煤、石油、天然氣和石油都被認(rèn)為是化石燃料，它們是由數(shù)百萬年前死亡的植物和動(dòng)物等生物體產(chǎn)生的。隨著時(shí)間的流逝，這些生物變成了化石。化石化是動(dòng)物或植物以堅(jiān)硬的石化形式保存并最終變成煤和石油等富含碳源的過程。根據(jù)章魚能量，我們預(yù)計(jì)到 2052 年將耗盡已知的石油儲(chǔ)量；而煤炭和天然氣預(yù)計(jì)將持續(xù)到 2060 年。因?yàn)檫@些化石燃料需要數(shù)百萬年才能產(chǎn)生，我們無法在它們耗盡之前重新創(chuàng)造它們。我們有可能發(fā)現(xiàn)未知的儲(chǔ)量，但不能保證。可再生能源是解決這一問題的唯一可行方案。太陽能、水力和風(fēng)能等能源是最合適和最環(huán)保的解決方案。

能量收集使用在周圍環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的能量并將其轉(zhuǎn)化為可用的電能。電能經(jīng)過調(diào)節(jié)后可以直接使用，也可以積累和存儲(chǔ)作為以后應(yīng)用的電源。在這里，我們研究能量收集如何為設(shè)備和電路提供所需的能量，并為電池供電設(shè)備提供解決方案。

全球能量收集市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素

許多因素推動(dòng)了全球能量收集市場(chǎng)的發(fā)展。對(duì)需要很少或不需要維護(hù)的安全、節(jié)能和耐用系統(tǒng)的需求每天都在增加。由于技術(shù)的發(fā)展速度比以往任何時(shí)候都快，“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備在樓宇和家庭自動(dòng)化中的廣泛應(yīng)用正在增加。另一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素是可再生能源的成本。與化石燃料相比，汽車燃料更便宜的是電能。隨著時(shí)間的推移，電動(dòng)汽車正變得越來越占主導(dǎo)地位。研究表明，到 2030 年，內(nèi)燃機(jī) (ICE) 車輛的數(shù)量將減少約 50%（圖 1）。

能量來源

為了發(fā)電，能量收集需要從中收集能量。一些主要能源是光伏、動(dòng)能、熱釋電、壓電和射頻 (RF) 能源（圖 2）。

圖 2：光伏、動(dòng)能、熱釋電、壓電和射頻能量構(gòu)成能量收集系統(tǒng)的主要能量來源。（來源：基美電子）

讓我們逐一討論這些能源。

光伏能源

光伏 (PV) 設(shè)備直接從陽光中發(fā)電。太陽能電池是光伏器件的一個(gè)例子（圖 3）。太陽能電池由一種稱為半導(dǎo)體的材料制成。由于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)，當(dāng)陽光照射時(shí)，電子被釋放并被迫朝一個(gè)方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。

動(dòng)能

物體的動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而能夠產(chǎn)生的能量。由于風(fēng)或水的運(yùn)動(dòng)，風(fēng)力渦輪機(jī)、海洋浮標(biāo)和水力發(fā)電都是動(dòng)能來源的例子。風(fēng)力渦輪機(jī)通過圍繞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)的螺旋槳來發(fā)電，轉(zhuǎn)子使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電力。就像風(fēng)力渦輪機(jī)一樣，水力發(fā)電是通過利用水流旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生的。

熱電和壓電能

熱電和壓電都具有很高的熱力學(xué)效率，只能在微觀層面上使用。熱電是某些材料根據(jù)溫度變化產(chǎn)生電流的能力。壓電是某些材料將機(jī)械能（例如聲音或壓力）轉(zhuǎn)換為電能的能力。

射頻能量

射頻 (RF) 能量收集系統(tǒng)可以將電磁能轉(zhuǎn)換為可用的直流電壓。該系統(tǒng)通常包含一個(gè)天線和一個(gè)整流電路，用于捕獲交流電的射頻功率，并將其轉(zhuǎn)換為直流電。

