煤、石油、天然氣和石油都被認為是化石燃料，它們是由數百萬年前死亡的植物和動物等生物體產生的。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。根據章魚能量，我們預計到 2052 年將耗盡已知的石油儲量；而煤炭和天然氣預計將持續到 2060 年。因為這些化石燃料需要數百萬年才能產生，我們無法在它們耗盡之前重新創造它們。我們有可能發現未知的儲量，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、水力和風能等能源是最合適和最環保的解決方案。

能量收集使用在周圍環境中發現的能量并將其轉化為可用的電能。電能經過調節后可以直接使用，也可以積累和存儲作為以后應用的電源。在這里，我們研究能量收集如何為設備和電路提供所需的能量，并為電池供電設備提供解決方案。

全球能量收集市場驅動因素

許多因素推動了全球能量收集市場的發展。對需要很少或不需要維護的安全、節能和耐用系統的需求每天都在增加。由于技術的發展速度比以往任何時候都快，“物聯網”設備在樓宇和家庭自動化中的廣泛應用正在增加。另一個主要驅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地位。研究表明，到 2030 年，內燃機 (ICE) 車輛的數量將減少約 50%（圖 1）。

能量來源

為了發電，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、壓電和射頻能量構成能量收集系統的主要能量來源。（來源：基美電子）

讓我們逐一討論這些能源。

光伏能源

光伏 (PV) 設備直接從陽光中發電。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體的材料制成。由于半導體材料的結構，當陽光照射時，電子被釋放并被迫朝一個方向移動，從而產生電流。

動能

物體的動能是物體由于運動而能夠產生的能量。由于風或水的運動，風力渦輪機、海洋浮標和水力發電都是動能來源的例子。風力渦輪機通過圍繞轉子轉動渦輪機的螺旋槳來發電，轉子使發電機旋轉，從而產生電力。就像風力渦輪機一樣，水力發電是通過利用水流旋轉發電機來產生的。

熱電和壓電能

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

射頻能量

射頻 (RF) 能量收集系統可以將電磁能轉換為可用的直流電壓。該系統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 轉換器從換能器獲取電力并輸出用于為設備供電的電力。系統轉換器需要仔細的電子設計，以最大限度地減少功率損耗。儲能系統平衡了能源供需。對于能量收集后立即使用的應用，不需要存儲，通常使用電解電容器。確定能量收集系統中所需的能量存儲在很大程度上取決于應用。

為能量收集應用選擇電解電容器

KEMET 的技術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不斷變化的需求。能量收集設計中要考慮的最重要因素之一是所選電解電容器的預期壽命和容量。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期壽命計算器。該計算器通過使用應用的特定操作條件計算設備的理論壽命，幫助設計人員確定哪種電解電容器適合他們的應用（圖 5）。

圖 5：KEMET 的鋁電解電容器預期壽命計算器可幫助設計人員使用應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期壽命。（來源：基美電子）

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

表 1：使用鋁電解電容器預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用中的預期壽命示例。（來源：基美電子）

結論

預計到 2052 年世界將耗盡石油儲量；而煤炭和天然氣預計將持續到 2060 年。隨著對能源的需求不斷增加，別無選擇，只能轉向替代和可持續的選擇。能量收集使用來自周圍環境的能量，例如光伏、動能、熱釋電、壓電和射頻能量，并將其轉化為可用的電能。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用，不需要存儲，這些應用經常使用鋁電解電容器。由于使用壽命是關鍵參數之一，設計人員必須選擇堅固耐用、

KEMET Corporation是一家全球電子元件供應商，擁有 160 多項專利和遍布全球的制造工廠，引領著最尖端電氣解決方案的進步。該公司為客戶提供業內最廣泛的電容器技術選擇，涵蓋所有電介質，以及范圍不斷擴大的機電設備、電磁兼容性解決方案和超級電容器。KEMET 提供要求最高質量、交付和服務標準的解決方案。

審核編輯黃宇