ذخیره سازی انرژی (energy harvesting) یا ذخیره سازی توان (power harvseting) فرایندی است که در آن انرژی های منابعی هم چون، انرژی زمین گرمایی، انرژی خورشید، انرژی باد، انرژی ناشی از جزر و مد دریا و اقیانوس، انرژی اختلاف نمک محلول، انرژی های جنبشی و ارتعاشی که بدون استفاده از سیم ذخیره و استفاده می شود.

ذخیره ساز های انرژی برق مصرفی مقدار کم بعضی از دستگاههای الکترونیکی کم مصرف را فراهم می کنند. منابع این انرژی در پس زمینه طبیعت نهفته است و به صورت رایگان وجود دارد. برای مثال می توان از انرژی الکترو مغناطیسی ناشی از امواج رادیویی و تلویزیون یا انرژی ناشی از اختلاف دما در اثر کار کردن موتورهای احتراق در برخی از مناطق شهری استفاده کرد.

نحوه عملکرد ذخیره ساز های انرژی

دستگاههای مورد استفاده برای ذخیره انرژی محیط به صورت انرژی الکتریکی، از دو بخش قابل توجه نظامی و تجاری تشکیل شده اند. انرژی ذخیره شده از این طریق که با استفاده از دستگاههای توان بالا برای تامین انرژی سیستم های مصرف کننده بزرگ در مناطق دور از دسترسی آسان به عنوان به عنوان نیروگاه مورد استفاده قرار می گیرد. کاربرد دیگر آنها ذخیره سازی انرژی با استفاده از لباس های الکترونیکی می باشد که برای شارژ کامپیوترهای کوچک، تلفن همراه و اغلب وسایلی شارژی کوچک قابل استفاده است. این دستگاهها طوری ساخته می شود که توان مقاومت در برابر قرار گرفتن در محیط های خشن و موج های دینامیکی را داشته باشد.

گردآوری انرژی

شاید برایتان جای سوال باشد که این انرژی های مغناطیسی، جنبشی، ارتعاشی و… چگونه و با استفاده از چه تکنولوژی جذب و ذخیره می شوند؟

برای ذخیره سازی انرژی از سیستم های مستقلی همچون سنسورهایی که با استفاده از تلکنولوژی MEMS(سیستم های میکرو الکتریکی- مکانیکی) گسترش داده شده اند، استفاده و برق تولید می شود. این سیستم های کوچک توان بسیار کمی دارند و کاربرد آن ها وابسته به برق باتری است. این حس گرها عملکرد نامحدودی در ذخیره انرژی های نور، باد، حرارت، انرژی ناشی از ارتعاشات محیط و … دارند.

چگالی انرژی ذخیره شده در این دستگاهها به کاربرد آن و طراحی خود دستگاه ذخیره ساز بستگی دارد، توان این دستگاهها بر حسب نیاز می تواند از چند میکرو وات بر سانتی متر مکعب تا صدها میکرو وات سانتی متر مکعب برسد. از این انرژی برای مصارف معمولی تا ژنراتورهایی برای ماشین آلات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

ذخیره سازی و استفاده از توان

برای ذخیره انرژی معمولا از باتری، خازن یا ابرخازن استفاده می شود. از باتری ها به خاطر نشتی پایین انرژی در مواقعی که نیاز به ارائه انرژی مداوم باشد و از خازن ها برای ذخیره انرژی های بزرگ، استفاده می شود.

برای استفاده از این انرژی پس از ذخیره سازی آن، ابتدا از طریق یک ریزپردازنده آن را به خازن ذخیره ساز دوم یا باتری منتقل می کنند..

دستگاههای ذخیره ساز انرژی

منابع انرژی در همه ی مقیاس ها وجود دارند، در مقیاس های کوچک برای استفاده های معمولی و در مقیاس های بزرگ برای استفاده های بزرگ صنعتی.

