В мире, где эффективное использование ресурсов становится все более актуальной задачей, концепция рекуперации энергии приобретает всё большее значение – от возобновляемых систем, способных собирать избыточную солнечную энергию и возвращать ее в сеть, до рекуперативных источников питания в автомобилях, которые предоставляют надежный и экономичный расход электропитания. В этой статье мы попробуем добраться до сути этой фундаментальной концепции, объясняя, почему рекуперация становится ключом к достижению высокой производительности и устойчивости в современных технологических системах.
Что такое рекуперация
Рекуперация – это процесс восстановления или возврата части энергии, которая обычно теряется при выполнении определенной работы или процесса. Термин используется в различных контекстах, но его основное значение связано с восстановлением энергии или ресурсов в технических, инженерных или физических системах. Название термина произошло от латинского слова «recuperare», что означает «восстановление» или «возвращение». Именно это и является основной идеей рекуперации – вернуть утраченную энергию обратно в систему для ее дальнейшего использования.
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с потерей энергии, даже не замечая этого. Например, когда тормозим автомобиль, кинетическая энергия, которую он приобрел при движении, просто рассеивается в виде тепла и звука. То же самое происходит и в многих других системах, где используются движение и энергия. Основная идея рекуперации заключается в том, чтобы захватывать и сохранять часть этого теряющегося ресурса, а затем применить ее вновь – это позволит увеличить эффективность систем и, соответственно, снизить расход энергоресурсов.
Как работает система рекуперации
Система рекуперации в двунаправленных источниках питания используется для эффективного управления энергией в месте ее хранения, включая аккумуляторные батареи или суперконденсаторы. Она позволяет переключаться между двумя режимами работы: зарядки и разрядки, а также выполнять их одновременно при необходимости.
В режиме заряда источник энергии (например, солнечные панели или генератор) преобразует доступную энергию в электрический ток и напряжение, затем подает его на двунаправленный источник питания, который преобразует поступающий ресурс в нужный формат для зарядки хранилища (аккумулятора или суперконденсатора). Когда оборудование начинает потреблять больше энергии, чем генерируется в данный момент, двунаправленный ИП может конвертировать энергию из хранилища в электрический ток и напряжение, которое поступает обратно в систему, тем самым уравновешивая баланс.
В некоторых случаях, например, когда есть избыток энергии от источника, а также есть потребность в ней со стороны потребителя, система рекуперации может одновременно выполнять и зарядку, и разрядку – она направляет часть энергии на заряд хранилища и часть на питание потребителя. Системы учитывают потребность в ресурсе, состояние батарей, качество сигнала (если это связано с коммуникациями), и многое другое, чтобы определить, когда и как лучше всего использовать сохраненную энергию.
Источник питания с рекуперацией энергии
Современный рынок располагает передовыми источниками питания, оснащенными системой рекуперации энергии. Одним из таких является продукт серии IT6000B, произведенный компанией «Itech». Рассмотрим возможности рекуперативных ИП на примере данной модели.
Используя передовую технологию SiC, данная модель может использоваться не только как автономный двунаправленный источник питания, но и как независимая рекуперативная электронная нагрузка, поглощающая потребляемую энергию и отдающая ее обратно в сеть питания. ИП обладает стандартной двухквадрантной функциональностью и обеспечивает 7 спецификаций напряжения, вплоть до 2250 В, поддерживая параллельную работу в режиме «главный-ведомый» (от англ. Master/Slave) с равномерным распределением тока до 2 МВт. Встроенный генератор поддерживает генерацию сигналов произвольной формы, а также импорт LIST-файлов через USB.
Приборы имеют функциональную кнопку на панели для удобного управления двумя квадрантами: либо как двунаправленный программируемый источник питания постоянного тока, либо как электронная нагрузка постоянного тока с функцией рекуперации. ИП может быстро и непрерывно переключаться между режимами источника и стока, что позволяет эффективно избегать перегрузки напряжения/тока. В связи с этим устройство часто применяется для тестирования батарей, оборудования для упаковки элементов, плат защиты батарей и так далее.
Результативность преобразования может достигать 95%, что не только значительно снижает затраты на электроэнергию, но и позволяет избежать использования кондиционеров или дорогостоящих систем охлаждения. Помимо высокой стоимости электричества, при его производстве выделяется большое количество углекислого газа, диоксида серы, оксидов азота и других парниковых или вредных газов, наносящих вред окружающей среде. Благо, современные приборы располагают противодействующими возможностями для снижения этого пагубного воздействия.
Функция приоритета режимов стабилизации CC/CV удовлетворяет требования предотвращения перегрузки и обеспечения максимального тока, а также может сделать испытания более гибкими. В связи с этим прибор подходит для тестирования мощных интегральных схем, зарядки и разрядки, а также моделирования переходных процессов в автомобильной электронике
Пользователи могут использовать программное обеспечение для вывода, измерения и отображения максимальной мощности и отслеживания состояния сетевых фотоэлектрических инверторов в режиме реального времени, записывая и сохраняя эти значения. Также возможно моделировать различные кривые, тестировать статические и динамические характеристики MPPT и генерировать соответствующие отчеты.
Применение рекуперативного источника питания
Семейство двунаправленных рекуперативных систем питания обладает отличными характеристиками, широко применяемыми в мощных аккумуляторах, автомобильной электронике, возобновляемой «зеленой» энергетике, высокоскоростных испытаниях, информационных центрах и серверных комнатах, а также других возможных отраслях, требующих увеличения эффективности генерации и распределения энергии.
