煤、石油、天然氣和石油都被認為是化石燃料，它們是由數(shù)百萬年前死亡的植物和動物等生物體產(chǎn)生的。隨著時間的流逝，這些生物變成了化石。化石化是動物或植物以堅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)計到 2052 年將耗盡已知的石油儲量；而煤炭和天然氣預(yù)計將持續(xù)到 2060 年。因為這些化石燃料需要數(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。

全球能量收集市場驅(qū)動因素

許多因素推動了全球能量收集市場的發(fā)展。對需要很少或不需要維護的安全、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候都快，“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備在樓宇和家庭自動化中的廣泛應(yīng)用正在增加。另一個主要驅(qū)動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。隨著時間的推移，電動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 (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、動能、熱釋電、壓電和射頻 (RF) 能源（圖 2）。

圖 2：光伏、動能、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)，當陽光照射時，電子被釋放并被迫朝一個方向移動，從而產(chǎn)生電流。

動能

物體的動能是物體由于運動而能夠產(chǎn)生的能量。由于風(fēng)或水的運動，風(fēng)力渦輪機、海洋浮標和水力發(fā)電都是動能來源的例子。風(fēng)力渦輪機通過圍繞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動渦輪機的螺旋槳來發(fā)電，轉(zhuǎn)子使發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電力。就像風(fēng)力渦輪機一樣，水力發(fā)電是通過利用水流旋轉(zhuǎn)發(fā)電機來產(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)通常包含一個天線和一個整流電路，用于捕獲交流電的射頻功率，并將其轉(zhuǎn)換為直流電。

用于能量收集存儲的電容器

幾乎所有的能量收集場景都需要某種能量存儲。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)換器需要仔細的電子設(shè)計，以最大限度地減少功率損耗。儲能系統(tǒng)平衡了能源供需。對于能量收集后立即使用的應(yīng)用，不需要存儲，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，可以運行 6,000 至 20,000 小時的系列。此外，KEMET 還提供在線鋁電解電容器預(yù)期壽命計算器。該計算器通過使用應(yīng)用的特定操作條件計算設(shè)備的理論壽命，幫助設(shè)計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)期壽命計算器可幫助設(shè)計人員使用應(yīng)用程序的特定操作條件，按零件編號逐個測量 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)期壽命計算器計算的 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)計到 2052 年世界將耗盡石油儲量；而煤炭和天然氣預(yù)計將持續(xù)到 2060 年。隨著對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景都需要某種能量存儲來平衡能量供需。對于能量收集后立即使用的應(yīng)用，不需要存儲，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)計人員必須選擇堅固耐用、

KEMET Corporation是一家全球電子元件供應(yīng)商，擁有 160 多項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)，以及范圍不斷擴大的機電設(shè)備、電磁兼容性解決方案和超級電容器。KEMET 提供要求最高質(zhì)量、交付和服務(wù)標準的解決方案。

審核編輯黃宇