涉及能源生產(chǎn)和傳輸?shù)碾娮討?yīng)用在當(dāng)今具有根本重要性。尋求越來(lái)越可持續(xù)的解決方案，再加上通過(guò)減少溫室效應(yīng)來(lái)控制二氧化碳排放的需要，有利于使用可再生能源。與基于化石燃料的傳統(tǒng)能源相比，從太陽(yáng)能、風(fēng)、波浪運(yùn)動(dòng)和生物質(zhì)等替代能源生產(chǎn)能源的能力可以顯著減少對(duì)環(huán)境的影響和污染排放。例如，太陽(yáng)能可以幫助發(fā)展中國(guó)家或小型山區(qū)和農(nóng)村社區(qū)配備高效、經(jīng)濟(jì)且?guī)缀鯇?duì)環(huán)境影響為零的工廠來(lái)發(fā)電。近年來(lái)，光伏 （PV） 面板經(jīng)歷了快速而顯著的發(fā)展，為用戶提供越來(lái)越高效和可靠的解決方案，這些解決方案需要減少維護(hù)，即使在太陽(yáng)輻射較低的條件下也能產(chǎn)生能量。同時(shí)，由于引入了能夠適應(yīng)各種類型表面的柔性面板，安裝變得更加簡(jiǎn)單。光伏系統(tǒng)通常與用于存儲(chǔ)產(chǎn)生的電力的特殊單元相結(jié)合，由根據(jù)可用預(yù)算或多或少演變的蓄電池制成。這些電池在白天積累能量，然后在夜間用于照明和為不同的負(fù)載供電。不僅如此，它們還可以檢測(cè)停電，在發(fā)生電源故障時(shí)自動(dòng)成為主要能源。與發(fā)電機(jī)不同，蓄電池可以在不使用燃料的情況下以安靜的方式提供能量。

與能源生產(chǎn)同等重要的是能量的傳輸，特別是如果這可以通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行，而無(wú)需使用笨重且通常令人討厭的電纜。基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線電力傳輸技術(shù)最近由于兩個(gè)已成為優(yōu)先事項(xiàng)的應(yīng)用而重新脫穎而出。第一個(gè)與消費(fèi)電子領(lǐng)域有關(guān)，涉及電池供電的移動(dòng)設(shè)備（通常是智能手機(jī)）的充電，只需將它們放在能夠通過(guò)傳導(dǎo)傳輸電力的合適電源上即可充電。第二個(gè)主要應(yīng)用涉及電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車中的電池充電，通過(guò)可以放置在汽車下方地板上甚至集成到路面的設(shè)備進(jìn)行。

在本文中，將介紹兩個(gè)極具創(chuàng)新性的應(yīng)用，涉及利用太陽(yáng)能作為電力來(lái)源以及在各種類型的環(huán)境中傳輸無(wú)線能量。

柔性太陽(yáng)能光伏

位于英國(guó)桑德蘭的 Power Roll 開發(fā)了一種創(chuàng)新的太陽(yáng)能薄膜模型，能夠產(chǎn)生和儲(chǔ)存能量。這種太陽(yáng)能薄膜輕巧靈活，可以適應(yīng)任何類型的表面，發(fā)電成本比傳統(tǒng)光伏電池板低 20 倍。新技術(shù)基于帶有數(shù)千個(gè)微槽圖案的柔性薄膜。每個(gè)微槽都有幾微米厚，比人的頭發(fā)還小。

此解決方案提供的優(yōu)點(diǎn)是：

低成本：成品 $0.03/W

低重量：0.3 kg/m 2

易于安裝并減少維護(hù)時(shí)間

可持續(xù)性，由于使用完全可回收的材料且不含稀土

適應(yīng)性：相同的技術(shù)可用于建筑物屋頂或?yàn)樾⌒?a target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)傳感器供電

