guyomar, T. Skotnicki; Vật liệu quang học, 56, 110 (2016). ₆) Nhiều báo cáo nghiên cứu đã được xuất bản. Ví dụ: Frost & Sullivan; Thị trường thu hoạch năng lượng toàn cầu: Hướng tới hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà và quy trình công nghiệp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng thu hoạch năng lượng (2016). Thị trường và thị trường; Thị trường hệ thống thu hoạch năng lượng theo công nghệ (Ánh sáng, Rung động, Điện từ, Nhiệt), Ứng dụng (Tự động hóa tòa nhà & gia đình, Điện tử tiêu dùng, Công nghiệp, Giao thông vận tải, An ninh) và Địa lý - Dự báo toàn cầu đến năm 2022 (2016)., Nhóm nghiên cứu 9D; Thị trường thu hoạch năng lượng 2016 - Quy mô ngành toàn cầu, xu hướng, tăng trưởng, tỷ trọng, cơ hội và dự báo đến năm 2020 (2016)., IDTechEx; Thu hoạch năng lượng: Ngoài lưới điện Microwatt đến Megawatt 2017-2027 Các ứng dụng, công nghệ, dự báo bao gồm tái tạo (2016)., Nghiên cứu thị trường bền vững; Thị trường thu hoạch năng lượng: Phân tích và dự báo ngành toàn cầu 2016-2024 (2016) (in).

    Zalo
    Hotline