Electrically tunable piezoelectric bimorph cantilever for energy harvesting

Con la presente tesi viene esaminato un metodo per modificare la frequenza di risonanza di trasduttori piezoelettrici mediante applicazione di carichi elettrici esterni. L'elaborato inizia con la presentazione dei cristalli utilizzati nel lavoro di tesi, concentrandosi sul processo di fabbricazione di un bimorph cantilever impiegato come convertitore elettromeccanico di energia, la cui frequenza di risonanza è modellizzata analiticamente mediante la legge di Newton e il modello di Euler-Bernoulli. Su tale struttura vengono condotte misure mediante shaker elettrodinamico e analizzatore d'impedenza, ai fini di giusticare il modello analitico presentato. Con lo scopo di sincronizzare la frequenza di risonanza del cantilever con la vibrazione dell'ambiente per massimizzare la potenza disponibile, viene proposto un algoritmo MPPT secondo l'approccio Perturba e Osserva (P&O), al quale è fornita in ingresso la tensione efficace di un layer di materiale piezoelettrico. Valutare la sua risposta in tensione, presenta dei limiti applicativi che hanno portato a prendere in considerazione un approccio totalmente diff�erente, basato sullo sfasamento tra la tensione di un trasduttore piezoelettrico e il segnale di accelerazione impiegato come eccitazione. Misure sperimentali sono state condotte con l'obiettivo di validare l'efficacia di quest'ultimo approccio qualora si voglia sincronizzare la frequenza di risonanza dei piezo con segnali di vibrazione reali.

WEC-Sim Application for the Assessment of Wave Energy Generation in the Tyrrhenian Sea and the North Sea Through the 2-Body Point Absorber (2BPA) and the Oscillating Surge Wave Energy Converter (OSWEC)

In recent years, developed countries have turned their attention to clean and renewable energy, such as wind energy and wave energy that can be converted to electrical power. Companies and academic groups worldwide are investigating several wave energy ideas today. Accordingly, this thesis studies the numerical simulation of the dynamic response of the wave energy converters (WECs) subjected to the ocean waves. This study considers a two-body point absorber (2BPA) and an oscillating surge wave energy converter (OSWEC). The first aim is to mesh the bodies of the earlier mentioned WECs to calculate their hydrostatic properties using axiMesh.m and Mesh.m functions provided by NEMOH. The second aim is to calculate the first-order hydrodynamic coefficients of the WECs using the NEMOH BEM solver and to study the ability of this method to eliminate irregular frequencies. The third is to generate a *.h5 file for 2BPA and OSWEC devices, in which all the hydrodynamic data are included. The BEMIO, a pre-and post-processing tool developed by WEC-Sim, is used in this study to create *.h5 files. The primary and final goal is to run the wave energy converter Simulator (WEC-Sim) to simulate the dynamic responses of WECs studied in this thesis and estimate their power performance at different sites located in the Mediterranean Sea and the North Sea. The hydrodynamic data obtained by the NEMOH BEM solver for the 2BPA and OSWEC devices studied in this thesis is imported to WEC-Sim using BEMIO. Lastly, the power matrices and annual energy production (AEP) of WECs are estimated for different sites located in the Sea of Sicily, Sea of Sardinia, Adriatic Sea, Tyrrhenian Sea, and the North Sea. To this end, the NEMOH and WEC-Sim are still the most practical tools to estimate the power generation of WECs numerically.