PURPOSES : An conventional method for electric power generation is converting thermal energy into mechanical energy then to electrical energy. Due to environmental issues such as global warming related with $CO_2$ emission etc., were the limiting factor for the energy resources which resulting in extensive research and novel technologies are required to generate electric power. Thermal energy harvesting using thermoelectric generator is one of energy harvesting technologies due to diverse advantages for new green technology. This paper presents a possibility of application of the thermoelectric generator's application in the direct exchange of waste solar energy into electrical power in road space. METHODS : To measure generated electric power of the thermoelectric generator, data logger was adopted as function of experimental factors such as using cooling sink, connection methods etc. Also, the thermoelectric generator、s behavior at low ambient temperature was investigated as measurement of output voltage vs. elapsed times. RESULTS : A few temperature difference between top an bottom of the thermoelectric generator is generated electric voltage. Components of an electrical circuit can be connected in various ways. The two simplest of these are called series and parallel and occur so open. Series shows slightly better performance in this study. An installation of cooling sink in the thermoelectric generator system was enhanced the output of power voltage. CONCLUSIONS : In this paper, a basic concepts of thermoelectric power generation is presented and applications of the thermoelectric generator to waste solar energy in road is estimated for green energy harvesting technology. The possibility of usage of thermoelectric technology for road facilities was found under the ambient thermal gradient between two surfaces of the thermoelectric module. An experiment results provide a testimony of the feasibility of the proposed environmental energy harvesting technology on the road facilities.
This paper implements a simultaneous solar and thermal energy harvesting system, as a hybrid energy harvesting (HEH) system, to convert ambient light into electrical energy through photovoltaic (PV) cells and heat absorbed in the body of PV cells. Indeed, a solar panel equipped with serially connected thermoelectric generators not only converts the incoming light into electricity but also takes advantage of heat emanating from the light. In a conventional HEH system, the diode block is used to provide the path for the input source with the highest value. In this scheme, at each time, only one source can be handled to generate its output, while other sources are blocked. To handle this challenge of combining resources in HEH systems, this paper proposes a method for collecting all incoming energies and conveying its summation to the load via the current mirror cells in an approach similar to the maximum power point tracking. This technique is implemented using off-the-shelf components. The measurement results show that the proposed method is a realistic approach for supplying electrical energy to wireless sensor nodes and low-power electronics.
In this paper, it was investigated how the amount of energy harvesting will be varied from the FTEH which has inlet area is wider than outer area and attaching cantilever type MFC (Macro Fiber Composite) using by theoretical and experimental approaches. When MFC length increased 50 % vibration displacement also increased 3.5 times. When thickness decreased vibration displacement increased 30.9 times. In underwater tank experiments FTEH with spiral screw, flexible support, vertical direction fabrication cases showed maximum energy harvesting more 5 times than the case of MFC installed horizontally without spiral screws and on rigid supports. When the flow speed of 0.24 m/s FTEH's optimal resistance applied 4,10 kΩ, energy storage in the capacitor was measured 4 ㎼·s during 350 seconds. It was confirmed that the charging energy can be increased by lengthening the capacitor charging time of the large-area MFC installed vertically on the flexible support at high flow speed.
Park, Sung Cheol;Lee, Jae Hoon;Kim, Yeon-gyu;Park, Kwi-Il
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.1
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pp.72-79
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2022
Piezoelectric energy harvesting technologies, which can be used to convert the electricity from the mechanical energy, have been developed in order to assist or power the wearable electronics. To realize non-toxic and biocompatible electronics, the lead-free (Ba0.85Ca0.15)(Ti0.90Zr0.10)O3 (BCTZ) nanoparticles (NPs) are being studied with a great attention as flexible energy harvesting device. Herein, piezoelectric hybrid nanocomposites were fabricated using BCTZ NPs-embedded poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] matrix to improve the performance of flexible energy harvester. Output performance of the fabricated energy device was investigated by the well-optimized measurement system during the periodically bending and releasing motions. The generated open-circuit voltage and the short-circuit current of the piezoelectric hybrid nanocomposite-based energy harvester reached up to ~15 V and ~1.1 ㎂, respectively; moreover, the instantaneous power of 3.5 ㎼ is determined from load voltage and current at the external load of 20 MΩ. This research is expected to cultivate a new approach to high-performance wearable self-powering electronics.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.1
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pp.78-83
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2021
We modeled the helical turbine and three modified helical turbines for the structure of the hydraulic turbine for discharge water energy harvesting. A structure that can reduce the load applied to the blade by placing a center plate is our basic concept. The shape was reduced to 1/5, fixed to a size of 240 mm in height and 247 mm in diameter, and modeled by changing the width and the angle of the hydraulic turbine blade. The pipe inner diameter of the simulation pipeline equipment is 309.5 mm, and the simulation section was 4 m in the entire section. The flow velocity was measured for two cases, 1.82 m/s and 2.51 m/s, with the parameters being the amount of power generation, hydraulic turbine's torque, and hydraulic turbine's rotation speed. The measurement results confirmed that the flow velocity at the center, which has no pipe surface resistance, has a great influence on the amount of power generation; therefore, the friction area of the turbine blade should be increased in the center area. In addition, if the center plate is placed on the helical turbine, durability can be improved as it reduces the stress on the blade.
