基本信息
- 项目名称：
- 绿色发电地毯
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该作品主要运用压电陶瓷的正压电效应将人走动时的机械能转化为电能，通过转化装置、收集装置将电能进行收集，并应用与日常家用小电器或者公共场合的应急电源。
- 详细介绍：
- 压电陶瓷最大的特点就是具有压电效应，压电效应分为两种：一是正压电效应，二是逆压电效应。正压电效应是指当外界给予陶瓷片一定作用力时陶瓷片会产生振动，此时在作用面两端产生电势差，形成电流。地毯式发电装置正是依据此原理制作。压电陶瓷发电的方式有多种，地毯式发电装置利用的是强制振动式发电，通过人在地毯上的走动对陶瓷片施加振幅迫使陶瓷片产生弯曲变形获得能量，此时便会产生电压电流，电压电流的大小与人的作用力大小成正比关系。压电陶瓷产生的是高电压低电流，不便于电能的收集，为使发电装置在较小的激励强度下具有较强的电流输出，对于地毯式发电装置内部的陶瓷片采用并联的连接方式，除此之外每片陶瓷片的下端垫一同等大小的薄金属片以增加导电性。由于陶瓷片产生的电流较小，不能直接为一些电器设备提供驱动电能，必须对其进行电量的收集。收集电量的装置主要有电容和蓄电池两种，由于电容不能长期储能，故在实际的应用中采用蓄电池进行蓄电。由于陶瓷片可以产生较高电压，为防止高电压对外部设备造成不良影响，同时能保证电能能够高效稳定的输出，需对输出端进行电路匹配。压电陶瓷振动发电不同于一般电源，压电材料容性阻抗较大，在优化电路设计时应选择合适的电阻、电容负载，通过桥式整流电路以及稳压电路将电压控制在一个较小的范围内。 该作品采用键盘式嵌入结构，其下层是嵌入压电发电片的橡胶层，下层橡胶在起到固定它们的同时，还可以起到绝缘的作用。下层橡胶带有导线槽，将连接压电发电片的导线嵌入其中，使导线排列整齐保证结构的安全性与稳定性。中间为带有缓冲橡胶垫的软皮层，软皮层不但可以起到缓冲绝缘的作用，还可以防止过大压力给压电发电片带来损伤。并且软皮层内为圆柱形橡胶芯，通过它将力作用在压电发电片上使压电发电片产生压电效应。最上层为毛皮和橡胶层的结合层，外层为毛皮层并且可以添加个性化的图案等设计，内层为薄橡胶层。得益于本作品的嵌入式结构，在检查与更换时非常的简单方便。 “绿色发电地毯”装置能够发电的前提是其中的压电陶瓷片产生“形变”。所以在应用方面，一可以将其放在人员流动较大的场合，如大型商场、宾馆的门口，地铁站通道等，将产生的电能进行收集、储能，作为低功率用电设备的电源。二可以作为一些指示灯的电源，当人走过时其产生电能使指示灯发光，可以引导人们正确前行，如安全出口指示灯、地铁出入口引导牌、旅游景点指示标等等。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 传统发电方式对环境的污染日益加重，有些资源是不可再生，低碳环保的发电方式是时代的要求。利用压电陶瓷的压电效应将被忽略的人行走的机械能转化为电能就是“绿色发电地毯”的基本想法。将其放置在人流量较大的场合，经发电和蓄能，即可用于应急瞬间照明，也可作为稳定的移动电源，加入控制电路还可为无线传感器或遥控器供电。该装置的技术关键是如何解决压电效应的高电压、低电流及电能的收集问题。
科学性、先进性
- 绿色发电地毯的结构由嵌入式模块组成，内部陶瓷片采用并联方式连接，可以增大电能的输出。外接整流稳压电路，对其产生的交流电进行整流稳压以满足实际的需求。用蓄电池或电容对电能进行收集后加以利用。 与现有发电产品相比，绿色发电地毯将人走动的机械能转化为电能并进行收集利用，对环境没有任何的危害。并且其结构简单，性能稳定，经济实用。
获奖情况及鉴定结果
- 在第六届“挑战杯” 沈阳工业大学大学生课外学术科技作品竞赛、第十届“挑战杯” 辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛中参加了评比。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- "绿色发电地毯"可铺设在人流量大的场所，白天收集“地毯”产生的电能进行蓄电，晚间照明或作为一移动电源，用于所需之处；也可作为应急瞬间照明。采用压电陶瓷并联结构，以增大电流；对产生的交流电进行整流稳压，便于收集蓄能。该装置为模块化结构便于维修，结构简单，经济实用，适用范围广。作为一种新型低碳环保产品，可以说市场前景广阔。一经面向市场必将受到消费者的青睐。
同类课题研究水平概述
- 本产品应用的是压电陶瓷材料的正压电效应，正压电效应是指当外界给予陶瓷片一定作用力时陶瓷片会产生振动，此时在作用面两端产生电势差，形成电流。压电陶瓷发电的优点在于其发电装置结构简单、无污染、能量密度大、具有较强的免维护性等特点，并且压电陶瓷本身加工制造工艺简单，价格低廉。因此，压电成为了一种新兴的供电方式。 当前国内外对压电材料的应用主要是利用其制作蜂鸣器、传感器。在发电方面主要是利用其制作发电装置，比如压电发电机，而直接利用其发电的还比较少。对于压电陶瓷内部隐含的这部分能量如何有效的利用也成了一个新的研究课题，发电地毯正是对于这部分能量进行收集与利用，更大的拓宽了压电陶瓷的应用面。并且相对于传统的煤炭、石油发电，本装置具有节能,环保,无污染等特点，迎合了现在绿色发展的时代主题。
