Erzeugung elektrischer Energie mittels kurzer piezoelektrischer Biegewandler in strömenden Medien

Abstract:
Zur Erzeugung elektrischer Energie aus strömenden Medien werden piezoelektrische Biegewandler eingesetzt. Diese sind an einem Störkörper fixiert und oszillieren infolge der Wirbelbildung hinter dem Störkörper. Mittels FEM-Simulation kann nachgewiesen werden, dass Form und Größe des Störkörpers das Verhalten der Wirbelbildung bestimmen. Störkörper mit definierten Abrisskanten führen zu einer periodischen Wirbelablösung. Die Ablösefrequenz nimmt mit der Verkleinerung der Störkörper zu. Messungen an makroskopischen Modellen bestätigen die Simulationsergebnisse. Kurze Biegewandler zeigen bei Leistungsanpassung eine größere Leistungsabgabe als lange Biegewandler. Nicht für den Anwendungsfall optimierte Biegewandler liefern bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 45m/s etwa 0,1 mW.