簡介：化石燃料之外的出路在哪裏
？

 

自zi古gu以yi來lai，我wo們men周zhou圍wei環huan境jing的de能neng量liang就jiu一yi直zhi存cun在zai於yu地di球qiu生sheng態tai係xi統tong之zhi中zhong，人ren類lei長chang期qi以yi來lai一yi直zhi在zai尋xun找zhao各ge種zhong富fu有you想xiang象xiang力li的de方fang法fa來lai加jia以yi利li用yong，例li如ru在zai陽yang光guang下xia曬shai烤kao早zao期qi的de建jian築zhu材cai料liao，利li用yong風feng的de能neng量liang磨mo碎sui穀gu物wu並bing驅qu動dong船chuan隻zhi等deng等deng。隨sui著zhe工gong業ye化hua進jin程cheng的de加jia深shen，通tong過guo使shi用yong化hua石shi燃ran料liao等deng能neng源yuan滿man足zu了le人ren們men隨sui時shi隨sui地di且qie不bu斷duan增zeng長chang的de能neng量liang需xu求qiu。

 

如今，化石燃料的弊端變得越來越明顯，其中包括有限的儲量
、有害的氣體排放、日益困難且非常昂貴的開采過程、以及可能導致供應問題和價格波動的政治因素等等。因此，業界又把解決問題的出路指向我們周圍環境中的能量。

 

根據MarketWatch的數據，2019年至2024年，全球環境能量收集市場將以11.1％的複合年增長率增長
，2024年將達到8.4億美元。

 

能量收集市場現狀

 

在zai最zui初chu的de環huan境jing能neng源yuan利li用yong達da到dao鼎ding盛sheng時shi期qi之zhi後hou，世shi界jie已yi經jing發fa生sheng了le一yi些xie巨ju大da變bian化hua，這zhe包bao括kuo電dian力li的de發fa現xian以yi及ji隨sui後hou發fa明ming了le加jia熱re器qi和he電dian機ji來lai處chu理li以yi前qian直zhi接jie由you太tai陽yang或huo風feng能neng完wan成cheng的de任ren務wu。還hai有you一yi些xie非fei常chang有you效xiao的de技ji術shu，可ke以yi將jiang太tai陽yang能neng和he風feng能neng轉zhuan化hua為wei電dian能neng，包bao括kuo光guang伏fu電dian池chi技ji術shu的de發fa展zhan和he寬kuan帶dai隙xi功gong率lv半ban導dao體ti的de商shang業ye化hua應ying用yong。各ge種zhong類lei型xing電dian容rong器qi和he電dian池chi之zhi類lei的de價jia格ge經jing濟ji、高質量儲能技術也至關重要
，這有助於能量流更加平穩，並確保人們可以根據需要來使用能量。

 

伴隨著許多類型電氣設備能耗的普遍降低
，這些因素的共同作用，使環境能量成為一些設備和應用的可行能源，其中包括並網發電機、獨立物業設施（off-grid properties）或直接為IoT傳感器和低壓照明等設備供電的轉換器等。

 

並bing網wang發fa電dian機ji的de種zhong類lei很hen多duo

，從cong大da型xing太tai陽yang能neng或huo風feng電dian發fa電dian站zhan等deng公gong用yong事shi業ye級ji設she施shi到dao個ge人ren擁yong有you的de微wei型xing發fa電dian機ji等deng，所suo有you這zhe些xie共gong同tong構gou成cheng了le分fen布bu式shi基ji礎chu設she施shi，可ke通tong過guo增zeng加jia常chang規gui裝zhuang機ji容rong量liang，並bing幫bang助zhu維wei持chi穩wen定ding以yi前qian從cong大da型xing集ji中zhong化hua石shi燃ran料liao或huo核he動dong力li發fa電dian設she施shi獲huo得de的de能neng源yuan，從cong而er實shi現xian從cong化hua石shi燃ran料liao向xiang可ke再zai生sheng能neng源yuan的de轉zhuan變bian。

 

專門為本地負載供電的孤島式微型發電機（Islanded microgenerators）有助於減少對電網係統的需求
，同時還可以減少業主的電費。這些應用不僅包括“非聯網”物業，還包括較小的負載，例如路邊電子標牌和在偏僻處安裝並無線連接的傳感器和執行器等物聯網設備。

 

