一種基于PVDF的雙發電系統的設計

引言

　　在國家和社會，近年來的工作重心之一，便是節能減排了。如何合理利用資源、有效保護資源，是每一個人義不容辭的社會責任。而當前節能減排的重點在于實現技術節能，由于壓電材料具有優良的特性，國內外對壓電材料的研究較多。因對壓電發電技術的研究較少，故壓電發電技術必將成為未來的發展趨勢，然而壓電材料具有產生電量少，且不連續等難題，本研究為解決此難題，把壓電材料發電技術與無線傳感器結合，監測壓電材料振動以使其振動能量的儲存達到最大化，實現發電，為節能減排作出重大的貢獻。

　　1 整體方案設計

　　1.1 系統整體結構框圖設計

　　首先設計系統的整體工作流程圖，以便為設計思路提供理論上的依據，以保障系統高效、有序地實施。系統的整體結構框圖如圖1所示。

圖1 系統整體結構框圖

　　1.2 系統發電的工作原理

　　充分利用日常生活中普遍存在的運動壓力和空氣壓力雙作用于壓電材料PVDF,由其壓電效應便可快捷地產生電荷。一方面通過運動壓力擠壓壓電材料PVDF，進行一次發電；另一方面利用活塞連桿裝置壓縮空氣，作用于PVDF,產生的壓力進行二次發電，大大地提高壓電材料的發電效率。然后通過超低輸入升壓電路，可對外輸出較高電壓，再通過儲能電路，形成穩定的電壓對可充電電池充電，最后由密排電池組集中對外供電。

　　1.3 系統主體結構設計

　　在公路路面下鋪設一段壓電材料聚偏氟乙烯（PVDF）或是直接的壓電材料路面，壓電材料通過防壓彈簧進行復位與保護。由于壓電材料具有很好的絕緣性，故在其表面鍍一層金屬層，然后接引線，便于將系統產生的電荷導出。此外，相鄰的四塊壓電應變片通過無線傳感器，進行高效、迅速的實時監測，便于電能的實時收集。壓電材料膜片下接活塞壓縮缸，即為空氣壓縮系統部分；壓縮缸下面安裝有薄膜氣缸，壓縮空氣進入薄膜氣缸作用于壓電材料，此為二次發電部分。系統主體部分的結構圖如圖2所示。

圖2 系統主體部分結構圖