Co jest z tym energy harvesting?

Mimo upływu lat zasilanie elektroniki energią wolnodostępną cały czas jest technologią, która czeka na szerszą popularyzację. Zapotrzebowanie urządzeń elektronicznych na moc nieustannie się zmniejsza i co chwila bite są rekordy ultraniskiego poboru mocy, ale mimo tego postępu i rekordów energetycznych w obszarze IoT i elektroniki noszonej, takie rozwiązania są wyjątkowe. Prawdopodobnie brakuje dobrych i tanich przetworników (harvesterów energii), a dodatkowo małych, ale wydajnych. Konstrukcje przechwytujące energię mechaniczną z drgań są niestety drogie, duże i ciężkie, i nie nadają się do rozwiązań mobilnych. Generatory termoelektryczne i fotoelektryczne lub pozyskiwanie zasilania z pola w.cz. są z reguły kosztowne. Kilkumiliwatowa wydajność takich źródeł jest wystarczająca do tego, aby domknąć bilans energetyczny aplikacji, ale niekoniecznie pozwala zmieścić się w budżecie. W praktyce więc wszystkie konkurencje wygrywa guzikowe ogniwo litowe CR3032, bo w wielu sytuacjach jest w stanie pracować przez 10 lat bez wymiany.

Istotne nowości w obszarze komponentów dla energii odnawialnej #3

 

Poszukiwane przez klientów nowości komponentowe w zakresie energii odnawialnej to systemy pozwalające zapewnić instalacjom pracę autonomiczną, czyli zdalne sterowanie i monitorowanie. Liczą się też rozwiązania specjalizowane, a więc takie, które do omawianych aplikacji są dopasowane pod względem funkcjonalności, a nie wybrane z wielu takich o ogólnym przeznaczeniu. Zawsze istotne i poszukiwane są rozwiązania wysokosprawne (panele, falowniki), gdyż one w dużej mierze decydują o opłacalności instalacji.

Wysokie napięcie stałe w instalacjach wymaga bezpieczeństwa

Wspólną cechą instalacji fotowoltaicznych jest to, że bazują na napięciach stałych. Panele PV dostarczają na wyjściu napięcia o wartości zmieniającej się w szerokim zakresie zależnej od stopnia obciążenia, oświetlenia, temperatury oraz konstrukcji wewnętrznej panelu, tj. tego, ile zawiera on połączonych ogniw. Napięcie panelu bez obciążenia wynosi kilkadziesiąt woltów, pod obciążeniem napięcie jest mniejsze, można zgrubnie przyjąć, że wynosi ono około 30 V. Panele łączy się w łańcuchy szeregowe lub szeregowo-równoległe, aby prądy płynące w obwodach przy kilowatowej mocy były możliwie jak najmniejsze. Minimalizacja strat przesyłania oznacza więc w praktyce pracę instalacji przy kilkusetwoltowym napięciu roboczym, które generuje zestaw paneli i które jest dalej przetwarzane przez falownik.

Wysokie napięcie stałe, np. 600–700 V, wymaga specjalnego podejścia technicznego i często komponenty solarne, takie jak złącza, przewody, zabezpieczenia, właśnie tym się różnią od rozwiązań ogólnego przeznaczenia, że mogą pracować przy wysokim napięciu stałym.

Typowa wartość napięcia generowanego przez ogniwa polikrystaliczne wynosi 0,5–0,6 V (krzemowe złącze p-n), czyli w jednym panelu trzeba połączyć około 60 ogniw w szeregowy łańcuch, aby otrzymać napięcie znamionowe 30 V. Stąd przy mocy wyjściowej 250 W prąd dostarczany przez jeden panel to ok. 8 A przy pełnym nasłonecznieniu. Po połączeniu szeregowym 20 paneli na wejściu falownika pojawi się napięcie 600 V, a moc szczytowa sięgnie 5 kW. Dwie takie gałęzie połączone równolegle dla mocy 10 kW oznaczają pracę z napięciem 600 V i prądem 16 A. To już nie są małe moce, co oznacza, że gdyby gdzieś pojawił się niepewny styk, łuk elektryczny spaliłby instalację w kilka sekund.

Najważniejsze dla klientów cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu komponentów do energii odnawialnej #4

 

Instalacje związane z wykorzystaniem energii odnawialnej projektuje się na wiele lat działania, stąd jakość i trwałość mają w tym obszarze największe znaczenie dla klientów. Identyczna ocena terminu i logistyki dostawy, a więc dostępności produktów to znak obecnych czasów, gdyż determinuje ona często możliwość realizacji inwestycji. Trzeci ważny czynnik wyboru to doradztwo sprzedawcy, gdyż pomysł zawsze kiedyś zderzy się z rzeczywistością i lepiej, aby test nie zakończył się rozczarowaniem. Mniejsze znaczenie dla klientów, ale nadal duże, gdyż wskazania na wykresie mówią o prawie połowie przypadków, mają parametry techniczne, marka producenta oraz potwierdzone certyfi- katami spełnianie norm.

Zjawisk, na które trzeba uważać w instalacjach stałonapięciowych, jest wiele, w tym trudność gaszenia łuku elektrycznego, elektromigracje jonowe metali, starzenie się tworzyw sztucznych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca, narażenie na wyładowania atmosferyczne, wilgoć oraz niską i wysoką temperaturę, zanieczyszczenia organiczne, bezpieczeństwo związane z możliwością porażenia i podobne. Komponenty muszą zapewniać zdolność do wieloletniej pracy w takich warunkach, stąd w obszarze techniki tworzą one oddzielną kategorię wyrobów.

Do tej niepełnej listy dochodzi problem równomierności oświetlenia w poszczególnych gałęziach. Zaciemnienie jednego panelu np. przez cień wywołuje w tym miejscu sieci wzrost impedancji, skok napięcia i wyłączenie całej gałęzi szeregowej. Stąd konieczne jest dodanie diody bocznikującej, zapewniającej działanie reszty łańcucha. Taki dodatkowy element wywołuje straty mocy, zatem kwestią czasu jest pojawienie się na rynku wersji zelektronizowanych takich diod, a więc zawierających tranzystor mocy ze sterownikiem o równoważnym działaniu.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku komponentów do energii odnawialnej #10

 

Najważniejszym czynnikiem pozytywnie wspierającym rozwój rynku komponentów do instalacji energii odnawialnej są rosnące ceny energii ze źródeł tradycyjnych. Czynnik ten stał się wyjątkowo ważny w ostatnich miesiącach, razem ze znacznymi podwyżkami taryf oraz wojną. Wyraźnie mniejsze oddziaływanie ma świadomość ekologiczna społeczeństwa i to, że decyzje zakupowe są często jej pochodną. Tak uważa co drugi pytany przez nas w ankietach specjalista. Trzeci czynnik to zapotrzebowanie rynku na rozwiązania specjalistyczne, a więc możliwość realizacji zasilania, gdzie nie ma sieci energetycznej lub konieczne jest stworzenie specjalnych warunków.