ساعت هایی مچی اتوماتیک با انرژی جنبشی به نام جنبش بازو کار می کنند. این جنبش باعث پیجش فنر اصلی ساعت می شود. در طراحی های جدید از طرف شرکت سیکو، از حرکت یک آهنربا در ژنراتور مغناطیسی به جای توان دهی به جنبش کوارتز استفاده می شود. حرکت آهنربا باعث القای emf بر روی سیم پیچ ها می شود.(قانون فارادی)

فتو ولتاییک (Photovoltaic) روشی دیگر برای ذخیره انرژی و تولید توان الکتریکی با استفاده از نور خورشید می باشد. فتو ولتاییک (Photovoltaic) که به اختصار روش PV نامیده می شود با استفاده از انرژی خورشیدی و با به کارگیری سلول های خورشیدی جریان مستقیم الکتریسته را فراهم می کند. این سلول های خورشیدی نیمه رسانا بوده و از جنس سیلیسیوم(دومین عنصر فراوان پوسته زمین) ساخته می شوند. با ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو الکترود مثبت و منفی سلول فتوولتاییک با تابیده شدن نور خورشید به آن، باعث ایجاد جریان بین آن ها می گردد. فتو ولتاییک (Photovoltaic) در دسته انرژهای تجدید پذیر قرار داده می شود.

ژنراتور های ترموالکتریک (thermoelectric generators) که به اختصار TEG نامیده می شوند از اتصال مواد غیر متشابه در اثر اختلاف دما ساخته می شوند. ایجاد ولتاژهای بزرگ از اتصال چندین ماده به صورت متوالی یا موازی ممکن است.

مولدهای ترموالکتریک ابزار جامدی هستند که گرما را به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل می کنند یعنی در اثر اختلاف دما در دو طرفشان همانند باطری عمل خواهند کرد و حالت عکس هم دارند یعنی با اتصال باطری به آن ها دو طرف شان اختلاف دما به وجود می آید. این مولد ها هیچ گونه اجزای محرکی ندارند و برخلاف موتورهای حرارتی معمولی صدایی تولید نمی کنند و همانند خازن، ترانزیستور و دیود یک المان به حساب می آیند.

شارژ گوشی با سیستم ترموالکتریک

میکرو توربین های بادی برای تبدیل انرژی جنبشی باد در محیط به انرژی مکانیکی استفاده می شود. این توربین ها  برای شارژ کردن باتری ها، توان کمکی در قایق های بادبانی مورد استفاده قرار می گیرند. برای تولید جریان برق از وسایل مختلفی همچون تجهیزات الکتریکی و ژنراتور برای تولید الکتریسیته با ولتاژ و فرکانس مناسب، چیلر های جذبی، مبدل های حرارتی و رطوبت گیرهای هوا جهت کاربرد های حرارتی در کنار میکروتوربین ها به کار گرفته می شود. امروزه توان تولیدی میکرو توریین ها در محدوده ۲۵ تا ۱۰۰۰ کیلو وات است.استفاده از میکرو توربین ها در سیستم های ترکیبی تولید توان الکتریکی و حرارتی می تواند بازده کلی آنها را در مقایسه با  حالتی که تنها برای تولید الکتریسیته استفاده می شوند دو تا سه برابر کند.

پیزو الکتریک ها(piezoelectric) نیز برای تولید انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می شوند. انواع ارتعاشات کوچک، ضربه ها، فشارها و …باعث تحریک پیزوالکتریک ها می شود.

تغییرات فشار وارد شده به قطعه پیزوالکتریک موجود در پاشنه کفش، نصب قطعات پیزوالکتریک در مکان های پر رفت و آمد شهر آن را قادر می سازید تا انرژی الکتریکی تولید نماید. یک نیروگاه برق بزرگ به وسعت کیلومترها راه های کشور با به کار گیری ژنراتورهای پیزوالکتریک در زیر آسفالت جاده ها و باند های فرود و نیز ریل ها بهره برداری کرد. چهارصد کیلووات برق  با استفاده از پیزوژنراتور به هم پیوسته به طول یک کیلومتر در یک آزاد راه، تولید خواهد شد.

اثر پیزوالکتریک به زبان ساده