П’єзоелектрик – це пристрій, який працює на основі п’єзоелектричного ефекту і виробляє електричну енергію шляхом перетворення механічної, застосовуються в малій енергетиці. П’єзоелектрика була відкрита в кінці 19 століття і стала широко застосовуватися в електроніці та радіотехніці. Саме явище полягає в появі різниці потенціалів на електродах, якщо прикладати зусилля до п’єзоматеріалу.
П’єзоелектрики мають два шляхи перетворення енергії, отже, існують два типи пристроїв:
1. П’єзогенератори у них перетворення йде напряму, механічна енергія перетворюється в електричну.
2. П’єзодвигуни – у них все відбувається в зворотному напрямку.
Коли виникли п’єзогенератори розробники стали думати, де можна активно застосовувати цей пристрій. Були варіанти перетворення шуму вулиці, навантаження які створюють живі істоти в русі, переміщення вітру і хвиль. На сьогоднішній день відомо кілька прикладів використання п’єзогенераторів. У столиці Японії на одній зі станцій метро встановлений п’єзогенератор. Потік пасажирів забезпечує постійний тиск, внаслідок чого електроенергії, яка при цьому виробляється, вистачає для забезпечення роботи турнікетів. У Великобританії на одній з дискотек тиск, який створюється рухом відвідувачів, живить освітлення. Також вже стали буденними п’єзозапальнички. В Ізраїлі вчені розробляють проект виробництва електричної енергії автобаном. За розрахунками виходить, що 1 кілометр дороги може згенерувати до 5МВт.
Що ж відбувається в п’єзоелектрикі під час генерації електроенергії? П’єзоелемент має несиметричну кристалічну решітку, при впливі на неї відбувається зміщення атомів. Це зміщення атомів і породжує електричне поле, внаслідок чого на електродах виникає різниця потенціалів. Головна відмінність від конденсаторів, які тривалий час зберігають заряди, п’єзоелемент зберігає заряди до тих пір, поки на нього впливає навантаження. Як тільки механічна дія припиняється, збережені заряди зникають. Тому п’єзоелементи виробляють струм маленької сили, а сам елемент має великий внутрішній опір. П’єзоматеріали мають безліч характеристик, але для оцінки ефективності генерації електрики одна важлива характеристика – п’єзоелектричний модуль. Величина цього модуля варіюється від 200 до 500 пікокулонів на ньютон. Значення модуля повністю залежить від властивостей п’єзоматеріалу і не залежить від габаритів п’єзоелемента. Тому збільшення його розмірів не призведе до більш ефективної роботи. П’єзозапальнички генерують електроенергію до 2,2 МВт, але розряд триває всього 0,08 наносекунди.
Враховуючи малу тривалість розряду, п’єзогенератори підходять для малої енергетики. Тут потрібна мала потужність, і такі пристрої добре відповідають малим потребам. Це може бути дрібна побутова техніка, системи відеоспостереження, діагностична техніка та мобільні телефони.
