مفهوم ازشارژ لامپ های LEDاستفاده از عناصر پیزوالکتریک موضوع جالب تحقیق در جستجوی راه حل های روشنایی اضطراری قابل اعتماد و سازگار با محیط زیست بوده است. یک سیستم تولید برق مستقل و مؤثر برای روشنایی اضطراری ضروری است زیرا ممکن است قطع برق به طور ناگهانی به دلیل بلایای طبیعی، خرابی شبکه، یا سایر رویدادهای پیش بینی نشده رخ دهد. پیزوالکتریک با ویژگی های خاص خود وسیله ای مناسب برای دستیابی به این هدف است.
آشنایی با اصول پیزوالکتریک و نحوه عملکرد آن
پدیده ای به نام پیزوالکتریک زمانی اتفاق می افتد که فشار مکانیکی به برخی از مواد وارد می شود و باعث تولید بار الکتریکی می شود. مواد با کیفیت پیزوالکتریک عبارتند از کوارتز، پلیمرهای خاص و سرامیک های خاص. ساختار داخلی این مواد زمانی که در معرض نیروهای فیزیکی مانند فشردگی، خمش یا ارتعاش قرار می گیرند، دچار اعوجاج می شود. بارهای مثبت و منفی درون ماده در نتیجه این اعوجاج از هم جدا می شوند و اختلاف پتانسیل الکتریکی در سطح مواد ایجاد می کنند. از سوی دیگر، یک ماده پیزوالکتریک وقتی در معرض میدان الکتریکی قرار می گیرد، تغییر شکل مکانیکی را تجربه می کند. را
اجزای پیزوالکتریک به دلیل اصل کارکردشان جایگزین مطلوبی برای برداشت انرژی هستند. هدف روشنایی اضطراری تبدیل انرژی مکانیکی محیط-که اغلب در محیط به شکل ارتعاشات ناشی از تجهیزات، ردپاها یا باد وجود دارد{2}}به انرژی الکتریکی است که می توان از آن برای شارژ یک لامپ LED استفاده کرد.
قابلیت همکاری لامپ های LED و عناصر پیزوالکتریک
لامپهای الایدی بهطور باورنکردنی-کارآمد هستند. آنها نسبت به نورهای مهتابی یا فلورسنت معمولی برق بسیار کمتری مصرف می کنند. برای روشنایی اضطراری، ترکیب اجزای پیزوالکتریک با لامپ های LED به دلیل بهره وری انرژی جذاب است. مقادیر اندک انرژی الکتریکی تولید شده توسط دستگاه های پیزوالکتریک ممکن است برای تامین انرژی کافی باشدلامپ های ال ای دیزیرا آنها برای عملکرد به قدرت نسبتا کمی نیاز دارند. ارتباط مستقیم بین اجزای پیزوالکتریک و چراغ های LED مشکلاتی را ایجاد می کند. معمولاً مواد پیزوالکتریک خروجی الکتریکی با ولتاژ بالا و جریان کم تولید می کنند. با این حال، برای عملکرد خوب، لامپ های LED به یک منبع ولتاژ و جریان نسبتاً ثابت و دقیق نیاز دارند. مدارهای اضافی، از جمله یکسو کنندهها، تنظیمکنندههای ولتاژ، و دستگاههای ذخیرهسازی انرژی (مانند خازنها یا باتریهای مقیاس کوچک) برای رفع این عدم تطابق لازم است. انرژی الکتریکی تولید شده توسط عنصر پیزوالکتریک توسط این قطعات تبدیل، ذخیره و کنترل میشود که به آن امکان میدهد نور LED را تغذیه کند.