利li用yong周zhou圍wei環huan境jing能neng量liang為wei設she備bei供gong電dian非fei常chang方fang便bian，不bu僅jin能neng夠gou節jie省sheng公gong用yong事shi業ye成cheng本ben，還hai可ke以yi節jie省sheng安an裝zhuang電dian力li線xian或huo派pai遣qian維wei護hu團tuan隊dui定ding期qi更geng換huan電dian池chi的de成cheng本ben。此ci外wai，設she備bei也ye不bu受shou電dian網wang停ting電dian影ying響xiang。它ta還hai有you一yi個ge重zhong要yao優you勢shi
，即ji能neng夠gou以yi更geng容rong易yi和he更geng具ju成cheng本ben效xiao益yi的de方fang式shi將jiang電dian力li優you勢shi普pu及ji到dao偏pian遠yuan的de農nong村cun地di區qu。

 

能量收集與轉換

 

能量收集係統的基本組件包括能量轉換設備（例如光伏板陣列或風力渦輪機）
，用於從周圍環境產生電能。接下來的過程包括電力轉換、存儲和管理。電池和電容器等能量存儲設備對於係統的成功至關重要，是穩定電力質量和確保根據需要使用電能所必需的。

 

最終，連接的負載可以是小型設備（例如低能耗無線模塊），也可以是較大的負載（例如網絡化的係列智能傳感器或控製和監視設備），或用於LED照明網絡的低壓直流配電總線 。圖1概括地說明了每個階段的功能。

 

圖1：能量收集係統的主要功能模塊。

 

例如
，在小型太陽能微型發電機中，DC-DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)能(neng)夠(gou)從(cong)光(guang)伏(fu)陣(zhen)列(lie)中(zhong)獲(huo)取(qu)電(dian)能(neng)
，並(bing)將(jiang)其(qi)輸(shu)出(chu)用(yong)於(yu)為(wei)設(she)備(bei)供(gong)電(dian)。高(gao)能(neng)量(liang)效(xiao)率(lv)和(he)電(dian)力(li)質(zhi)量(liang)是(shi)關(guan)鍵(jian)的(de)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)，它(ta)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)減(jian)少(shao)寶(bao)貴(gui)能(neng)源(yuan)的(de)浪(lang)費(fei)，並(bing)以(yi)正(zheng)確(que)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)最(zui)小(xiao)的(de)波(bo)動(dong)為(wei)負(fu)載(zai)提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)。

 

nengliangcunchudemudeshiyongyupinghengnenglianggonggeihexuqiu，yincixuyaohezhongchunengfangshizaihendachengdushangqujueyujutiyingyong。liru，liliziniukoudianchizhileidekechongdiandianchitongchangyongyuxiaoxingzigongdianshebei
，zhexieshebeikenengzaijiedianshuimianmoshixiahenchangshijian
，bingkedingqihuanxingyizhixingzhurubuhuochuanganqidushu，bingjiangshujufasongdaojuheshebei（aggregating device）或物聯網網關。DC/DC轉換器的輸出能夠以恒定電壓連續為電池充電
，隨著時間的推移，能夠積累足夠多存儲電荷以便為低占空比設備供電。

 

能量收集係統的超級電容器

 

作為電池的替代產品
，超級電容器具有簡化的充電電路、明顯更長的壽命周期、更(geng)寬(kuan)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)以(yi)及(ji)高(gao)峰(feng)值(zhi)放(fang)電(dian)速(su)率(lv)等(deng)優(you)點(dian)，可(ke)用(yong)於(yu)在(zai)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)需(xu)要(yao)大(da)功(gong)率(lv)的(de)負(fu)載(zai)等(deng)應(ying)用(yong)。相(xiang)對(dui)於(yu)體(ti)積(ji)而(er)言(yan)
，超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)容(rong)值(zhi)可(ke)能(neng)比(bi)傳(chuan)統(tong)電(dian)容(rong)器(qi)高(gao)幾(ji)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)，並(bing)且(qie)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)與(yu)電(dian)池(chi)結(jie)合(he)使(shi)用(yong)，能(neng)夠(gou)充(chong)分(fen)結(jie)合(he)兩(liang)種(zhong)設(she)備(bei)類(lei)型(xing)的(de)最(zui)佳(jia)特(te)性(xing)。

 