高功率密度：500 W/kg

如圖 1 所示，柔性薄膜能夠使用一系列電介質(zhì)和存儲(chǔ)材料來(lái)卷對(duì)卷制造電容器。這種用于儲(chǔ)存能量的電容器技術(shù)提供：

超低成本制造

卓越的能量密度

具有電壓和電容靈活性的多種形狀和尺寸

與濕式電解電容器相比，使用壽命更長(zhǎng)

圖 1 概述了柔性太陽(yáng)能薄膜制造過(guò)程的各個(gè)階段。

圖 1：柔性太陽(yáng)能光伏的制造步驟

“與靈活的太陽(yáng)能技術(shù)相比，我們的技術(shù)有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，”Power Roll 的董事總經(jīng)理 Neil Spann 說(shuō)。“它非常容易生產(chǎn)。制造過(guò)程中的步驟較少。如果你看看柔性光伏，我們可以說(shuō)它要貴得多。所以實(shí)際上，我們技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是成本效益。在效率方面，我們的效率是好的。但我們的目標(biāo)不是制造世界上性能最高的太陽(yáng)能電池板。有一些技術(shù)可以推動(dòng)設(shè)備向上。我們正在尋找一種折衷方案，一種良好的性能水平。所以我們目前的電池性能是 11%，這在某種程度上與有機(jī)光伏等其他柔性太陽(yáng)能電池板相當(dāng)。但我們計(jì)劃將其提高到 20%。由于可以進(jìn)行定制，因此應(yīng)用范圍很廣?！?/p>

通過(guò)將不同的活性材料應(yīng)用于 Power Roll 微槽技術(shù)，可以創(chuàng)建具有一系列放電時(shí)間的儲(chǔ)能解決方案。今天的太陽(yáng)能技術(shù)要么部署成本太高，要么它們的剛性和重量使其不適合這項(xiàng)工作。Power Roll 的低成本、靈活且輕便的太陽(yáng)能薄膜使可再生能源在全新應(yīng)用中的使用成為可能。與能源資源研究所 （TERI） 合作，Power Roll正在安裝一個(gè)創(chuàng)新的太陽(yáng)能微型電網(wǎng)系統(tǒng)，以在位于喜馬拉雅山穆克特什瓦爾的農(nóng)村生產(chǎn)和儲(chǔ)存能源。該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生能量的輕型便攜式太陽(yáng)能光伏發(fā)電和用于在夜間使用能源的儲(chǔ)能功能。每個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是為了滿足每個(gè)村莊的定制需求。應(yīng)用包括為水泵供電以支持灌溉、照明以幫助年輕人夜間學(xué)習(xí)以及為手機(jī)供電，從而能夠訪問國(guó)家和國(guó)際知識(shí)和支持網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，Power Roll 還在試驗(yàn)使用線張力系統(tǒng)安裝太陽(yáng)能薄膜的新方法，這使得太陽(yáng)能薄膜能夠快速、輕松地移動(dòng)到最需要的地方。

無(wú)線電力傳輸

PowerSphyr 是一家總部位于加利福尼亞州丹維爾的公司，旨在通過(guò)其智能無(wú)線電源技術(shù)徹底改變電子設(shè)備的供電方式。PowerSphyr 提供以下解決方案以適應(yīng)任何應(yīng)用：

磁共振，一種提供高功率傳輸和空間自由的解決方案。它對(duì)附近的金屬是安全的，提供出色的熱管理，并同時(shí)支持多個(gè)設(shè)備。

Qi，最簡(jiǎn)單、成本最低的解決方案。它具有有限的空間自由度、功率傳輸和熱管理（金屬變得非常熱）。此外，該解決方案需要發(fā)射器和接收器之間的精確對(duì)準(zhǔn)。

電容式，一種適用于需要非常高功率的工業(yè)應(yīng)用的解決方案。

射頻能量收集，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的絕佳解決方案。它具有出色的空間自由度（高達(dá) 40 英尺），可用于收集現(xiàn)有頻率，并支持 FCC 監(jiān)管限制。

