При воздействии ветра со скоростью всего два метра в секунду (м / с) устройство может вырабатывать напряжение в три вольта и вырабатывать электроэнергию мощностью до 290 микроватт, чего достаточно для питания коммерческого сенсорного устройства, а также для отправки данных на мобильный телефон или компьютер.

Легкое и долговечное устройство, называемое ветроуборочным комбайном, также перенаправляет неиспользуемую электроэнергию в аккумулятор, где ее можно хранить для питания устройств в отсутствие ветра.

Ученые говорят, что их изобретение потенциально может заменить батареи для питания светодиодных ламп и датчиков контроля состояния конструкций. Они используются на городских сооружениях, таких как мосты и небоскребы, для контроля их структурного состояния, предупреждая инженеров о таких проблемах, как нестабильность или физические повреждения.

Устройство размером всего 15 на 20 сантиметров может быть легко установлено на стенах зданий и идеально подходит для городских условий, таких как пригороды Сингапура, где средняя скорость ветра составляет менее 2,5 м / с, за исключением грозы [1].

Результаты были опубликованы в научном рецензируемом журнале Механические системы и обработка сигналов в сентябре.

Профессор Ян Яовен, инженер-строитель из Школы гражданского строительства и охраны окружающей среды NTU (CEE), который руководил проектом, сказал: "Как возобновляемый и чистый источник энергии, ветроэнергетика привлекла широкое внимание исследователей. Наше исследование направлено на решение проблемы нехватки малогабаритного энергозатратного комбайна для более целенаправленных функций, таких как питание небольших датчиков и электронных устройств. Разработанное нами устройство также служит потенциальной альтернативой литий-ионным батареям меньшего размера, поскольку наш ветроуборочный комбайн самодостаточен и требует лишь периодического технического обслуживания, а также не использует тяжелые металлы, которые при неправильной утилизации могут вызвать проблемы с окружающей средой".

Инновация вызвала интерес со стороны промышленности. Исследовательская группа NTU также работает над коммерциализацией своего изобретения.

Исследование, в котором представлена инновация, которая может помочь сократить количество электронных отходов и найти альтернативные источники энергии, отражает приверженность NTU смягчению нашего воздействия на окружающую среду, что является одной из четырех главных задач человечества, которые университет стремится решить в рамках своего стратегического плана NTU 2025.

Оседлав ветер

Устройство было разработано для эффективного использования энергии ветра при низких затратах и с низким износом. Его корпус изготовлен из волокнистой эпоксидной смолы, высокопрочного полимера, с основным креплением, которое взаимодействует с ветром и изготовлено из недорогих материалов, таких как медь, алюминиевая фольга и политетрафторэтилен, прочный полимер, также известный как тефлон.

Благодаря динамическому дизайну своей конструкции, когда комбайн подвергается воздействию потока ветра, он начинает вибрировать, заставляя его пластину приближаться к ограничителю и отходить от него. Это приводит к образованию зарядов на пленке, и при их протекании от алюминиевой фольги к медной пленке образуется электрический ток.

В ходе лабораторных испытаний комбайн, разработанный NTU, мог последовательно питать 40 светодиодов при скорости ветра 4 м/с. Это также может привести в действие сенсорное устройство и обеспечить его достаточным питанием для беспроводной передачи информации о температуре в помещении на мобильный телефон.

Это продемонстрировало, что комбайн может не только вырабатывать электроэнергию для постоянного питания устройства, но и накапливать избыточный заряд, достаточный для поддержания устройства в рабочем состоянии в течение длительного периода при отсутствии ветра.

Профессор Янг добавил: "Энергия ветра является источником возобновляемой энергии. Он не загрязняет окружающую среду, он неисчерпаем и сокращает использование ископаемого топлива, которое является источником парниковых газов, вызывающих глобальное потепление. Было показано, что наше изобретение эффективно использует этот устойчивый источник энергии для зарядки аккумуляторов и освещения светодиодов, демонстрируя его потенциал в качестве генератора энергии для питания электроники следующего поколения, которая меньше по размеру и требует меньше энергии ".

Команда NTU будет проводить дальнейшие исследования для дальнейшего улучшения функций накопления энергии в своем устройстве, а также экспериментировать с различными материалами для повышения его выходной мощности. Исследовательская группа также находится в процессе подачи заявки на патент в NTUitive, компанию NTU по инновациям и предпринимательству.

[1] Метеорологическая служба Сингапура. Климат Сингапура (2022).