(حاصدة الرياح).. جهاز غير مكلف لتحويل طاقة الرياح الخفيفة إلى كهرباء

طور علماء من جامعة نانيانج التكنولوجية بسنغافورة جهازًا منخفض التكلفة يمكنه تسخير الطاقة من الرياح بلطف كالنسيم الخفيف وتخزينها ككهرباء.

عند تعرض الجهاز للرياح بسرعة منخفضة تصل إلى 2 متر في الثانية (م/ ث) ، يمكن للجهاز إنتاج جهد كهربائي يبلغ ثلاثة فولت وتوليد طاقة كهربائية تصل إلى 290 ميكرو واط، وهو ما يكفي لتشغيل جهاز استشعار تجاري ولإرسال البيانات أيضًا إلى هاتف محمول أو كمبيوتر.

يقوم الجهاز الخفيف والمتين، والذي يسمى حاصدة الرياح، بتحويل أي كهرباء غير مستخدمة إلى بطارية، حيث يمكن تخزينها لتشغيل الأجهزة في حالة عدم وجود الرياح.

يقول العلماء، إن اختراعهم لديه القدرة على استبدال البطاريات في تشغيل مصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وأجهزة استشعار مراقبة الصحة الهيكلية. يتم استخدامها في الهياكل الحضرية ، مثل الجسور وناطحات السحاب ، لمراقبة صحتها الهيكلية ، وتنبيه المهندسين إلى قضايا مثل عدم الاستقرار أو الأضرار المادية.

بقياس 15 سم في 20 سم فقط ، يمكن تركيب الجهاز بسهولة على جوانب المباني، وسيكون مثالياً للبيئات الحضرية، مثل الضواحي السنغافورية، حيث يكون متوسط ​​سرعة الرياح أقل من 2.5 م/ ث، خارج العواصف الرعدية.

نُشرت النتائج في مجلة Mechanical Systems and Signal Processing في سبتمبر.

قال البروفيسور يانج ياوين، مهندس إنشائي من كلية الهندسة المدنية والبيئية (CEE) بجامعة NTU ، والذي قاد المشروع، “كمصدر للطاقة المتجددة والنظيفة، اجتذب توليد طاقة الرياح اهتمامًا بحثيًا واسع النطاق. ويهدف بحثنا إلى معالجة عدم وجود آلة حصاد طاقة صغيرة الحجم لوظائف أكثر استهدافًا، مثل تشغيل أجهزة الاستشعار الصغيرة والأجهزة الإلكترونية .

“يعمل الجهاز الذي طورناه أيضًا كبديل محتمل لبطاريات الليثيوم أيون الأصغر، نظرًا لأن حصادة الرياح لدينا مكتفية ذاتيًا وستتطلب صيانة عرضية فقط، ولا تستخدم المعادن الثقيلة ، والتي إذا لم يتم التخلص منها بشكل صحيح، يمكن أن تسبب البيئة مشاكل.”

تلقى الابتكار اهتمامًا من الصناعة. يعمل فريق البحث في جامعة NTU أيضًا على تسويق اختراعهم.

الدراسة، التي تقدم ابتكارًا يمكن أن يساعد في تقليل النفايات الإلكترونية وإيجاد مصادر بديلة للطاقة ، تعكس التزام جامعة NTU بالتخفيف من تأثيرنا على البيئة، وهو أحد التحديات الإنسانية الأربعة الكبرى التي تسعى الجامعة لمعالجتها من خلال NTU 2025 الخطة الاستراتيجية.

ركوب الريح

تم تطوير الجهاز لتسخير طاقة الرياح الفعالة بتكلفة منخفضة وبتآكل وتمزق منخفض، يتكون جسمها من ألياف إيبوكسي، وهو بوليمر شديد التحمل، مع الملحق الرئيسي الذي يتفاعل مع الرياح ومصنوع من مواد رخيصة الثمن، مثل النحاس، ورقائق الألومنيوم، وبولي تترافلورو إيثيلين، وهو بوليمر متين يُعرف أيضًا باسم التفلون.

بسبب التصميم الديناميكي لهيكلها، عندما تتعرض آلة الحصاد لتدفق الرياح، فإنها تبدأ في الاهتزاز، مما يتسبب في اقتراب صفيحتها من السدادة والخروج منها، يتسبب هذا في تكوين شحنات على الفيلم، ويتشكل تيار كهربائي أثناء تدفقها من رقائق الألومنيوم إلى الفيلم النحاسي.

في الاختبارات المعملية، يمكن للحاصدة التي طورتها NTU تشغيل 40 مصباحًا ضوئيًا بسرعة رياح تبلغ 4 م/ ث، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تشغيل جهاز استشعار، وتشغيله بشكل كافٍ لإرسال معلومات درجة حرارة الغرفة إلى هاتف محمول لاسلكيًا.

أظهر هذا أن الحاصدة لا يمكنها فقط توليد الكهرباء لتشغيل الجهاز باستمرار ، ولكن يمكنها تخزين شحنة زائدة كافية للحفاظ على تشغيل الجهاز لفترة طويلة في غياب الرياح.

وأضاف البروفيسور يانج: “طاقة الرياح هي مصدر للطاقة المتجددة، فهي لا تلوث، ولا تنضب، وتقلل من استخدام الوقود الأحفوري ، وهو مصدر غازات الاحتباس الحراري التي تسبب الاحتباس الحراري، وقد ثبت أن اختراعنا فعال تسخير هذا المصدر المستدام للطاقة لشحن البطاريات ومصابيح LED الضوئية، مما يدل على إمكاناته كمولد للطاقة لتشغيل الجيل التالي من الإلكترونيات، وهو أصغر حجمًا ويتطلب طاقة أقل”.

سيجري فريق NTU مزيدًا من الأبحاث لتحسين وظائف تخزين الطاقة في أجهزتهم، بالإضافة إلى تجربة مواد مختلفة لتحسين الطاقة الناتجة فريق البحث أيضًا في طور التسجيل للحصول على براءة اختراع لدى NTUitive ، شركة الابتكار والمؤسسة NTU.