Nowadays, excessive using of fossil fuel contributes to global warming. Also, this phenomenon increases steadily. Therefore forest biomass from logging residues has received attention. The goal of this study was to determine the sustainability and economic feasibility of forest-biomass energy source. Accordingly, forest biomass resource was calculated, and harvesting and transporting machines which can be used in investing area were chosen, when using forest biomass as energy source. And then through these data, the harvesting cost was decided. The forest biomass resource calculated, thinned trees and logging residues, was 37,330.23 $m^3$ and 14,073.60 ton, respectively. When harvesting timber in each sub-compartment, the average thinned trees yield was 120.73 $m^3$, and tree logging residues was 402.80 ton. The use of tower yarder as harvesting and transporting equipments in study area was 85.4% and 66.7%, respectively, in up hill and down hill yarding. The average harvesting cost of biomass in the possibility area of timber yarding operation was expensive as 81,757 won/$m^3$, 85,434 won/m3 and 50,003 won/ton, respectively, in thinned trees and logging residue. If using data from this research analysis, tree could be felled by choosing sub-compartment.
본 논문에서는 압전 소자를 이용한 진동에너지 하베스팅 회로를 설계하였다. 압전소자의 전력-전압 특성을 이용하여 최대 전력을 부하로 전달하기 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어 기능을 구현하였다. MPPT 제어 회로는 압전소자의 출력 단에 연결된 전파 정류회로의 개방회로 전압을 주기적으로 샘플링하여 최대 가용전력이 생성되는 지점을 추적하고 이를 부하로 전달하는 역할을 한다. 제안된 진동에너지 하베스팅 회로는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였다. 모의실험 결과 설계된 회로의 최대 전력 효율은 91%이고, pad를 제외한 칩 면적은 $700{\mu}m{\times}730{\mu}m$이다.
본 논문에서는 MPPT 제어 기능을 갖는 열에너지 하베스팅 회로를 설계하였다. MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어는 열전소자의 개방회로전압과 MPP 전압간의 관계를 이용하였으며 열전소자의 개방회로전압을 주기적으로 샘플링 함으로써 이를 이용해 MPPT 기준전압을 생성하여 이를 기준으로 부하로의 에너지 공급을 제어한다. 모의실험 결과 94%의 최대 전력 효율을 보였다. 제안된 열에너지 하베스팅 회로는 $0.35{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계하였으며 설계된 칩 면적은 PAD를 제외하고 $1168.7{\mu}m{\times}541.3{\mu}m$이다.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제3권4호
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pp.221-225
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2014
Low power RF devices, such as RFID and Zigbee, are important for ubiquitous sensing. These devices, however, are powered by portable energy sources, such as batteries, which limits their use. To mitigate this problem, this study developed RF energy harvesting with W-CDMA for a low power RF device. Diodes are required with a low turn on voltage because the diode threshold is larger than the received peak voltage of the rectifying antenna (rectenna). Therefore, a Schottky diode HSMS-286 was used. A prototype of RF energy harvesting device showed the maximum gain of 5.8dBi for the W-CDMA signal. The 16 patch antennas were manufactured with a 10 dielectric constant PTFT board. In low power RF devices, the transmitter requires a step-up voltage of 2.5~5V with up to 35 mA. To meet this requirement, the Texas Instruments TPS61220 was used as a low input voltage step-up converter. From the evaluated result, the achievable incident power of the rectenna at 926mV to operate Zigbee can be obtained within a distance of 12m.
In this paper, we present the results of a preliminary study on the piezoelectric energy harvesting performance of a Zr-doped $PbMg_{1/3}Nb_{2/3}O_3-PbTiO_3$ (PMN-PZT) single crystal beam. A novel piezoelectric beam cantilever structure is used to demonstrate the feasibility of generating AC voltage during a state of vibration. The energy-harvesting capability of a PMN-PZT beam is calculated and tested. The frequency response of the cantilever device shows that the first mode resonance frequency of the excitation model exists in the neighborhood of several hundreds of hertz, which is similar to the calculated value. These tests show that several significantly open AC voltages and sub-mW power are achieved. To test the possibility of a small scale power source for a ubiquitous sensor network service, energy conversion and the testing of storage experiment are also carried out.
