Пьезоэлектрик – это устройство, которое работает на основе пьезоэлектрического эффекта и производит электрическую энергию путем преобразования механической, применяются в малой энергетике. Пьезоэлектричество было открыто в конце 19 века и стало широко применяться в электронике и радиотехнике. Само явление состоит в появлении разности потенциалов на электродах, если прикладывать усилие к пьезоматериалу.
Пьезоэлектрики имеют два пути преобразования энергии, следовательно, существуют и два типа устройств:
1. Пьезогенераторы у них преобразование идет напрямую, механическая энергия преобразуется в электрическую.
2. Пьезодвигатели – у них все происходит в обратном направлении.
Когда возникли пьезогенераторы разработчики стали думать, где можно активно применять это устройство. Были варианты преобразования шума улицы, нагрузки которые создают живые существа в движении, перемещение ветра и волн. На сегодняшний день известно несколько примеров использования пьезогенераторов. В столице Японии на одной из станций метро установлен пьезогенератор. Поток пассажиров обеспечивает постоянное давление, вследствие чего электроэнергии, которая при этом вырабатывается, хватает для обеспечения работы турникетов. В Великобритании на одной из дискотек давление, которое создается движением посетителей, питает освещение. Также уже обыденными стали пьезозажигалки. В Израиле ученые разрабатывают проект производство электрической энергии автобаном. По расчетам получается, что 1 киломметр дороги может сгенерировать до 5МВт.
Что же происходит в пьезоэлектрике во время генерации электроэнергии? Пьезоэлемент имеет несимметричную кристаллическую решетку, при воздействии на него происходит смещение атомов. Это смещение атомов и порождает электрическое поле, вследствие чего на электродах возникает разница потенциалов. Главное отличие от конденсаторов, которые продолжительное время сохраняют заряды, пьезоэлемент хранит заряды до тех пор, пока на него воздействует нагрузка. Как только механическое воздействие прекращается, сохраненные заряды исчезают. Поэтому пьезоэлементы производят ток маленькой силы, а сам элемент имеет большое внутреннее сопротивление. Пьезоматериалы имеют множество характеристик, но для оценки эффективности генерации электричества важна одна характеристика – пьезоэлектрический модуль. Величина этого модуля варьируется от 200 до 500 пикокулон на ньютон. Значение модуля полностью зависит от свойств пьезоматериала и не зависит от габаритов пьезоэлемента. Поэтому увеличение его размеров не приведет к более эффективной работе. Пьезозажигалки генерируют электроэнергию до 2,2 МВт, но разряд длиться всего 0,08 наносекунды.
Учитывая малую продолжительность разряда, пьезогенераторы подходят для малой энергетики. Здесь нужна малая мощность, и такие устройства хорошо отвечают малым потребностям. Это может быть мелкая бытовая техника, системы видеонаблюдения, диагностическая техника и мобильные телефоны.
