Piezoelectric Energy Harvesting from 2DOF Vortex Induced Motion of Cylinder in Low-Speed Flowing Water

Dieses Kapitel befasst sich mit dem innovativen Einsatz von Wirbelbewegungen (VIM) zur Umwandlung hydrokinetischer Energie in elektrische Energie. Die Forschung stellt einen neuartigen Konverter mit zwei Freiheitsgraden (2DOF) vor, der für den Betrieb in langsam fließenden Gewässern entwickelt wurde und die Beschränkungen traditioneller Systeme mit einem Freiheitsgrad von einem Grad berücksichtigt. Der Konverter verfügt über einen internen piezoelektrischen Energieernter, der durch eine wasserdichte Struktur geschützt ist und mechanische Energie durch einen Frequenzaufwärtskonvertierungsmechanismus in elektrische Energie umwandelt. Das Kapitel bietet eine detaillierte theoretische Analyse der hydrodynamischen Kräfte und der regierenden Gleichungen des Systems, gestützt durch experimentelle Daten eines Prototyps, der in einem zirkulierenden Wasserkanal getestet wurde. Die Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des Konverters, innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs eine signifikante Leistung zu erzeugen, und unterstreichen sein Potenzial für die Stromversorgung von Unterwassersensoren und die Überwachung der Meeresumwelt. Die Ergebnisse bieten eine vielversprechende Methode zur nachhaltigen Energiegewinnung in Unterwasserumgebungen, mit Auswirkungen auf Fortschritte bei Technologien für erneuerbare Energien und Schiffbau.