Пьезоелектрик – это устройство, которое работает на основе пьезоэлектрического эффекта и вырабатывает электрическую энергию путем преобразования механической, применяются в малой энергетике. Пьезоэлектрика была открыта в конце 19 века и стала широко применяться в электронике и радиотехнике. Само явление заключается в появлении разности потенциалов на электродах, если прикладывать усилия к пьезоматериалу.
Пьезоэлектрики имеют два пути преобразования энергии, следовательно, существуют два типа устройств:
1. Пьезогенераторы в них преобразование идет напрямую, механическая энергия превращается в электрическую.
2. Пьезодвигатели – в них все происходит в обратном направлении.
Когда возникли пьезогенераторы разработчики стали думать, где можно активно применять эти устройства. 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 стали обыденными пьезозажигалки. В Израиле ученые разрабатывают проект производства электрической энергии автобаном. По расчетам получается, что 1 километр дороги может сгенерировать до 5МВт.
Что же происходит в пьезоелектрике во время генерации электроэнергии? Пьезоэлемент имеет несимметричную кристаллическую решетку, при воздействии на нее происходит смещение атомов. Это смещение атомов и порождает электрическое поле, вследствие чего на электродах возникает разность потенциалов. Главное отличие от конденсаторов, которые длительное время сохраняют заряды, пьезоэлемент сохраняет заряды до тех пор, пока на него воздействует нагрузка. Как только механическое действие прекращается, сохраненые заряды исчезают. Поэтому пьезоэлементы вырабатывают ток маленькой силы, а сам элемент имеет большое внутреннее сопротивление. Пьезоматериалы имеют множество характеристик, но для оценки эффективности генерации электричества одна важная характеристика – пьезоэлектрический модуль. Величина этого модуля варьируется от 200 до 500 пикокулонов 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 длится всего 0,08 наносекунды.
Учитывая малую продолжительность разряда, пьезогенераторы подходят для малой энергетики. Здесь нужна малая мощность, и такие устройства хорошо соответствуют малым потребностям. Это может быть мелкая бытовая техника, системы видеонаблюдения, диагностическая техника и мобильные телефоны.
