2.6.4 Le module
piézoélectrique
Comme pour l'énergie solaire, où le
générateur se compose de modules regroupant des cellules
photovoltaïques connectées électriquement ; il est de
même avec un générateur piézoélectrique. Un
module piézoélectrique se compose de plusieurs transducteurs
connectés électriquement et regroupés dans une structure
pouvant supporter les charges.
Figure 21 : Module
piézoélectrique avec transducteurs en pont (Wang, et al.,
2019)
Figure 22 : Module
piézoélectrique avec liaisons électriques
effectuées
Le module des Figure 21 et Figure 22 a été
utilisé dans les travaux de Wang (Wang, et al., 2019) mais cette fois
avec pour matériau piézoélectrique le PZT-5H, il se
compose de 64 transducteurs regroupés dans un boitier en aluminium. Les
transducteurs sont isolés les uns des autres par du nylon. Il fait 17.8
cm en long et en large, avec une hauteur de 7.6 cm.
? Hypothèses de fonctionnement
- Le module est en permanence soumis à une
sollicitation périodique
- A 40 mm sous la surface, la totalité de
l'énergie due au frottement à la surface est transmise au
module.
Pour estimer la puissance fournie par le
générateur on supposera un environnement suivant :
- Un trafic dense de 3 Hz est considéré, Soit
259200 passages par jour
- Une vitesse de 70 km/h ;
- Une masse typique par véhicule de 1600 kg soumise
à l'accélération de la pesanteur de 1g ;
On calcule premièrement la puissance mécanique
à chaque passage :
Avec :
Fr : la force de frottement
Cr : le coefficient de frottement
Le temps de passage d'un véhicule sur un module de 17.8 cm
de long sera de :
On peut alors calculer l'énergie mécanique
reçue par la formule :
En considérant que les essais en laboratoire ont
montré que le coefficient de transmission d'énergie pour un
système avec transducteur en pont est de 0.078 (Jasim, et al.,
2017) ; évaluons l'énergie électrique
récoltée :
Sachant que 1J vaut 2.7778*10-7 kWh on déduit
la puissance électrique générée à chaque
passage de véhicule sur un module en considérant les 4
niveaux:
En multipliant par le nombre de véhicule par jour on
obtient :
 
En calculant pour 1 km avec un espacement de 7 cm entre les
modules on obtient une énergie de
Pour des lampes de 100W fonctionnant 12 h/24 soit 0.72 kWh/jour
le système est capable d'alimenter 176 lampes.
La tension récupérée doit être
redressée et régulée avant d'être stockée.
Les lampes étant destinées à fonctionner de
nuit, l'énergie récoltée est stockée pour sa
réutilisation ultérieure. Les études sur le sujet
démontrent que les batteries rechargeables ne sont pas adéquates
pour le stockage de l'énergie piézoélectrique (Nyamayoka,
et al., 2018). On privilégie plutôt les super condensateurs pour
les raisons suivantes :
- Le nombre de charge et de décharge est quasiment
illimité pour les super condensateurs ;
- Le temps de charge est très court ;
- Les super condensateurs sont peu influencés par les
conditions environnementales diverses auxquelles elles seront exposées
pour de telles applications.
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