PowerSphyr 的 SkyCurrent 系列無(wú)線電力傳輸和接收解決方案可在各種產(chǎn)品和模塊中實(shí)現(xiàn)快速、易于使用且安全的無(wú)線充電。每個(gè)產(chǎn)品都包含一個(gè)完全開發(fā)的參考設(shè)計(jì)。SkyCurrent 產(chǎn)品的主要市場(chǎng)包括汽車、消費(fèi)和工業(yè)。PowerSphyr 為汽車行業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)線電源產(chǎn)品和模塊，無(wú)需電纜或精確的線圈對(duì)齊，通過(guò)優(yōu)雅的工業(yè)設(shè)計(jì)和靈活的外形實(shí)現(xiàn)快速、易于使用和安全的充電生態(tài)系統(tǒng)。圖 2 顯示了一個(gè)汽車應(yīng)用，其中包括用于控制和監(jiān)控（燈、安全氣囊、溫度、車門等）的無(wú)線供電傳感器以及為支持磁共振、Qi 和 RF 解決方案的乘員設(shè)備無(wú)線充電。

“我們的目標(biāo)之一是通過(guò)重新思考汽車駕駛艙的無(wú)線供電方式來(lái)降低復(fù)雜性，”PowerSphyr 首席執(zhí)行官 Will Wright 說(shuō)?！斑@意味著移除連接器并用面向未來(lái)的無(wú)線解決方案取代傳統(tǒng)方法。許多公司都專注于使用無(wú)線電力為機(jī)艙內(nèi)的移動(dòng)設(shè)備充電，但使用 PowerSphyr 的新一代無(wú)線電力技術(shù)可以簡(jiǎn)化制造、提高安全性、提高可靠性并降低車輛內(nèi)部成本。

“今天的車輛包含 200 多個(gè)連接器，為關(guān)鍵功能和系統(tǒng)提供電源和通信，”他補(bǔ)充道。“隨著車輛電氣化的不斷發(fā)展，我們將看到車輛功能更加豐富，并且越來(lái)越依賴軟件。一種新的連接方法將變得必不可少。我們還看到車輛中的銅含量大幅增加。雖然主要與電池和推進(jìn)有關(guān)，但它也用于引導(dǎo)整個(gè)車輛的能量。

“我們正在開發(fā)無(wú)線解決方案來(lái)降低線束和連接器的復(fù)雜性，而不是使用無(wú)線電源為手機(jī)或平板電腦充電，”賴特說(shuō)。“無(wú)論是為座椅電機(jī)、加熱座椅還是后視鏡和揚(yáng)聲器供電，無(wú)線方法都解決了該行業(yè)多年來(lái)面臨的許多挑戰(zhàn)。PowerSphyr 提供從低功率到 450 W 的解決方案，我們每年都在努力為汽車和工業(yè)領(lǐng)域的客戶進(jìn)一步推動(dòng)我們的技術(shù)。我們的主要技術(shù)是一種專有形式的磁共振，可根據(jù)應(yīng)用提供 6.78 或 13.56 MHz 的功率。我怎么強(qiáng)調(diào)現(xiàn)象電磁學(xué)設(shè)計(jì)的重要性都不為過(guò)。我們的新解決方案可以無(wú)縫地提供電力和通信?！?/p>

圖 2：汽車應(yīng)用，包括無(wú)線供電傳感器和無(wú)線充電器

在工業(yè)領(lǐng)域，PowerSphyr無(wú)縫支持無(wú)線充電三大標(biāo)準(zhǔn)（磁共振、磁感應(yīng)和AirFuel RF），能夠滿足工業(yè)工具和機(jī)械的中高功率需求。對(duì)于消費(fèi)行業(yè)，PowerSphyr 提供 SkyCurrent III（如圖 3 所示），這是一款終極無(wú)線充電平臺(tái)，提供其雙模式無(wú)線充電板和一套“快速充電”電池盒。