盡管超級電容器的使用方式與可充電電池類似，但這種器件並不需要恒定的充電電壓。諸如PV電池陣列之類的能源即可從0V直接給超級電容器充電。如果PV陣(zhen)列(lie)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)低(di)於(yu)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)，則(ze)充(chong)電(dian)電(dian)路(lu)可(ke)能(neng)會(hui)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)
，僅(jin)需(xu)一(yi)個(ge)阻(zu)塞(sai)二(er)極(ji)管(guan)即(ji)可(ke)在(zai)沒(mei)有(you)光(guang)照(zhao)射(she)到(dao)麵(mian)板(ban)上(shang)時(shi)避(bi)免(mian)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)向(xiang)電(dian)源(yuan)放(fang)電(dian)。超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)能(neng)夠(gou)以(yi)非(fei)常(chang)快(kuai)的(de)速(su)度(du)放(fang)電(dian)，因(yin)此(ci)可(ke)為(wei)負(fu)載(zai)提(ti)供(gong)高(gao)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)。超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以(yi)做(zuo)成(cheng)特(te)定(ding)尺(chi)寸(cun)以(yi)滿(man)足(zu)負(fu)載(zai)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)需(xu)求(qiu)，由(you)於(yu)其(qi)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)（ESR）而可以造成功率損耗。

 

超級電容器是極化型器件，可提供各種額定電壓。KEMET公司的FS係列涵蓋了5.5V DC～12V DC的額定值，適用於備用電源和電機驅動等應用。2.7V HV係列包含從標稱電容為1法拉的12mm x 8mm直徑到200法拉的50mm x 35mm直徑徑向封裝。HV係列器件可以提供高達幾個安培的峰值電流，能夠為街道指示牌和顯示屏照明等設備供電。

 

電解電容器

 

對於能量收集之後需要立即使用的情況，並非總是需要能量存儲設備。這種情況下通常可以使用電解電容器。

 

KEMET的技術發展路線圖可確保鋁電解解決方案能夠滿足能量收集領域不斷變化的需求。 KEMET的High CV Screw Terminal和Snap-In係列工作溫度範圍為85°C和105°C。這些器件具有的多種特性使其非常適合於能量收集應用，例如高紋波電流能力和高出額定電壓達15％的浪湧電壓能力。對於85°C係列，額定電壓高達630V，浪湧電壓為690V。此外，直徑為77mm的Screw Terminal器件可以選配偏置端子，以防止電容器極性連接錯誤，如圖2所示。

 

圖2：用於能量收集的ALS電容器偏置Screw Terminals可防止極性錯誤。

 

計算電容器壽命

 

在(zai)為(wei)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)時(shi)，器(qi)件(jian)的(de)壽(shou)命(ming)是(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)。由(you)於(yu)設(she)備(bei)通(tong)常(chang)安(an)裝(zhuang)在(zai)偏(pian)遠(yuan)之(zhi)處(chu)，並(bing)希(xi)望(wang)在(zai)零(ling)維(wei)護(hu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)長(chang)期(qi)運(yun)行(xing)
，而(er)且(qie)偏(pian)遠(yuan)之(zhi)處(chu)安(an)裝(zhuang)的(de)設(she)備(bei)也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)暴(bao)露(lu)在(zai)極(ji)端(duan)溫(wen)度(du)下(xia)，特(te)別(bie)是(shi)高(gao)溫(wen)環(huan)境(jing)，往(wang)往(wang)會(hui)縮(suo)短(duan)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)壽(shou)命(ming)。

 

在特定應用運行條件下，使用https://elc.kemet.com/上的壽命計算器可以估算電解電容器的理論預期壽命。通過輸入應用的占空比、環境溫度以及冷卻規定、工作電壓和紋波電流等基本信息

，如圖3所示，可以根據輸入的壽命終止條件（如電容損耗、ESR變化或泄漏電流變化）來自動計算壽命。KEMET的ALS Screw Terminal電解電容器的一個優點是不需要降低電壓也可確保較長的使用壽命。

 

圖3：電解電容器壽命計算器能夠簡化可靠性評估。

 

結論

 

從低功率或在偏遠之處安裝的電子設備，到低電壓基礎設施、微(wei)型(xing)發(fa)電(dian)機(ji)和(he)並(bing)網(wang)發(fa)電(dian)機(ji)等(deng)應(ying)用(yong)，收(shou)集(ji)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)能(neng)量(liang)是(shi)一(yi)種(zhong)可(ke)行(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)所(suo)用(yong)組(zu)件(jian)的(de)許(xu)多(duo)特(te)性(xing)都(dou)得(de)到(dao)了(le)極(ji)大(da)改(gai)進(jin)，能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)應(ying)用(yong)的(de)具(ju)體(ti)要(yao)求(qiu)
，堅(jian)固(gu)而(er)高(gao)效(xiao)的(de)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)用(yong)於(yu)高(gao)速(su)能(neng)量(liang)提(ti)供(gong)，而(er)長(chang)壽(shou)命(ming)的(de)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)則(ze)可(ke)用(yong)於(yu)穩(wen)定(ding)直(zhi)流(liu)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)。

 

 

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