电力生产和传输的先进解决方案

涉及能源生产和传输的电子应用在当今具有根本重要性。寻求越来越可持续的解决方案，再加上通过减少温室效应来控制二氧化碳排放的需要，有利于使用可再生能源。与基于化石燃料的传统能源相比，从太阳能、风、波浪运动和生物质等替代能源生产能源的能力可以显着减少对环境的影响和污染排放。例如，太阳能可以帮助发展中国家或小型山区和农村社区配备高效、经济且几乎对环境影响为零的工厂来发电。近年来，光伏 （PV） 面板经历了快速而显着的发展，为用户提供越来越高效和可靠的解决方案，这些解决方案需要减少维护，即使在太阳辐射较低的条件下也能产生能量。同时，由于引入了能够适应各种类型表面的柔性面板，安装变得更加简单。光伏系统通常与用于存储产生的电力的特殊单元相结合，由根据可用预算或多或少演变的蓄电池制成。这些电池在白天积累能量，然后在夜间用于照明和为不同的负载供电。不仅如此，它们还可以检测停电，在发生电源故障时自动成为主要能源。与发电机不同，蓄电池可以在不使用燃料的情况下以安静的方式提供能量。

与能源生产同等重要的是能量的传输，特别是如果这可以通过无线方式进行，而无需使用笨重且通常令人讨厌的电缆。基于电磁感应原理的无线电力传输技术最近由于两个已成为优先事项的应用而重新脱颖而出。第一个与消费电子领域有关，涉及电池供电的移动设备（通常是智能手机）的充电，只需将它们放在能够通过传导传输电力的合适电源上即可充电。第二个主要应用涉及电动和插电式混合动力汽车中的电池充电，通过可以放置在汽车下方地板上甚至集成到路面的设备进行。

在本文中，将介绍两个极具创新性的应用，涉及利用太阳能作为电力来源以及在各种类型的环境中传输无线能量。

柔性太阳能光伏

位于英国桑德兰的 Power Roll 开发了一种创新的太阳能薄膜模型，能够产生和储存能量。这种太阳能薄膜轻巧灵活，可以适应任何类型的表面，发电成本比传统光伏电池板低 20 倍。新技术基于带有数千个微槽图案的柔性薄膜。每个微槽都有几微米厚，比人的头发还小。

此解决方案提供的优点是：

低成本：成品 $0.03/W

低重量：0.3 kg/m 2

易于安装并减少维护时间

可持续性，由于使用完全可回收的材料且不含稀土

适应性：相同的技术可用于建筑物屋顶或为小型物联网传感器供电

高功率密度：500 W/kg

如图 1 所示，柔性薄膜能够使用一系列电介质和存储材料来卷对卷制造电容器。这种用于储存能量的电容器技术提供：

超低成本制造

卓越的能量密度

具有电压和电容灵活性的多种形状和尺寸

与湿式电解电容器相比，使用寿命更长

图 1 概述了柔性太阳能薄膜制造过程的各个阶段。

图 1：柔性太阳能光伏的制造步骤

“与灵活的太阳能技术相比，我们的技术有几个优势，”Power Roll 的董事总经理 Neil Spann 说。“它非常容易生产。制造过程中的步骤较少。如果你看看柔性光伏，我们可以说它要贵得多。所以实际上，我们技术的主要优势是成本效益。在效率方面，我们的效率是好的。但我们的目标不是制造世界上性能最高的太阳能电池板。有一些技术可以推动设备向上。我们正在寻找一种折衷方案，一种良好的性能水平。所以我们目前的电池性能是 11%，这在某种程度上与有机光伏等其他柔性太阳能电池板相当。但我们计划将其提高到 20%。由于可以进行定制，因此应用范围很广。”