АКБ высокой мощности
Рекуперативные источники питания с высокой мощностью представляют собой инновационные устройства, спроектированные для обеспечения стабильного и эффективного электропитания в ситуациях, где потребность в выходной мощности высока и критически важна. Рассмотрим наиболее востребованные варианты применения таких приборов:
- Телекоммуникационные станции – сотовые базовые станции и другое оборудование в телекоммуникационной инфраструктуре требуют постоянного питания для предоставления связи при любых условиях. АКБ высокой мощности дают возможность сохранять энергию, например, при снижении ее потребления в ночное время суток, и затем использовать ее в периоды своей повышенной активности, снижая нагрузку на сеть и увеличивая надежность связи;
- Энергетические системы солнечных и ветровых установок – в возобновляемой энергетике важность наличия мощного рекуперативного прибора является основополагающей, поскольку он сохраняет избыточную энергию, произведенную в периоды высокой активности ветра или солнечного света, и используют ее в моменты острой нехватки;
- Промышленные системы автоматизации и аварийного питания – в промышленности такие устройства нужны для формирования непрерывности работы автоматических систем и оборудования, что имеет критическое значение для безопасности и повышения КПД. В случае сбоев основного электроснабжения, источники обеспечивают плавное переключение на батарейное питание;
- Электрические и гибридные автомобили – аккумуляторные батареи могут собирать и восстанавливать часть энергии, которая обычно теряется при торможении, и затем использовать ее для увеличения заряда батареи и, соответственно, продолжительности поездки.
Автомобильная электроника
Современные автомобили являются настоящими технологическими инновациями, оборудованными множеством электронных систем, которые обеспечивают безопасность, комфорт и эффективность вождения. Так, рекуперативные источники питания играют важную роль в формировании правильной работы этих систем в автомобилях. Давайте рассмотрим, как эти приборы применяются в автомобильной электронике:
- Системы старта-стоп – предназначены для автоматического выключения двигателя в случае остановки (например, на светофоре) и его моментального включения при нажатии на педаль акселератора. Рекуперативный ИП сохраняют энергию, обычно расходуемую на пуск двигателя, и затем используют ее для питания других электронных систем в автомобиле, чтобы сэкономить топливо и снизить выбросы вредных веществ в городских условиях;
- Рекуперация энергии при торможении – многие современные автомобили оснащены рекуперативными системами, которые преобразуют кинетическую энергию, создаваемую при торможении, в электрическую. Такие ИП накапливают ее для зарядки аккумуляторов, питания систем электроники или других электронных устройств в автомобиле, тем самым увеличивая эффективность использования энергии и снижая расход ресурсов;
- Системы безопасности и информационно-развлекательные системы – антиблокировочная система тормозов (ABS), системы управления устойчивостью (ESP) и подушки безопасности требуют надежного источника питания. Рекуперативные устройства, в свою очередь, дают непрерывное питание этих систем даже при изменяющихся условиях работы двигателя;
- Системы информационно-развлекательного центра – современные автомобили также оснащены разнообразными навигационными и мультимедийными системами, а также сенсорными экранами, стабильное и бесперебойное питание которых осуществляется посредством применения ИП с рекуперацией энергии.
Возобновляемая энергетика
Солнечные и ветровые установки задействуют метод рекуперации для улучшения эффективности своей работы, что особенно практично в периоды нехватки солнечного света и ветра. Рассмотрим, как рекуперативные источники питания используются в возобновляемой энергетике.
- Сбор и хранение избыточной энергии – солнечные и ветровые установки генерируют избыточную энергию в периоды своей высокой активности (солнечный день или ветренная погода). Рекуперативные источники питания предназначены для сохранения этой энергии, которая в противном случае была бы утрачена;
- Поддержка непрерывной поставки энергии – приборы РИП осуществляют непрерывную поставку электроэнергии даже при временной остановке ее генерации. В моменты, когда солнце скрыто за облаками или ветер ослаб, аккумулированная энергия может быть мгновенно возвращена в сеть, чтобы поддерживать нормальное энергоснабжение;
- Сглаживание пиков и спадов нагрузки – периоды наивысшей потребности в электроэнергии требуют задействование аккумулированной энергии, благодаря чему повышается стабильность работы всей системы, а также исключается формирование перегрузок или нехватки ресурса.
Поставщик источников питания
Компания «Итера» занимается поставкой научного-исследовательского и контурно-измерительного оборудования, располагая широким ассортиментом двунаправленных источников питания с рекуперацией энергии, среди которых IT6005B-80-150, IT6006B-300-75, IT6006B-500-40 и другие модели производства «Itech». Всех их объединяет идеальное сочетание мощности и эффективности (с рекуперацией энергии на уровне 95%), обеспечивающее бесперебойное электропитание для вашего оборудования.
Приборы подойдут как для научных и исследовательских целей, где требуется высокая точность и надежность наряду с непоколебимой стабильностью напряжения и тока, так и для промышленных объектов, предполагающих интеграцию с сетью питания и возможностью управления распределением энергии. Представленные модели обладают необходимым интеллектуальными функциями, которые оптимизируют энергопотребление и экономят ваши ресурсы, при этом являются весьма компактными при своей высокой производительности.
Заключение
Рекуперация энергии – это инновационный подход к оптимизации энергетических систем, позволяющий не только эффективно использовать ресурсы, но и улучшить надежность и устойчивость работы различных устройств и систем, при этом открывая новые горизонты для снижения негативного воздействия на окружающую среду. Рекуперативные источники питания дают возможность собирать и снова пускать в работу энергию, которая ранее терялась или просто не использовалась – они снижают ее потери энергии, сглаживают колебания в энергоснабжении и улучшают КПД энергетических систем.
