能量收集可以结束对化石燃料的依赖

煤、石油、天然气和石油都被认为是化石燃料，它们是由数百万年前死亡的植物和动物等生物体产生的。随着时间的流逝，这些生物变成了化石。化石化是动物或植物以坚硬的石化形式保存并最终变成煤和石油等富含碳源的过程。根据章鱼能量，我们预计到 2052 年将耗尽已知的石油储量；而煤炭和天然气预计将持续到 2060 年。因为这些化石燃料需要数百万年才能产生，我们无法在它们耗尽之前重新创造它们。我们有可能发现未知的储量，但不能保证。可再生能源是解决这一问题的唯一可行方案。太阳能、水力和风能等能源是最合适和最环保的解决方案。

能量收集使用在周围环境中发现的能量并将其转化为可用的电能。电能经过调节后可以直接使用，也可以积累和存储作为以后应用的电源。在这里，我们研究能量收集如何为设备和电路提供所需的能量，并为电池供电设备提供解决方案。

全球能量收集市场驱动因素

许多因素推动了全球能量收集市场的发展。对需要很少或不需要维护的安全、节能和耐用系统的需求每天都在增加。由于技术的发展速度比以往任何时候都快，“物联网”设备在楼宇和家庭自动化中的广泛应用正在增加。另一个主要驱动因素是可再生能源的成本。与化石燃料相比，汽车燃料更便宜的是电能。随着时间的推移，电动汽车正变得越来越占主导地位。研究表明，到 2030 年，内燃机 (ICE) 车辆的数量将减少约 50%（图 1）。

能量来源

为了发电，能量收集需要从中收集能量。一些主要能源是光伏、动能、热释电、压电和射频 (RF) 能源（图 2）。

图 2：光伏、动能、热释电、压电 和射频能量构成能量收集系统的主要能量来源。（来源：基美电子）

让我们逐一讨论这些能源。

光伏能源

光伏 (PV) 设备直接从阳光中发电。太阳能电池是光伏器件的一个例子（图 3）。太阳能电池由一种称为半导体的材料制成。由于半导体材料的结构，当阳光照射时，电子被释放并被迫朝一个方向移动，从而产生电流。

动能

物体的动能是物体由于运动而能够产生的能量。由于风或水的运动，风力涡轮机、海洋浮标和水力发电都是动能来源的例子。风力涡轮机通过围绕转子转动涡轮机的螺旋桨来发电，转子使发电机旋转，从而产生电力。就像风力涡轮机一样，水力发电是通过利用水流旋转发电机来产生的。

热电和压电能

热电和压电都具有很高的热力学效率，只能在微观层面上使用。热电是某些材料根据温度变化产生电流的能力。压电是某些材料将机械能（例如声音或压力）转换为电能的能力。

射频能量

射频 (RF) 能量收集系统可以将电磁能转换为可用的直流电压。该系统通常包含一个天线和一个整流电路，用于捕获交流电的射频功率，并将其转换为直流电。

用于能量收集存储的电容器

几乎所有的能量收集场景都需要某种能量存储。专用的 DC-DC 转换器从换能器获取电力并输出用于为设备供电的电力。系统转换器需要仔细的电子设计，以最大限度地减少功率损耗。储能系统平衡了能源供需。对于能量收集后立即使用的应用，不需要存储，通常使用电解电容器。确定能量收集系统中所需的能量存储在很大程度上取决于应用。

为能量收集应用选择电解电容器

KEMET 的技术路线图以铝电解解决方案和在线工具为特色，旨在满足能量收集行业不断变化的需求。能量收集设计中要考虑的最重要因素之一是所选电解电容器的预期寿命和容量。KEMET 提供范围广泛的电解电容器，包括ALS 螺丝端子根据额定温度（85ºC 或 105ºC）、额定电压和额定纹波电流下的直径，可以运行 6,000 至 20,000 小时的系列。此外，KEMET 还提供在线铝电解电容器预期寿命计算器。该计算器通过使用应用的特定操作条件计算设备的理论寿命，帮助设计人员确定哪种电解电容器适合他们的应用（图 5）。

图 5：KEMET 的铝电解电容器预期寿命计算器可帮助设计人员使用应用程序的特定操作条件，按零件编号逐个测量 KEMET 电解电容器的理论预期寿命。（来源：基美电子）

表 1显示了在理论上的能量收集应用中使用ALS70和ALS80系列螺钉端子高 CV 电解电容器的可能结果示例。

表 1：使用铝电解电容器预期寿命计算器计算的 ALS70 和 ALS80 系列螺钉端子高 CV 电解电容器在理论能量收集应用中的预期寿命示例。（来源：基美电子）

 

ALS70 85°C	ALS80 105℃
高达 1,300,000µF 高达 600V 长达 20,000 小时（应用 TR、 VR、 IR）	高达 1,200,000µF 高达 500V 长达 9,000 小时（应用 TR、VR、IR）

 

结论

预计到 2052 年世界将耗尽石油储量；而煤炭和天然气预计将持续到 2060 年。随着对能源的需求不断增加，别无选择，只能转向替代和可持续的选择。能量收集使用来自周围环境的能量，例如光伏、动能、热释电、压电和射频能量，并将其转化为可用的电能。几乎所有的能量收集场景都需要某种能量存储来平衡能量供需。对于能量收集后立即使用的应用，不需要存储，这些应用经常使用铝电解电容器。由于使用寿命是关键参数之一，设计人员必须选择坚固耐用、

 

KEMET Corporation是一家全球电子元件供应商，拥有 160 多项专利和遍布全球的制造工厂，引领着最尖端电气解决方案的进步。该公司为客户提供业内最广泛的电容器技术选择，涵盖所有电介质，以及范围不断扩大的机电设备、电磁兼容性解决方案和超级电容器。KEMET 提供要求最高质量、交付和服务标准的解决方案。

审核编辑 黄宇