电力/性能:9月17日

硅热电技术
位于达拉斯的得克萨斯大学研究人员和德州仪器公司开发出一种新方法热电发电可以使用电子将废热转化为可重用的能量。

“在一般意义上,废热无处不在:热你的汽车引擎生成,例如,”马克·李说教授和达拉斯德州大学物理系主任。“这通常热量消散。如果你有一个稳定的温差——甚至一个小——然后你可以收获一些热量转化成电能来运行你的电子产品。”

“热电一代已经贵,每个设备的成本和成本每瓦的能量生成的,”李说。“最好的材料是相当奇异的——他们是罕见的或有毒的——他们不容易与基本的半导体技术兼容。”

一般来说,硅是一个贫穷的热电材料。十年前的研究表明,硅进行更好的纳米线,但却从中获得有用的热电发电机仍然是困难的。在某种程度上,纳米线太小的兼容芯片制造过程。为了解决这个问题,团队创建的“nanoblades,”只有80纳米厚但超过8倍宽。

丧失了一些热电nanoblade形状能力相对于纳米线,李说。“然而,使用许多立刻可以生成尽可能多的力量最好的特殊材料,同一地区和温差”。

太多的材料也可以阻碍性能,但是nanoblade接近甜点,李说。“当你使用太多的硅,feed生成滴的温差。使用太多的废热,热冷利润率下降,你不能产生热电动力。”

这个真空电子探针台测试热电电路由研究人员。硅片与热电中心电路是可见的。(来源:位于达拉斯的得克萨斯大学)

“我们优化我们的设备的配置将它们在世界上最高效的热电发电机,”胡Gangyi说,他是达拉斯大学物理学博士学位学生的学习。“因为它是硅,它仍然是低成本、易于安装,不需维护的,持久的和潜在的可降解。”

“你可以降低40%生活在热电能力相对于特殊材料,因为你每瓦成本生成的骤降,”李补充道。“边际成本低100倍。”

一个应用程序的团队认为是驱动传感器。“现在传感器无处不在。他们不可能不断插入,所以他们不消耗很少的能量,”马克·李说教授和达拉斯德州大学物理系主任。“没有可靠的光源对光伏能源,你离开需要一些电池,不应该被取代。”

“我们希望将这一技术与微处理器、传感器在同一芯片上,放大器或收音机,等等。的上下文中工作做了全套的规则支配的一切进入大规模生产芯片,”李说。“在德州仪器公司,他们可以使用的区别是技术和一个他们不能。”

水下通信
麻省理工学院的研究人员提出一个方法来创建一个battery-free通信系统使用接近于零的力量从水下传感器传输数据。团队称,该红绿灯系统能够被用于监测海洋温度来研究气候变化和长期跟踪海洋生物。

关键工作是压电效应,在某些材料振动产生电荷,和后向散射,反射调制传输数据的无线信号从一个标签,回到一个读者,在射频识别标签。

Piezo-Acoustic后向散射系统使用一个发射机发送声波在水中对压电传感器已存储的数据。当波冲击传感器时,材料振动和商店产生的电荷。然后传感器使用存储能量波反射到接收器或不能反映。这样交替反射对应的比特传输数据:反射波,接收者解码一个1;反射波,接收者解码一个0。

“一旦你有了一个传输1和0,你可以发送任何信息,“Fadel阿迪说,麻省理工学院媒体实验室的助理教授和电气工程和计算机科学和信号动力学研究集团的创始董事。“基本上,我们可以与水下传感器完全基于传入的声音信号的能量收获。”

压电材料的技术依赖于功能不仅产生一个小电压以响应振动也受电压时变形。当水下,这产生一个压力波。“可逆性是允许我们建立一个非常强大的水下后向散射通信技术,”阿迪说。

水下Piezo-Acoustic后向散射系统。(来源:麻省理工学院)

系统由一个水下节点,一个电路板,压电谐振器,一个能量采集装置,单片机。可以集成到任何类型的传感器节点由单片机编程。一个声学投影仪(发射机)和水下监听设备,称为水听器(接收器),放置一些距离。

最初,发射机发出声波的节点。

当传感器想发送一个0,压电谐振器吸收波和自然变形,和能量收割机存储电荷的产生的振动。然后,接收方认为没有反射信号,解码一个0。

发送一个1,节点的单片机使用存储电荷小电压发送到压电谐振器。电压调整材料的结构,阻止它变形,而不是反映了波。传感反射波,接收者解码1。

研究人员测试了系统在麻省理工学院获得水下池,用它来收集水温度和压力的测量。系统能够传输3 kb / s的准确的数据同时从两个传感器之间的距离10米传感器和接收器。

在部署中,发射机和接收机需要力量,可以放在船只或浮标,电池可以被改变。团队正在演示系统在更远的距离和更多的传感器,和测试是否会工作传输声音和低分辨率的图像。

从太阳能获得更多
滑铁卢大学的研究人员发明了一种算法来增加太阳能光伏系统的效率和减少权力失去了在不改变硬件的体积。

“我们已经开发了一个算法来进一步提高功率提取现有的太阳能电池板,“说Milad波斯语,博士生在滑铁卢的应用数学。“硬件在每个太阳能电池板有一些名义上的效率,但应该有一些适当的控制器可以得到最大功率的太阳能电池板。

“我们不改变硬件或需要额外的太阳能光伏系统的电路。我们开发的是一个更好的方法来控制硬件已经存在。”

新算法,非线性最优反馈控制方案,控制器可以更好地处理波动在一个太阳能光伏系统的最大功率点,这往往是潜在的能量散失。

“基于模拟,小型家用太阳能阵列包括12个模块335 w,可以节省138.9千瓦时/年,“说波斯语。“储蓄或许看上去并不严重的小型家用太阳能系统,但在大规模可以起很大的作用的,比如太阳能农场或一个区域包括成千上万的当地太阳能电池板连接到电网。”

波斯语的例子给了萨尼亚光伏电站,加拿大最大的光伏电站。“如果使用这种技术,储蓄可以达960000千瓦时/年,足够的数百户家庭。如果保存能量生成的煤电厂,这需要向大气中排放312吨的二氧化碳。”

研究人员说,某些情况下,比如充电快周围环境或转换器断电的情况下由于传统控制方法,电力储蓄可能会大得多。