مزایای روشنایی اضطراری با استفاده از لامپ های پیزوالکتریک{0}شارژ
دوام این استراتژی از مهمترین مزایای آن است. انرژی که در غیر این صورت از منابع مکانیکی محیط هدر می رود می تواند از طریق اجزای پیزوالکتریک جذب شود. به عنوان مثال، می توان از ارتعاشات ایجاد شده توسط افرادی که در اطراف یک سازه حرکت می کنند برای ایجاد قدرت استفاده کرد. این نشان میدهد که روشنایی اضطراری که توسط لامپهای پیزوالکتریک{3}}الایدی شارژ میشود، مستقل از منابع برق معمولی مانند باتریهای یکبار مصرف یا شبکه برق است. در نتیجه، این امر اثرات زیست محیطی استفاده از انرژی غیرقابل تجدید-و دفع باتری را کاهش می دهد. این واقعیت که خود-خودکفا است یک مزیت اضافی است. تا زمانی که انرژی مکانیکی در دسترس است، لامپهای پیزوالکتریک{9}}الایدی شارژ شده میتوانند به ارائه روشنایی در مکانهای ایزوله یا در هنگام قطع برق گسترده که ممکن است منابع خارجی برای مدت طولانی در دسترس نباشند، ادامه دهند. این یک راه حل اضطراری قابل اعتماد در تنظیمات مختلف است زیرا{11}}به خود اتکا دارد.
موانع و محدودیت ها
با وجود پتانسیل، تعدادی از موانع برای فراتر رفتن وجود دارد. عناصر پیزوالکتریک اغلب مقدار محدودی از انرژی الکتریکی را فراهم می کنند. حتی اگر آنها قادر به تولید برق هستند، خروجی آنها ممکن است برای حفظ روشنایی مداوم و روشن برای مدت زمان طولانی کافی نباشد. این محدودیت، کاربرد آنها را در برخی از موقعیتهای روشنایی اضطراری با تقاضای بالا محدود میکند. نوع ماده، میزان و فرکانس تنش مکانیکی اعمال شده، و طراحی سیستم برداشت، همگی بر چگونگی تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی در مواد پیزوالکتریک تأثیر میگذارند. این یک کار دشوار است که نیازمند تحقیق و توسعه گسترده برای بهینه سازی این عناصر به منظور به حداکثر رساندن تولید انرژی است. علاوه بر این، ایجاد و استقرار یک سیستم روشنایی اضطراری که از فناوری پیزوالکتریک استفاده می کند ممکن است تا حدودی گران باشد. هزینه بالای مواد پیزوالکتریک با کارایی بالا و اجزای الکتریکی مرتبط برای تبدیل و ذخیره انرژی ممکن است از استفاده گسترده از این فناوری جلوگیری کند، به ویژه در شرایطی که هزینه نگران کننده است.
نمونه هایی از دنیای واقعی و چشم انداز آینده
پتانسیل برداشت انرژی پیزوالکتریک برای روشنایی قبلاً توسط چند نمونه واقعی-جهانی نشان داده شده است. برای مثال، کاشیهای کفپوش پیزوالکتریک در ساختمانهای عمومی خاصی نصب میشوند و زمانی که مردم روی آنها راه میروند، انرژی تولید میکنند. این سیستمها قابلیت دوام این فناوری را نشان میدهند، حتی اگر هنوز به طور گسترده برای روشنایی اضطراری به تنهایی مورد استفاده قرار نگیرند. تحولات آتی در علم مواد باید منجر به ایجاد مواد پیزوالکتریک موثرتر با نرخ تبدیل انرژی بیشتر شود. علاوه بر این، پیزوالکتریک فشردهتر و مقرون به صرفهتر-شارژ میشودلامپ ال ای دیسیستم های چراغ های اضطراری با پیشرفت هایی در یکپارچه سازی و کوچک سازی قطعات الکترونیکی امکان پذیر خواهد شد. در سالهای آینده، استفاده از عناصر پیزوالکتریک برای شارژ لامپهای LED ممکن است به انتخاب محبوبتر و مفیدتری تبدیل شود، زیرا نیاز به راهحلهای روشنایی اضطراری قابل اعتماد و پایدار افزایش مییابد. در نتیجه، استفاده از یک دستگاه پیزوالکتریک برای شارژ یک لامپ LED برای روشنایی اضطراری با وجود مشکلات خاص امکان پذیر است. چندین مزیت پایداری و{3}}خودکفایی در ترکیب وجود دارد. این فناوری میتواند در آینده با مطالعه، توسعه و کاهش هزینه{5}تأثیر بزرگی بر روشنایی اضطراری داشته باشد.