Kim, Min Jae;Lim, Wonseob;Bae, Jongseok;Park, Ju Hyun;Park, Young Jun;Lee, Jong Min;Trinh-Van, Son;Kim, Dong In;Lee, Kang Yoon;Hwang, Keum Cheol;Yang, Youngoo
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.10
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pp.1922-1930
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2015
This paper presents the system design, implement, and measurement results of the testbed for the wireless RF energy harvesting system. The developed testbed can be used for RF power transfer and data communication using the 2.4 GHz and 900 MHz frequency bands. It allows to evaluate the system performances for the RF power and data transmission. The testbed can also be used to develop algorithms for efficient energy harvesting.
Physiological signals such as body temperature, heart rate, blood pressure and heart rate variability and biomechanical workload for stress analysis were investigated during the cherry tomato harvesting work in a greenhouse. The skin temperatures raised $0.05^{\circ}C$/min, $0.03^{\circ}C$/ min, and $0.08^{\circ}C$/min in standing, stooping and squatting postures, respectively. Breath rate significantly increased from 18 to 28 breaths/min during the cherry tomato harvesting work. As the heart rate during the work ranged from about 72 to 110 beats/min (bpm), the cherry tomato harvesting work appeared to be a light intensity task of less than 110 bpm. The worker's average energy consumption rate in three positions during 43 min working time was 65.74 kcal (91 kcal/h in 70 kg). This was a light intensity of work, compared to 75 kcal/h in 70 kg of basic metabolic energy consumption rate of a worker with 70 kg weight; The maximum shear force on the disk (L5/ S1) due to static workload in the cherry tomato harvesting work was 446 N in the stooping posture, 321 N in the squatting posture and 287 N in the standing posture. Acute stress index expressed with the heart rate variability, increased parasympathetic activation up to about 70 while workers were doing most agricultural work in this study. This study provided a system to measure quantitatively workers' physiological change, kinematics and kinetic factors without any restrictions of space in the greenhouse works.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.1
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pp.62-67
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2012
Owing to the rapid growth of mobile and electronic equipment miniaturization technology, the supply of micro mobile computing machine has been fast raised. Accordingly they have performed many researches on energy harvesting technology to provide promising power supply equipment to substitute existing batteries. In this paper, in order to have low resonance frequency for piezoelectric energy harvester, we have tried to make it larger than before by adopting nickel that has much higher density than silicon. We have applied it for our energy harvesting actuator instead of the existing silicon based actuator. Through such new concept and approach, we have designed energy harvesting device and made it personally by making with micromachining process. The energy harvester structure has a cantilever type and has a dimension of $10{\times}2.5{\times}0.1\;mm^3$ for length, width and thickness respectively. Its electrode type is formed by using Au/Ti of interdigitate d33 mode. The pattern size and gap size is 50 ${\mu}m$. Based on the measurement of the nickel-based piezoelectric energy harvester, it is found to have 778 Hz for a resonant frequency with no proof mass. In that resonance frequency we could get a maximum output power of 76 ${\mu}W$ at 4.8 $M{\Omega}$ being applied with 1 g acceleration.
When designing an underwater Piezoelectric Energy Harvester (PEH), Vortex Induced Vibration (VIV) is generated throughout the cantilever through a change in curvature, and the generation of VIV increases the vibration displacement of the curved cantilever PEH, which is an important factor in increasing actual power. The material of the curved PEH selected a Polyvinyline Di-Floride (PVDF) piezoelectric film, and the flow velocity is set at 0.1 m/s to 0.50 m/s for 50 mm, 130 mm, and 210 mm with various curvatures. The strain energy change of PEH by VIV was observed. The smaller the radius of curvature, the larger the VIV, and as the flow rate increased, more VIV appeared. Rapid shape transformation due to the small curvature was effective in generating VIV, and strain energy, normalized voltage, average power, etc. To increase the amount of power of the PEH, it is considered that the average power will increase as the number of curved PEHs increases as well as the steep curvature is improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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