In this paper, a new energy harvesting technology using stray electric field of an electric power line is presented. It is found that energy can be harvested and stored in the storage capacitor that is connected to a cylindrical aluminum foil wrapped around a commercial insulated 220 V power line. The average current flowing into 47 ${\mu}F$ storage capacitor is about 4.53 ${\mu}A$ with 60 cm long cylindrical aluminum foil, and it is possible to operate wireless sensor node to transmit RF data every 42 seconds. The harvested average power is about 47 ${\mu}W$ in this case. Since the energy can be harvested without removing insulating sheath, it is believed that the proposed harvesting technology can be applied to power the sensor nodes in wireless ubiquitous sensor network and smart grid system.
Arjun Siddharth Mangalasseri;Vinyas Mahesh;Sriram Mukunda;Vishwas Mahesh;Sathiskumar A Ponnusami;Dineshkumar Harursampath;Abdelouahed Tounsi
Advances in nano research
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제14권1호
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pp.27-43
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2023
This article investigates the energy harvesting characteristics of a magneto-electro-elastic (MEE) cantilever beam reinforced with carbon nanotubes (CNT) under transverse vibration. To this end, the well-known lumped parameter model is used to represent the coupled multiphysics problem mathematically. The proposed system consists of the MEE-CNT layer on top and an inactive substrate layer at the bottom. The substrate is considered to be made of either an isotropic or composite material. Basic laws such as Gauss's Law, Newton's Law and Faraday's Law are used to arrive at the governing equations. Surface electrodes across the beam are used to harvest the electric potential produced, together with a wound coil, for the generated magnetic potential. The influence of various distributions of the CNT and its volume fraction, substrate material, length-to-thickness ratio, and thickness ratio of substrate to MEE layer on the energy harvesting behaviour is thoroughly discussed. Further, the effect of external resistances and changes in substrate material on the response is analysed and reported. The article aims to explore smart material-based energy harvesting systems, focusing on their behaviour when reinforced with carbon nanotubes. The results of this study may lead to an improved understanding of the design and analysis of CNT-based smart structures.
A target of this paper is to get some elementary experimental data on the energy harvesting using a piezoelectric material. A THUNDER series piezo material (TH7-R), which has been developed by NASA engineer is selected for this study. In order to provide a mechanical energy to the piezoelectric material, a mechanical motion vibrator and its driving electronics are designed. Using a simple PWM control, the excitation frequency of vibrating mechanical motion is varied. The generated electric power as a function of the excitation frequency is monitored and analyzed. This initial experiment shows a possible energy source using a piezoelectric material for the application to low-power consumed small electronic devices such as RFID, MEMS, and etc.
Quadrotor with limited flight time due to battery level can have the extended mission life by applying energy harvesting technology. Bio-inspiration from the birds' locomotion of flight and perch-and-stare can make energy consumption efficient, and energy harvesting technology can generate energy. In order to charge the battery with solar power, the drones are required to be in a position without shade. In the mountainous terrain, a novel mechanism is required in order to be located stably at the top of the tree or the inclined rock. In this study, we propose an analysis of the origami structure and the concept design of the perching mechanism with two stable equilibrium states. The origami structure composed of compliant material can be applied to the perching mechanism that can be locked passively. Moreover, the experimental results of the trajectory and perching test are discussed.
A target of this paper is to study on the usefulness of the adaptive piezoelectric energy harvesting device as a wireless electrical power supply when it is driven by mechanical vibrations of low frequency. For this purpose, an adaptive control technique and a step-down converter are used. A THUNDER series a piezoelectric material (TH7-R), which has been developed by a NASA engineer is selected for this study. In order to provide a mechanical energy to the piezoelectric material, a mechanical motion vibrator is designed. The adaptive controller is implemented using a dSPACE DS1104 controller board. The do-dc converter with an adaptive control technique harvests energy at over five times the rate of direct charging without a converter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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