一種幾乎白費力氣的能量採集方案?

作者 : Bill Schweber,EDN

能量採集是一個熱門話題,理應如此。在許多情況下,它使電路獲得「免費」的能量,該能量既可用又可散熱或以其他方式耗費掉。但是也有一些空有時髦卻沒有「意義」的能量採集方案…

能量採集是一個熱門話題,理應如此。在許多情況下,它使電路獲得「免費」的能量,該能量既可用又可散熱或以其他方式耗費掉。例如包括使用環境振動,並透過壓電元件為資料收集感測器供電,或收集空氣中的RF能量以用於類似用途。

但是有時候也使用採集標籤。筆者認為,採集標籤作為新方案的能量來源,具有非常「曖昧」的效能、有效性或技術現實性。如果還可以與其他熱門話題(例如混合動力汽車)相關聯,它會更具吸引力。

如同上述狀況的例子是,幾年前在麻省理工學院(MIT)開發的能量採集自行車,獲得了大量資金挹注。當然,這是一個有趣的工程設計挑戰,但作為一個真正的產品…抱歉,別算我一份,我可不這麼認為。

《波士頓商業日報》(Boston Business Journal)報導提到,位於馬薩諸塞州劍橋市的Superpedestrian已經獲得了200萬美元的資金,用於將其所謂的「混合動力自行車」(hybrid bicycle)商業化,並可將任何自行車轉變為電動混合動力車。為此,它使用了一個特殊的後輪(稱為Copenhagen Wheel)來擷取煞車回充(regenerative braking)中損失的能量。

Superpedestrian研發的Copenhagen Wheel旨在透過煞車回充,將任何自行車變成能量收集器。

我們知道,正如數百萬輛混合動力車和電動車所顯示的那樣,煞車回充是擷取能量的有效方法,但這是完全不同的情況。在一輛自行車上,騎士所消耗的大部分能量都是由於滾動摩擦、機械摩擦,尤其是空氣阻力失,所有這些都是無法恢復的。空氣阻力是最嚴重的耗損,因為空氣阻力的損失與速度的平方成正比,因此大量踩踏踏板的能量永遠不會回來。

此外,如果大多數自行車騎士關注道路和整體狀況,他們根本不會使用過多的煞車。相反地,騎士會調整踩踏踏板的節奏以降低速度,當然,有些時候不得不煞車,甚至得用力煞車,但是這中間有多少能量可以恢復呢?

不過,但是,無論是真實還是想像,一無所獲的吸引力都非常強。如果這個設計做得很明顯,且使用特殊的後輪作為小型發電機,我就能理解。適度的踩踏踏板需要50~150W的功率,因此可以期望騎士再增加5~10%%的能量並儲存一些適度的能量——但是那對騎士來說將是真正的工作,而不是透過煞車回充獲得免費能源的誘惑。

我懷疑如果你進行適當的能量輸入/輸出平衡,那麼特殊的Superpedestrian車輪所增加的重量需要更多的能量來保持行駛,而不是系統能獲得的能量。這些所謂的混合動力自行車可能看起來很時髦,但是其設計所採用的物理定律卻忽略了這些方面。

真正有意義的是我所見過的許多電動自行車,將中型可充電電池夾在框架的下管或座管上,並用小型馬達代替後輪轂。這樣,騎士可以踩踏板但也可以得到幫助,或停止踩踏板並以10~15mph (15~25km/h)的速度行駛,同時休息一會兒。

你是否看過無效的時髦解決方案,還是不能通過「有意義的」實際測試?你曾參與過任何能量採集的方案設計嗎?你如何設計它?

(參考原文:An energy-harvesting scheme that is nearly useless?,by Bill Schweber,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

 

 

 

 

 

 

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