Veliki sončni paneli, ki imajo sončne celice povezane tako, da ustrezajo neki standardni vrednosti vhodne napetosti, lahko dajejo na večjih površinah ogromno električne energije, ki popolnoma zadosti potrebam neke manjše družinske hiše ali kakšnega drugega manjšega objekta. Ta objekt mora biti seveda grajen tako, da so izgube energije pri običajni uporabi čim manjše, sicer bi z energetsko bilanco hitro zabredli v rdeče številke in namesto, da bi viške lastne proizvedene energije prodajali v javno omrežje, bi morali energijo kljub lastni sončni elektrarni kupovati. V teh primerih bi se bilo torej smiselno vprašati, kako zmanjšati porabo z zmanjšanjem izgub?
Vezja, ki ne potrebujejo baterij
Lahko rečemo, da gre v prejšnjem primeru za prave velike sončne elektrarne, mi pa bi morda želeli s sončno energijo napajati tudi čisto majhna elektronska vezja, ki sicer res porabijo minimalno količino energije, vendar pa mora biti ta prisotna ves čas, sicer prenehajo z delovanjem. Tudi pri napajanju majhnih vezij moramo biti že pri načrtovanju pozorni na to, da z vsemi izgubami ne zabredemo v področje porabe, kjer bo baterijska podpora neizbežna.
Najbrž se vsi zavedamo, da ni lahko zagotoviti neke stalne dnevne »doze« energije iz obnovljivih virov, na primer sončne energije, s katero bi brez zapletov napajali neko elektronsko vezje, ki naj bi delovalo noč in dan neprekinjeno, poleg tega pa bi morali zraven proizvajati še dovolj dodatne energije za polnjenje baterij. Z njimi namreč zagotavljamo zanesljivo neprekinjeno delovanje tudi v primerih, ko tistega »pravega« sonca ni po več dni skupaj. Pri takšnih »hudih« zahtevah naletimo na značilne težave, čeprav ne gre za veliko količino električne energije – ne za velike tokove niti za visoke napetosti.
Napajanje brez vzdrževanja
Pa se najprej vprašajmo, kaj bi sploh želeli od majhnih elektronskih vezij, ko jih izdelane nazadnje le še preizkusimo in zapremo v njihovo ohišje? Najbrž to, da nam ohišja ne bi bilo potrebno nikoli več odpirati, da bi vezja delovala brez napak vso svojo predvideno življenjsko dobo in da za nadomestne baterije ves čas ne bi zapravili niti centa. Lepe želje, vsekakor, kako pa je v praksi?
Obstaja veliko načinov napajanja majhnih vezij z izjemno nizko porabo, katera lahko napajamo z bolj eksotičnimi viri energije, ki sicer še niso na takšni stopnji razvoja, da bi bili primerni za pridobivanje in prodajo električne energije v omrežje, vendar lahko na nivoju porabe nekaj mA zagotavljajo dovolj energije za popolnoma neodvisno delovanje nekega majhnega elektronskega vezja brez vzdrževanja. Pod nazivom »eksotični« sem imel v mislih piezoelektrični generator, ki v električno energijo pretvarja vibracije, elektromagnetni generator, ki na primer ustvarja energijo z vrtenjem turbine (pretok tekočin, zraka), termoelektrični generator, s katerim pridobivamo električno energijo s temperaturno razliko med dvema ploščama (Seebec
k efekt), brezžično z induktivnimi pretvorniki ter radijskimi valovi in morda še kaj.
Predstavljajmo si, da želimo brezžično prenašati temperaturo z zunanjega tipala na prikazovalnik, ki ga imamo pritrjenega na steni v dnevni sobi. Nič posebnega, vstavimo baterijo, sinhroniziramo delovanje sprejemnika in oddajnika ter obesimo tipalo nekje zunaj, na mrazu! Lepo na toplem bomo lahko spremljali zunanjo temperaturo, ki bo včasih tudi za trideset stopinj in več nižja od tiste v prostoru. Zadovoljni, ker nam ni treba nikamor ven, bomo najbrž spregledali podrobnost, da takšen zunanji senzor lahko deluje tudi tri leta ali še več z eno samo baterijo. Koliko energije potem sploh porabi in zakaj moramo baterijo nazadnje vendarle zamenjati? Najbrž zato, ker je izrabljena, vendar je bilo v njej za tri leta dovolj energije, torej senzor resnično malo porabi in morda bi zanj lahko našli napajanje iz kakšnega obnovljivega vira…
Pomožno napajanje
Obstaja pa tudi mnogo takšnih aplikacij, ki niso s stališča delovanja brez vzdrževanja prav nič obetavne, vendar moramo pri njih zagotoviti tudi nek pomožni napajalni vir za podporo perifernim vezjem z različnimi funkcijami, kot so SRAM pomnilnik, ura realnega časa s koledarjem in mikrokontrolerji. Ta vezja morajo imeti ob izgubi glavnega napajanja vsaj za svoje osnovno delovanje ali ohranitev nastavljenih parametrov nek pomožni vir napajanja, ki je največkrat v obliki primarne in sekundarne (akumulatorske) podporne baterije, v zadnjih nekaj letih pa so vse bolj pogoste tudi rešitve s super kondenzatorji.
Sedaj pa je na razpolago čisto nova vrsta baterij za ponovno polnjenje, ki jo proizvaja Cymbet Corporation, vodilno podjetje v proizvodnji polprevodniških tankoplastnih akumulatorskih mikro baterij.
Gre za polprevodniške baterije, ki so vgrajene v standardna ohišja, ki so sicer običajna za integrirana vezja in se zato lahko spajkajo s tehnologijo pretaljevanja v masovni proizvodnji. Njihova najboljša lastnost je, da jih lahko ponovno polnimo, zato so idealne kot rezervni vir napajanja za ure, pomnilnike, mikrokontrolerje in druga vezja z nizko porabo, kjer morajo biti podatki ohranjeni tudi v odsotnosti primarnega vira energije. Ti novi polprevodniški elementi za shranjevanje energije prinašajo pomembne prednosti v primerjavi z običajnimi tipi gumbastih baterij in super kondenzatorjev v aplikacijah, ki zahtevajo rezervno napajanje. Lastnosti baterij več ali manj poznamo, akumulatorji najrazličnejših kemijskih osnov pa imajo v svojem delovanju kar precej »drobnega tiska«.
Obnovljivi viri za začetnike (4)
AX elektronika d.o.o.
2014_SE215_62
