Генератор, производящий электричество за счет воздействия капель дождя
Исследователи разработали магнитоэлектрический генератор, который вырабатывает электричество за счет удара капель дождя. Когда капли дождя падают на поверхность устройства, они приводят в движение структуру, состоящую из катушки — в отличие от постоянного магнита, — которая генерирует небольшие электрические заряды, которые, объединяясь и усиливаясь через трансформатор, могут питать, например, светодиоды или небольшие вентиляторы. Это открывает путь к созданию альтернативного источника возобновляемой энергии, не зависящего от ветра или солнечного света и не нуждающегося в размещении на водоеме (реке, озере или океане).
В связи с глобальными целями перехода к «зеленой» энергетике спрос на возобновляемые источники энергии (солнечной, ветровой, гидроэлектрической и т. д.) постоянно растет. Более того, учитывая, что вода покрывает почти 71 % поверхности Земли, гидроэнергетика является самым распространенным источником энергии на Земле. Однако на ее долю приходится лишь около 16 % мировых потребностей в электроэнергии.
В природе существуют две формы гидроэнергетики: агрегированная и дисперсная. Агрегатная гидроэнергия поступает, например, из рек, морских волн и приливов, а дисперсная — из дождевой воды и тумана. Однако, несмотря на широкую доступность дисперсной гидроэнергии, большая часть используемой нами гидроэнергии приходится на агрегированную гидроэнергию.
Это связано с тем, что электростанции оснащены электромагнитными генераторами большого объема для использования агрегированной гидравлической энергии. Такой объем переработки позволяет распределять электроэнергию в больших масштабах. Однако эти электростанции недостаточно чувствительны, чтобы улавливать рассеянную гидравлическую энергию из-за ее легкости, малого количества и широкого распространения.
Потери гидравлической энергии могут достигать 5 000 000 джоулей на 100 квадратных метров крыши в год в дождливых регионах. Чтобы компенсировать эти потери, команда из Даляньского технологического университета в Китае предложила новое устройство для эффективного преобразования гидравлической энергии дождевых капель в электричество. Результаты исследования подробно описаны в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Может питать светодиоды и вентиляторы
Новое устройство, получившее название супергидрофобный магнитоэлектрический генератор (MSMEG), состоит из трех основных частей: гибкой пленки из супергидрофобного магнитного материала (SMMF), катушки, неодимового магнита (постоянного магнита, изготовленного из сплава неодима, железа и бора), акрилового корпуса и основы из расширяемого полистирола (EPS).
Стоит отметить, что модели гидроэлектрических генераторов, работающих от дождевых капель, уже предлагались ранее, например, трибоэлектрические генераторы (преобразующие механическую энергию в электрическую) и электромагнитные генераторы. Однако большинство из этих устройств не могут генерировать достаточно стабильное и высокое электрическое напряжение для практического применения. Кроме того, они недостаточно чувствительны, чтобы улавливать крошечные количества энергии из мелких дождевых капель.
Напротив, устройство, о котором идет речь в новом исследовании, способно эффективно преобразовывать энергию мелких водяных капель в электричество. Для этого SMMF легко деформируется, когда капли попадают на него, смещая катушку относительно магнита. Это смещение затем генерирует электрическое напряжение. Супергидрофобное свойство пленки позволяет каплям отскакивать и не скапливаться на поверхности устройства, что позволяет ему нормально функционировать даже во время длительного ливня. «Мы считаем, что такой MSMEG должен стать перспективной стратегией для эффективного сбора рассеянной энергии дождевых капель«, — пишут исследователи в своей статье.
Видео, на котором устройство освещает небольшую светодиодную установку.
Чтобы оценить эффективность устройства, исследователи смоделировали дождь, падающий с высоты около 50 сантиметров. Математическая модель, известная как численное моделирование Максвелла, была использована для получения оценок электрической мощности в зависимости от различных факторов.
Устройство смогло генерировать максимальный электрический ток в 13,02 миллиампера (мА). Это позволило зарядить небольшой электрический конденсатор напряжением около 1,18 В за 200 секунд при постоянной интенсивности дождя. Такая мощность позволяет, например, питать небольшие электронные устройства, такие как светодиоды и вентиляторы.
Однако практическое применение такого типа устройств пока остается ограниченным, поскольку полученная энергия не может быть распределена в больших масштабах. Кроме того, устройства, работающие на солнечной и ветровой энергии, в настоящее время более просты для использования в небольших масштабах. Тем не менее, масштабирование устройства, способного эффективно использовать рассеянную гидроэнергию, может расширить спектр доступных возобновляемых источников энергии и, возможно, снизить их стоимость.
Запись Генератор, производящий электричество за счет воздействия капель дождя впервые опубликована на сайте Про технологии.