Компютърен Хардуер

Аварийно захранване със суперкондензатори

Computer World

Суперкондезаторите представляват електрохимични кондензатори с капацитет, достигащ хиляди фарада. Може да се каже, че това са устройства, комбиниращи характеристиките на традиционните батерии и кондензаторите в един компонент. Те намират приложения, когато са необоходими бързи цикли на зареждане-разреждане вместо дългосрочно съхранение на енергия.

Това прави кондензаторите подходящи например за сферата на транспорта, за реализиране на системи за регенеративно спиране на електрически превозни средства. Възможностите им за отдаване на много енергия за кратко време ги прави удачни за захранване на влакове, кранове, автомобили, автобуси, асансьори и т.н.

По-малки решения на такава база се използват за захранване на т.нар. статична памет с произволен достъп (SRAM). Освен това суперкондензаторите се използват в соларни системи, за аварийни захранвания и в джобни устройства.

С оглед на всичко това не е учуващо, че анализаторите от Research and Markets прогнозират, че средният годишен ръст на световния пазар на суперкондензатори (наричани още ултракондезатори) ще е около 21% през следващото десетилетие. Те допълват, че до 2025 г. сумарният оборот от такива продукти да нарасне до 9.88 млрд. долара.

Удачно решение за центрове за данни

В момента суперкондезаторите се използват в решения за аварийно захранване заради своя дълъг живот и непретенциозни по отношение на поддръжката. Те набират все повече популярност като устройства за съхранение на енергия в най-различни сфери, една от които са центровете за данни.

Преди време цените бяха им доста по-високи от тези на батериите. Технологичното развитие в областта обаче промени този показател. Суперкондензаторите предлагат надеждна работа и почти неограничен брой цикли на презареждане. Днешните раработки са с по-дълъг живот и се нуждаят по-малко поддръжка от трационните оловно-киселинни и литиево-йонни батерии.

Едно от предимствата на кондензаторите е, че могат да работят в по-широк температурен диапазон - от -40 до +65 градуса. За операторите на центрове за обработка на данни това означава по-малко разходи за охлаждане. Също така по-добри показатели по отношение на оперативните загуби на енергия в сравнение решенията, използващи маховици.

Как работят суперкондензаторите?

Обобщеното наименование “батерия” най-често се използва за електрохимичен източник на ток. Реакциите вътре в него освобождават носители на електрически заряди, които създават елекрическия ток. Суперкондензаторът работи по съвсем различен начин, съхранявайки заряда в електрическо поле. Последното се създава при разделяне на проводници с потенциална разлика между тях.


Аварийно захранване със суперкондензатори

© Computer World, Computerworld.bg

Работата на обикновен кондезатор е показана на схемата горе. Двете проводими плочи са разделени от диелектрик (вещество, което слабо провежда или съвсем не провежда ток). При прилагане на напрежение при едната плоча се събират електрони, т.е. се оформя отрицателен заря, а при другата се формират “дупки” – положителен заряд. Това разделяне на зарядите създава електрическо поле в диелектрика и в него се съхранява енергията. При достигане на максимално електрическо поле кондензаторът е зареден. Електроните се привличат от дупките и при свързването му във верига се формира електрически ток.

Следва: Устройство на суперкондензатор


Суперкондензаторите за изградени по различен начин. Те също разполагат с електроди (обикновено от въглерод), електролит и специален сепаратор, който позволява трансфер на йони в електролита. При подаване на напрежение позитивните йони се натрупват по повърхността на негативния електрод, а негативните – по позитивния. Електрическият заряд се формира на повърхността на всеки електрод, като по този начин се формира двоен слой (затова често се среща името двуслоен кондезатор). Всяка такава двойка слоеве работи като вече описания обикновен кондензатор.


Аварийно захранване със суперкондензатори

© Computer World, Computerworld.bg

Защо обаче капацитетът на суперкондензаторите е толкова по-голям? Капацитетът, който е пропорционален на съхраняваната енергия, е правопропорционален на площта на плочата и обратнопропорционален на разстоянието между тях. В обикновения кондензатор последният показател е дебелината на диелектрика, като обикновено става дума за десетки микрона. При суперкондензаторите това разстояние е от порядъка на нанометри (хилядна от микрона). Също така използваната въглеродна технология позволява получаване на много голяма повърхност – до 100 хил. пъти повече от квадратната площ на електрода.


Аварийно захранване със суперкондензатори

© Computer World, Computerworld.bg

В момента 

батериите и суперкондензаторите по-скоро се допълват

като слабите страни на едната технология се покриват от другата. По-долу са изброени основните параметри суперкондензаторите и литиево-йонните батерии:

  • Време за зареждане: Суперкондензаторите са много добри по този показател, като по-малките устройства могат да бъдат зареждани за секунди. При батерите става дума за десетки минути.

  • Живот: Батериите обикновено предлагат между 500 и 1000 цикъла на разреждане-зареждане, докато суперкондензаторите могат да достигнат до милион. Например в електромобилите батериите имат очакван живот между 5 и 10 години, докато кондензаторите могат да служат 15 и повече години.

  • Специфична енергия: Това е общото количество енергия, съхранявано в единица тегло. Това е най-голяма слабост на суперкондензаторите, които предлагат средно 10 Wh/kg, докато при батериите този показател достига 100-200. За сравнение при бензина той в 3700 Wh/kg (отчитайки 30-те на сто ефективност на двигателите с вътрешно горене). Що се отнася до енергията за единица обем супекондензаторите отново изостават, предлагайки 15 Wh/L. При батериите този показател 1200 Wh/L. За сравнение - за да бъде изготвен смартфон с такова захранване той трябва да е дебел около 5 см.

  • Отдаване на заряда: Суперкондензаторите могат да се зареждат и разреждат почти мигновено - те могат да доставят мощности от порядъка на 10 000 W/kg. Аналогичният показател на литиево йонните батерии е 2000-3000 W/kg.

  • Цена: Бидейки сравнително нова технология суперкондензаторите все още са по-скъпи, като струват около 20 долара на ват. Батериите са много по-евтини, намирайки се в диапазона от 0,5 до 1 долар за единица мощност.





© Ай Си Ти Медиа ЕООД 1997-2019 съгласно Общи условия за ползване

X