Applications of the pressure effect on the electrical energy: Piezoelectric example

Abstract

Geçmişten günümüze teknolojinin hızla gelişmesi, hızlı nüfus artışı ve buna bağlı üretim artışı gibi etkenlerle enerji ihtiyacı artmıştır. Bu ihtiyacı karşılamak amacıyla genelde fosil yakıtları kullanılmaktadır. Son yıllarda tüm ülkelerde; fosil yakıtların tükenecek olması ve bu yakıtlarının kullanımının doğaya zarar vermesi nedeniyle alternatif enerji kaynakları araştırmalarına ciddi kaynak aktarmaktadır. Doğaya zarar vermemeleri, gelecekte tükenmeyecek olmaları, çeşitli kaynakları (güneş, rüzgâr, su, jeotermal …) kullanmaları, her ülkeye uygun bir veya daha fazla alternatif olması yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgiyi artmıştır. Bu çalışmada piezoelektrik malzemeler kullanılarak canlıların (temelde insan) hareketlerinin elektrik enerjisine çevrilmesi araştırılmıştır. Bu amaçla, enerji hasadı yapılabilen 1 m2 zemin oluşturulmuştur. Enerji hasadı zemini düşük maliyetli malzemeler kullanılarak tasarlanmıştır. Zemin tasarımında 0.33mm kalınlıkta piezodisk ve 1mm kalınlıkta piezodisk ayrı ayrı kullanılarak zemin tasarımı yapılarak analiz yapılmıştır. 0.33mm kalınlıktaki piezodiskler ile oluşturulan zemin için 28,58 $ harcanmış ve 60 kg bir insanın 1 dakika yürümesi sonucunda maksimum 3,976 mW üretmiştir. 1mm kalınlıktaki piezodiskler ile oluşturulan zeminin için yaklaşık 50,16 $ harcanmış ve 60 kg bir kişinin üzerinde 1dakika yürümesi sonucunda 4,029 mW üretmiştir. Deney sonucunda üretilen akımın çok küçük olması, zarar gören malzemelerin yenilenme maliyetleri, ilk kurulum ve işletme maliyetleri oldukça yüksektir. Zeminden üretilen enerjinin depolama maliyetinin; üretim maliyeti, iv malzeme ve işletme maliyetleri ile birleştiğinde ekonomik değeri olmadığı görülmüştür. Aynı zamanda üretilen enerji kullanılacak bir güce sahip değildir. Çok daha büyük alanda, çok daha fazla sayıda kişilerle (AVM girişleri, fabrika yemekhaneleri…) belli seviyede enerji elde edilebilir ancak verimli olmaktan uzak kalacaktır. Buradan hareketle piezoelektrik malzemelerle verimli bir temiz enerji sistemi kurarak işletmek çalışmadaki ve benzeri tasarımlarla mümkün olamamaktadır. Malzemenin endüstriyel alanda kullanılabilmesi için farklı tasarım çalışmalarının sürdürülmesi gerekmektedir. Tez çalışmasının, bu alanda kendinden sonraki çalışmalara kaynaklık edeceğine inanılmaktadır. Bu amaçla tüm tasarım adımları gösterilmiş, malzemeler tanıtılmış ve teknik bilgiler eksiksiz çalışmada yer almaktadır.