Wetenschappers hebben vlaggen gemaakt die elektrische energie kunnen opwekken met behulp van wind- en zonne-energie.

De nieuwe vlaggen voor het oogsten van wind- en zonne-energie zijn ontwikkeld met behulp van flexibele piëzo-elektrische strips en flexibele fotovoltaïsche cellen.

Piëzo-elektrische strips zorgen ervoor dat de vlag kracht kan genereren door beweging, terwijl de fotovoltaïsche energie de bekendste methode is om elektrische energie te benutten door gebruik te maken van zonnecellen.

De studie, uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van Manchester, is de meest geavanceerde in zijn soort tot nu toe en de eerste die gelijktijdig wind- en zonne-energie oogst met behulp van omgekeerde vlaggen. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Applied Energy.

De nieuw ontwikkelde vlaggen voor het oogsten van energie kunnen sensoren op afstand en kleinschalige draagbare elektronica van stroom voorzien die kan worden gebruikt voor omgevingsdetectie, zoals het bewaken van vervuiling, geluidsniveaus en warmte bijvoorbeeld.

Het doel van het onderzoek is om goedkope en duurzame oplossingen voor het oogsten van energie mogelijk te maken die kunnen worden ingezet en overgelaten om met weinig of geen onderhoud energie op te wekken. De strategie staat bekend als "deploy-and-forget" en dit is het verwachte model dat zogenaamde slimme steden zullen aannemen bij het gebruik van sensoren op afstand.

Jorge Silva Leon, van Manchester's School of Mechanical, Lucht- en ruimtevaarttechniek en hoofdauteur van de studie, zegt:"Onder de werking van de wind, de vlaggen die we hebben gebouwd buigen op een repetitieve manier heen en weer, ook bekend als Limit-Cycle Oscillations. Dit maakt ze perfect geschikt voor uniforme stroomopwekking door de vervorming van piëzo-elektrische materialen. Tegelijkertijd, de zonnepanelen hebben een dubbel voordeel:ze werken als een destabiliserende massa die het begin van klapperende bewegingen veroorzaakt bij lagere windsnelheden, en natuurlijk in staat zijn om elektriciteit op te wekken uit het omgevingslicht.

Dr. Andrea Cioncolini, co-auteur van de studie, toegevoegd:"Wind- en zonne-energie hebben meestal intermittens die elkaar compenseren. De zon schijnt meestal niet tijdens stormachtige omstandigheden, terwijl rustige dagen met weinig wind meestal worden geassocieerd met glanzende zon. Dit maakt wind- en zonne-energie bijzonder geschikt voor gelijktijdige oogst, met het oog op het compenseren van hun intermitterend optreden."

Het team gebruikte en ontwikkelde unieke onderzoekstechnieken zoals snelle video-imaging en objecttracking met geavanceerde data-analyse om te bewijzen dat hun vlaggen werkten.

De ontwikkelde oogstmachines zijn getest bij windsnelheden variërend van 0 m/s (stilte) tot ongeveer 26 m/s (storm/volle storm) en 1,8 kLux constante lichtblootstelling, simuleren van een breed scala aan omgevingscondities. Onder deze bedrijfsomstandigheden totale vermogens van maximaal 3-4 milli-Watt werden gegenereerd.

Dr. Mostafa Nabawy, co-auteur van de studie, zegt:"Onze piëzo/zonne-inverted flags waren in staat om voldoende vermogen te genereren voor een reeks laagvermogensensoren en elektronica die werken in het vermogensbereik van micro-Watt tot milli-Watt binnen een aantal potentiële praktische toepassingen in de luchtvaartelektronica, afgelegen land- en zeelocaties, en slimme steden. We hopen het concept verder te ontwikkelen om meer energievragende toepassingen te ondersteunen, zoals een eco-energieopwekkingslaadstation voor mobiele apparaten."

Dr. Alistair Revell, co-auteur van werk, wijst op huidige en toekomstige onderzoeksrichtingen en zegt:"We maken momenteel gebruik van een nieuw computationeel raamwerk voor modellering en simulatie ontwikkeld aan de Universiteit van Manchester, voortbouwend op een lange traditie van Computational Fluid Dynamics in de groep. Het gebruik van computers om interacties tussen vloeistofstructuren te modelleren, wordt steeds vaker virtuele engineering genoemd. en speelt een sleutelrol in de ontwikkeling van apparaten door het aantal modellen dat fysiek moet worden vervaardigd en getest, te verminderen.