Пьезоэлектрическое напольное покрытие

Актуальность

При растущих потребностях в электроэнергии особенно важным становится вопрос экологии и сохранения природы. Поэтому мир обращает всё больше внимания на возобновляемые источники энергии и на новые технологии в производстве энергии.

Цель

Создать устройство (плитки), вырабатывающее электроэнергию от ходьбы человека (эконом-вариант), не уступающее в качестве и работоспособности своим промышленным аналогам.

Задачи

1. Поиск информации об аналогах разрабатываемого устройства, принципах его работы, цене и возможностях.
2. Разработка прототипа устройства (плитки).
3. Заказ и приобретение необходимых материалов.
4. Сбор прототипа устройства и проверка его на работоспособность.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Соединительные провода
• Мультиметр
• Пьезоэлемент 27 мм
• Паяльник
• Алюминиевые плиты 20мм/30мм
• Аккумулятор
• Резиновые кольца

Описание

Первым этапом работы был поиск информации об устройствах, вырабатывающих электроэнергию при приложении на них механических усилий. Поняв, что принцип их работы основан на пьезоэлектрическом эффекте, авторы начали сбор информации о нём и пьезоэлементах.

После изучения аналогов устройства было определено, как оно будет выглядеть, и заказаны необходимые детали.

На следующем этапе сборки была проведена проверка с помощью мультиметра, как много электроэнергии вырабатывает один пьезоэлемент. После удовлетворительного результата началось их спаивание. Позже, столкнувшись с проблемой малой выработки электроэнергии полученной цепью, авторы приняли решение соединить пьезоэлементы не последовательно, а параллельно.

После изготовления плиты началась проверка её на работоспособность. Хотелось узнать, сколько Ватт она вырабатывает за нажатие, и как долго она сможет функционировать без повреждений. Мы выяснили, что с одного нажатия она вырабатывает 3Вт.

Но в ходе тестирований пьезоэлементы вышли из строя. Была найдена причина: они не предназначены для больших нагрузок. Предложено два пути исправления этой проблемы: либо использовать более прочные пьезоэлементы, либо найти другой способ преобразования энергии шага в электроэнергию.

Было решено в основе устройства использовать электромагнитную индукцию.

Результаты работы/выводы

В результате работы над проектом авторами были изучен пьезоэлектрический эффект, разработана и собрана примерная модель устройства. Модель оказалась полезной, так как она вырабатывала энергию, достаточную для потребления человеком в своих целях без вреда природе.

Также мы поняли, что пьезоэлектрические плиты идеальны для тех мест, где оживлённое пешеходное движение. Например, на популярных экскурсионных маршрутах, в торговых центрах и гипермаркетах, учебных учреждениях, а также в метро, аэропортах и автобусных или железнодорожных вокзалах.

Перспективы использования результатов работы

Создание напольного покрытия, использующего электромагнитную индукцию для выработки электроэнергии от приложения механического усилия.

Награды/достижения

Московская региональная конференция индивидуальных исследовательских проектов школьников в НИУ МГСУ «Учись строить будущее», 2022 – призёр

Мнение автора

«Наш проект является довольно перспективным и успешным, однако мы находимся в начале исследования и продолжим работать над проектом.

Спасибо организаторам Открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» за возможность представить свой проект. Мы очень довольны атмосферой, которая царила на конференции, рекомендациями и советами экспертного жюри и возможностью участия в защите докладов других участников конференции»