浅析发电地板的技术发展
接勐
吉林化工学院机电工程学院
摘要：文章介绍了电磁发电机式、PVC太阳能光伏发电式和压电体单元式3种发电地板，比较了其工作原理和技术特点，后两种具有结构简单、体积小、造价低的特点，具有广泛的应用前景。
关键词：发电地板；可再生能源
为了降低碳排放量，维持世界生态和环境的可持续发展，各国大力发展可再生能源技术。发电地板将行人的踩踏的机械能转化为电能，应用前景被广泛看好。据2013年10月英国《独立报》网站报道，英格兰帕维根系统公司设计了一款发电地板，并完成了测试，如图1所示。当每个行人在地板上跑跳一步，地板的发电系统会产生电能。其工作原理为：行人跑跳时，自上而下的机械能通过机械装置形成地板中发电系统的转动惯量，带动发电机转子选装从而引起磁通量改变以产生感生电动势，并存储起来供用电器使用。上述每块地板的尺寸为600×450×82mm，重量为28.5kg，行人每踩踏一次可以产生5W的电能[1]。
图1 英格兰帕维根系统公司设计的发电地板
荷兰的一家“可持续舞蹈俱乐部”公司克斯曼等发明了一种发电地板。这种地板被安装在跳舞俱乐部的场地中，地板上舞者的跑、跳、走的动作，表现为对地板向下的冲击和振动，通过机械装置把机械能形成发电装置的转动惯量，使电磁式发电机发电产生电能，如图2所示[2]。
图2 荷兰“可持续舞蹈俱乐部”公司发明的发电地板
2007年日本JREAST旅客铁道株式会社与日本KEIO大学共同研发了一种发电地板。此种地板由若干个圆形或者矩形的压电发电系统单元组成，每个单元独立发电，多个单元产生的电能汇集并存储后，给用电器供电。这种发电地板设置在有大流量人群通过的铁路检票入口处，人流行走对地板的踩踏，通过地板中发电单元压电材料的发电效应产生电能，给自动检票机供电[3]。
德国的WernerAisslinger设计工作室设计了一款住宅室内发电地板。此地板为高强度的太阳能发电板，可以支撑人们的踩踏。为了可以让太阳光照射到地板上，住宅的顶棚和四周均为透明材料和框架构成[4]。
我国也对发电地板进行了科学研究。由中国科学院上海硅酸盐研究所研发，共有24块小地板组成，面积为2.1m2，所采用的科学原理是压电效应：利用压电材料发生机械变形后能够产生电场变化的特点，将人们行走、踩踏、跳跃等产生的机械能直接转换成电能。球体上则共有432颗LED灯，接收到电能后就可以亮起来，而亮的颗数取决于市民踩踏、跳跃发出的能量。它的发电原理和上海世博会日本馆展示的压电发电地板原理相同，但材料结构不一样。越重的人发电越大，猛跳一下，一个人最高发电量可以达到1W。
上述发电地板按照工作原理，可以分为传统的电磁发电机式、聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）太阳能光伏发电式和压电体单元式，其工作原理和技术特点如表1所示。其中后两种发电地板由于结构简单、体积小、成本低的优点，所以应用前景被广泛看好。
表1 3种发电地板技术比较
[参考文献]
[1]凤凰科技.英国开发出可发电地板每踩一步产生4瓦电力[EB／OL].（2013-10-17）[2019-08-10].http：//tech.ifeng.com／it／deiail_2013—10／17／30404734_0.shtml.
[2]赵璐.跳跳舞，更来电[J].新知客，2010（7）：69．
[3]彭惠民.利用行人步行进行发电的装置—发电地板[J].电世界，2011（5）：276.
[4]高峰.欧洲最新潮的建筑设计：地板发电[J].中国住宅设施，2010（10）：64.
