Piezoelektrik malzemelerle enerji hasatı

Abstract

Bu çalışmada mekanik titreşimlerden enerji üretmek amacıyla kullanılan zil tipi (cymbal) transdüser esaslı piezoelektrik enerji hasatı (PEH) ünitelerinin tasarım kriterleri irdelenmiştir. Öncelikle, yüksek enerji yoğunluklu piezoelektrik seramiklerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Faz oluşumu X-ışınları kırınımı ile incelenmiş ve malzemenin piezoelektrik özelliklerini olumsuz etkileyen payroklor fazının oluşmasını engelleyecek süreç değişkenleri incelenmiştir. Üretilen seramik numunelerin mikro yapısı taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Sonraki adım, yapıların titreşim frekansı ile örtüşmelerini sağlamak amacıyla transdüserlerin rezonans frekanslarını azaltmaktır. Bunun için yenilikçi bir metal kiriş tasarımı modeli oluşturulmuştur. Bu metal yapının matematik modeli Euler-Bernoulli kiriş teorisi kullanılarak, sonlu elemanlar modeli de ANSYS kodu kullanılarak oluşturulmuştur. Rezonans frekansının kiriş uzunluğuna ve uç kütlesine göre değişimi incelenmiştir. Sonraki aşamada zil tipi transdüserlerin enerji hasatı performansları değerlendirilmiştir. Son olarak, transdüserler metal kirişle birleştirilerek yeni bir PEH ünitesi oluşturulmuştur. Frekansın ve uç kütlesinin değişimine bağlı olarak transdüserlerin güç üretimi karakterize edilmiştir.