通过将不同的活性材料应用于 Power Roll 微槽技术，可以创建具有一系列放电时间的储能解决方案。今天的太阳能技术要么部署成本太高，要么它们的刚性和重量使其不适合这项工作。Power Roll 的低成本、灵活且轻便的太阳能薄膜使可再生能源在全新应用中的使用成为可能。与能源资源研究所 （TERI） 合作，Power Roll正在安装一个创新的太阳能微型电网系统，以在位于喜马拉雅山穆克特什瓦尔的农村生产和储存能源。该系统包括用于产生能量的轻型便携式太阳能光伏发电和用于在夜间使用能源的储能功能。每个系统的设计都是为了满足每个村庄的定制需求。应用包括为水泵供电以支持灌溉、照明以帮助年轻人夜间学习以及为手机供电，从而能够访问国家和国际知识和支持网络。通过这个项目，Power Roll 还在试验使用线张力系统安装太阳能薄膜的新方法，这使得太阳能薄膜能够快速、轻松地移动到最需要的地方。

无线电力传输

PowerSphyr 是一家总部位于加利福尼亚州丹维尔的公司，旨在通过其智能无线电源技术彻底改变电子设备的供电方式。PowerSphyr 提供以下解决方案以适应任何应用：

磁共振，一种提供高功率传输和空间自由的解决方案。它对附近的金属是安全的，提供出色的热管理，并同时支持多个设备。

Qi，最简单、成本最低的解决方案。它具有有限的空间自由度、功率传输和热管理（金属变得非常热）。此外，该解决方案需要发射器和接收器之间的精确对准。

电容式，一种适用于需要非常高功率的工业应用的解决方案。

射频能量收集，传感器和物联网应用的绝佳解决方案。它具有出色的空间自由度（高达 40 英尺），可用于收集现有频率，并支持 FCC 监管限制。

PowerSphyr 的 SkyCurrent 系列无线电力传输和接收解决方案可在各种产品和模块中实现快速、易于使用且安全的无线充电。每个产品都包含一个完全开发的参考设计。SkyCurrent 产品的主要市场包括汽车、消费和工业。PowerSphyr 为汽车行业设计无线电源产品和模块，无需电缆或精确的线圈对齐，通过优雅的工业设计和灵活的外形实现快速、易于使用和安全的充电生态系统。图 2 显示了一个汽车应用，其中包括用于控制和监控（灯、安全气囊、温度、车门等）的无线供电传感器以及为支持磁共振、Qi 和 RF 解决方案的乘员设备无线充电。

“我们的目标之一是通过重新思考汽车驾驶舱的无线供电方式来降低复杂性，”PowerSphyr 首席执行官 Will Wright 说。“这意味着移除连接器并用面向未来的无线解决方案取代传统方法。许多公司都专注于使用无线电力为机舱内的移动设备充电，但使用 PowerSphyr 的新一代无线电力技术可以简化制造、提高安全性、提高可靠性并降低车辆内部成本。

“今天的车辆包含 200 多个连接器，为关键功能和系统提供电源和通信，”他补充道。“随着车辆电气化的不断发展，我们将看到车辆功能更加丰富，并且越来越依赖软件。一种新的连接方法将变得必不可少。我们还看到车辆中的铜含量大幅增加。虽然主要与电池和推进有关，但它也用于引导整个车辆的能量。

“我们正在开发无线解决方案来降低线束和连接器的复杂性，而不是使用无线电源为手机或平板电脑充电，”赖特说。“无论是为座椅电机、加热座椅还是后视镜和扬声器供电，无线方法都解决了该行业多年来面临的许多挑战。PowerSphyr 提供从低功率到 450 W 的解决方案，我们每年都在努力为汽车和工业领域的客户进一步推动我们的技术。我们的主要技术是一种专有形式的磁共振，可根据应用提供 6.78 或 13.56 MHz 的功率。我怎么强调现象电磁学设计的重要性都不为过。我们的新解决方案可以无缝地提供电力和通信。”

图 2：汽车应用，包括无线供电传感器和无线充电器

在工业领域，PowerSphyr无缝支持无线充电三大标准（磁共振、磁感应和AirFuel RF），能够满足工业工具和机械的中高功率需求。对于消费行业，PowerSphyr 提供 SkyCurrent III（如图 3 所示），这是一款终极无线充电平台，提供其双模式无线充电板和一套“快速充电”电池盒。

审核编辑：彭静