Vývoj hybridního zdroje elektrické energie pracující na vodní hladině

Abstract

Tato práce se zabývá návrhem, vývojem a testováním hybridního energy harvesting zařízení určeného pro získávání elektrické energie z mechanického nízkofrekvenčního vlnění mořské hladiny. Navržený systém kombinuje elektromagnetický a piezoelektrický princip přeměny energie, čímž se zvyšuje jeho účinnost i funkčnost při různých typech buzení. Zařízení je koncipováno jako součást autonomních plovoucích měřicích systémů, kde nahrazuje nebo doplňuje tradiční bateriové napájení. Konstrukce elektromagnetického rezonátoru je laděna na vlastní frekvenci 1 Hz a důležitým faktorem během návrhu je mechanický kontakt mezi tělesy. Piezoelektrická část zařízení je založena na principu kmitajícího vetknutého nosníku. Laboratorní vzorek byl zhotoven a testován při kinematickém buzení simulujícím podmínky mořské hladiny. Výsledky měření potvrdily funkčnost zařízení, kdy pro amplitudu úhlové výchylky buzení 30° byl průměrný kombinovaný výkon generovaný zařízením 0,62 mW. V závěru práce byla provedena analýza generovaného výkonu z hlediska využití pro napájení IoT zařízení, což potvrdilo, že zařízení dokáže generovat dostatečné množství energie pro periodické odesílání dat.This thesis focuses on the design, development, and testing of a hybrid energy harvesting device designed to extract electrical energy from low-frequency mechanical wave motion of the sea surface. The proposed system combines electromagnetic and piezoelectric energy conversion principles, enhancing both its efficiency and operational range under various excitation conditions. The device is intended as a power source for autonomous floating measurement systems, replacing or supplementing traditional battery-based power supplies.The electromagnetic resonator is tuned to a natural frequency of 1 Hz, with mechanical interaction between internal components being a key design factor. The piezoelectric section of the system is based on the principle of a vibrating cantilever beam. A aboratory prototype was fabricated and tested under kinematic excitation simulating sea surface conditions. Experimental results confirmed the functionality of the system; at an angular excitation amplitude of 30°, the average combined output power reached 0.62 mW. In the final part of the thesis, an analysis of the generated power with respect to the energy requirements of IoT devices was carried out. The results confirm that the harvester is capable of generating sufficient energy for periodic data transmission.