涉及能源生產和傳輸的電子應用在當今具有根本重要性。尋求越來越可持續(xù)的解決方案，再加上通過減少溫室效應來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，從太陽能、風、波浪運動和生物質等替代能源生產能源的能力可以顯著減少對環(huán)境的影響和污染排放。例如，太陽能可以幫助發(fā)展中國家或小型山區(qū)和農村社區(qū)配備高效、經濟且?guī)缀鯇Νh(huán)境影響為零的工廠來發(fā)電。近年來，光伏 （PV） 面板經歷了快速而顯著的發(fā)展，為用戶提供越來越高效和可靠的解決方案，這些解決方案需要減少維護，即使在太陽輻射較低的條件下也能產生能量。同時，由于引入了能夠適應各種類型表面的柔性面板，安裝變得更加簡單。光伏系統(tǒng)通常與用于存儲產生的電力的特殊單元相結合，由根據可用預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載供電。不僅如此，它們還可以檢測停電，在發(fā)生電源故障時自動成為主要能源。與發(fā)電機不同，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。

與能源生產同等重要的是能量的傳輸，特別是如果這可以通過無線方式進行，而無需使用笨重且通常令人討厭的電纜。基于電磁感應原理的無線電力傳輸技術最近由于兩個已成為優(yōu)先事項的應用而重新脫穎而出。第一個與消費電子領域有關，涉及電池供電的移動設備（通常是智能手機）的充電，只需將它們放在能夠通過傳導傳輸電力的合適電源上即可充電。第二個主要應用涉及電動和插電式混合動力汽車中的電池充電，通過可以放置在汽車下方地板上甚至集成到路面的設備進行。

在本文中，將介紹兩個極具創(chuàng)新性的應用，涉及利用太陽能作為電力來源以及在各種類型的環(huán)境中傳輸無線能量。

柔性太陽能光伏

位于英國桑德蘭的 Power Roll 開發(fā)了一種創(chuàng)新的太陽能薄膜模型，能夠產生和儲存能量。這種太陽能薄膜輕巧靈活，可以適應任何類型的表面，發(fā)電成本比傳統(tǒng)光伏電池板低 20 倍。新技術基于帶有數千個微槽圖案的柔性薄膜。每個微槽都有幾微米厚，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時間

可持續(xù)性，由于使用完全可回收的材料且不含稀土

適應性：相同的技術可用于建筑物屋頂或為小型物聯網傳感器供電

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和存儲材料來卷對卷制造電容器。這種用于儲存能量的電容器技術提供：

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

圖 1 概述了柔性太陽能薄膜制造過程的各個階段。

圖 1：柔性太陽能光伏的制造步驟

“與靈活的太陽能技術相比，我們的技術有幾個優(yōu)勢，”Power Roll 的董事總經理 Neil Spann 說。“它非常容易生產。制造過程中的步驟較少。如果你看看柔性光伏，我們可以說它要貴得多。所以實際上，我們技術的主要優(yōu)勢是成本效益。在效率方面，我們的效率是好的。但我們的目標不是制造世界上性能最高的太陽能電池板。有一些技術可以推動設備向上。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光伏等其他柔性太陽能電池板相當。但我們計劃將其提高到 20%。由于可以進行定制，因此應用范圍很廣?！?/p>

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

無線電力傳輸

PowerSphyr 是一家總部位于加利福尼亞州丹維爾的公司，旨在通過其智能無線電源技術徹底改變電子設備的供電方式。PowerSphyr 提供以下解決方案以適應任何應用：

磁共振，一種提供高功率傳輸和空間自由的解決方案。它對附近的金屬是安全的，提供出色的熱管理，并同時支持多個設備。

Qi，最簡單、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準。

電容式，一種適用于需要非常高功率的工業(yè)應用的解決方案。

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

PowerSphyr 的 SkyCurrent 系列無線電力傳輸和接收解決方案可在各種產品和模塊中實現快速、易于使用且安全的無線充電。每個產品都包含一個完全開發(fā)的參考設計。SkyCurrent 產品的主要市場包括汽車、消費和工業(yè)。PowerSphyr 為汽車行業(yè)設計無線電源產品和模塊，無需電纜或精確的線圈對齊，通過優(yōu)雅的工業(yè)設計和靈活的外形實現快速、易于使用和安全的充電生態(tài)系統(tǒng)。圖 2 顯示了一個汽車應用，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 解決方案的乘員設備無線充電。

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

“今天的車輛包含 200 多個連接器，為關鍵功能和系統(tǒng)提供電源和通信，”他補充道?！半S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有關，但它也用于引導整個車輛的能量。

“我們正在開發(fā)無線解決方案來降低線束和連接器的復雜性，而不是使用無線電源為手機或平板電腦充電，”賴特說?！盁o論是為座椅電機、加熱座椅還是后視鏡和揚聲器供電，無線方法都解決了該行業(yè)多年來面臨的許多挑戰(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)領域的客戶進一步推動我們的技術。我們的主要技術是一種專有形式的磁共振，可根據應用提供 6.78 或 13.56 MHz 的功率。我怎么強調現象電磁學設計的重要性都不為過。我們的新解決方案可以無縫地提供電力和通信。”

圖 2：汽車應用，包括無線供電傳感器和無線充電器

在工業(yè)領域，PowerSphyr無縫支持無線充電三大標準（磁共振、磁感應和AirFuel RF），能夠滿足工業(yè)工具和機械的中高功率需求。對于消費行業(yè)，PowerSphyr 提供 SkyCurrent III（如圖 3 所示），這是一款終極無線充電平臺，提供其雙模式無線充電板和一套“快速充電”電池盒。