用于能量收集存儲(chǔ)的電容器

幾乎所有的能量收集場(chǎng)景都需要某種能量存儲(chǔ)。專用的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器從換能器獲取電力并輸出用于為設(shè)備供電的電力。系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器需要仔細(xì)的電子設(shè)計(jì)，以最大限度地減少功率損耗。儲(chǔ)能系統(tǒng)平衡了能源供需。對(duì)于能量收集后立即使用的應(yīng)用，不需要存儲(chǔ)，通常使用電解電容器。確定能量收集系統(tǒng)中所需的能量存儲(chǔ)在很大程度上取決于應(yīng)用。

為能量收集應(yīng)用選擇電解電容器

KEMET 的技術(shù)路線圖以鋁電解解決方案和在線工具為特色，旨在滿足能量收集行業(yè)不斷變化的需求。能量收集設(shè)計(jì)中要考慮的最重要因素之一是所選電解電容器的預(yù)期壽命和容量。KEMET 提供范圍廣泛的電解電容器，包括ALS 螺絲端子根據(jù)額定溫度（85oC 或 105oC）、額定電壓和額定紋波電流下的直徑，可以運(yùn)行 6,000 至 20,000 小時(shí)的系列。此外，KEMET 還提供在線鋁電解電容器預(yù)期壽命計(jì)算器。該計(jì)算器通過使用應(yīng)用的特定操作條件計(jì)算設(shè)備的理論壽命，幫助設(shè)計(jì)人員確定哪種電解電容器適合他們的應(yīng)用（圖 5）。

圖 5：KEMET 的鋁電解電容器預(yù)期壽命計(jì)算器可幫助設(shè)計(jì)人員使用應(yīng)用程序的特定操作條件，按零件編號(hào)逐個(gè)測(cè)量 KEMET 電解電容器的理論預(yù)期壽命。（來源：基美電子）

表 1顯示了在理論上的能量收集應(yīng)用中使用ALS70和ALS80系列螺釘端子高 CV 電解電容器的可能結(jié)果示例。

表 1：使用鋁電解電容器預(yù)期壽命計(jì)算器計(jì)算的 ALS70 和 ALS80 系列螺釘端子高 CV 電解電容器在理論能量收集應(yīng)用中的預(yù)期壽命示例。（來源：基美電子）

結(jié)論

預(yù)計(jì)到 2052 年世界將耗盡石油儲(chǔ)量；而煤炭和天然氣預(yù)計(jì)將持續(xù)到 2060 年。隨著對(duì)能源的需求不斷增加，別無選擇，只能轉(zhuǎn)向替代和可持續(xù)的選擇。能量收集使用來自周圍環(huán)境的能量，例如光伏、動(dòng)能、熱釋電、壓電和射頻能量，并將其轉(zhuǎn)化為可用的電能。幾乎所有的能量收集場(chǎng)景都需要某種能量存儲(chǔ)來平衡能量供需。對(duì)于能量收集后立即使用的應(yīng)用，不需要存儲(chǔ)，這些應(yīng)用經(jīng)常使用鋁電解電容器。由于使用壽命是關(guān)鍵參數(shù)之一，設(shè)計(jì)人員必須選擇堅(jiān)固耐用、

KEMET Corporation是一家全球電子元件供應(yīng)商，擁有 160 多項(xiàng)專利和遍布全球的制造工廠，引領(lǐng)著最尖端電氣解決方案的進(jìn)步。該公司為客戶提供業(yè)內(nèi)最廣泛的電容器技術(shù)選擇，涵蓋所有電介質(zhì)，以及范圍不斷擴(kuò)大的機(jī)電設(shè)備、電磁兼容性解決方案和超級(jí)電容器。KEMET 提供要求最高質(zhì)量、交付和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。

審核編輯黃宇