بررسي قابليت اطمينان برداشت انرژي از امواج دريا به‌وسيله تير پيزوالكتريك با درنظر گرفتن تئوري موج تصادفي جانسواپ

Reliability Study of Energy Harvesting from Sea Waves by Piezoelectric Patches Consideraing Random JONSWAP Wave Theory

يكي از روش‌هاي جديد براي تأمين انرژي سيستم‌هاي الكتريكي كم مصرف مورد استفاده در دريا، استفاده از انرژي مكانيكي امواج است. در اين روش با استفاده از مبدل پيزوالكتريك، انرژي ناشي از امواج دريا به الكتريسيته تبديل مي‌شود. مزيت اين روش عدم نياز به تعويض يا شارژ باتري سيستم مورد نظر است. در تحقيقات پيشين، مطالعاتي در زمينه برداشت انرژي از امواج دريا انجام شده ولي تحقيقي كامل در زمينه برداشت انرژي با درنظر گرفتن مدل موج تصادفي جانسواپ انجام نشده است. مدل موج تصادفي جانسواپ تقريب بهتري براي شبيه‌سازي امواج دريا نسبت به مدل موج منظم ايري است. به‌همين منظور در اين مقاله يك تير قائم متصل به كف دريا كه مجهز به وصله‌هاي پيزوالكتريك است، به‌عنوان برداشت كننده انرژي درنظر گرفته شده و بعد از مدل‌سازي با استفاده از نرم‌افزار متلب شبيه‌سازي مي‌شود. در ادامه با درنظر گرفتن مدل موج نامنظم جانسواپ پاسخ ارتعاشي تير و به تبع آن توان توليدي محاسبه شده و قابليت اطمينان سيستم و تأثير مقدار نامعيني‌هاي وصله‌هاي پيزوالكتريك روي توان توليدي به‌صورت آماري بررسي مي‌شود. درنهايت احتمال خرابي برداشت كننده انرژي بر پايه تعريف مناسبي از معيار تخطي مطالعه شده است.

One of the new methods for powering low-power electronic devices employed in the sea, is using of mechanical energies of sea waves. In this method, piezoelectric material is employed to convert the mechanical energy of sea waves into electrical energy. The advantage of this method is based on not implementing the battery charging system. Although, many studies have been done about energy harvesting from sea waves, energy harvesting with considering random JONWSAP wave theory is not fully studied up to now. The random JONSWAP wave model is a more realistic approximation of sea waves in comparison of Airy wave model. Therefore, in this paper a vertical beam with the piezoelectric patches, which is fixed to the seabed, is considered as energy harvester system. The energy harvesting system is simulated by MATLAB software, and then the vibration response of the beam and consequently the generated power is obtained considering the JONWSAP wave theory. In addition, the reliability of the system and the effect of piezoelectric patches uncertainties on the generated power are studied by statistical method. Furthermore, the failure possibility of harvester based on violation criteria is investigated.