Mikroizvor energije

Mikroizvor energije i nanoizvor energije su jedinice RFID uređaja, MEMS uređaja, mikrosistema i nanosistema za proizvodnju, prikupljanje, skladištenje i konverziju energije na mikroskali. Ovi izvori energije karakterišu se izrazito malim dimenzijama, visokom gustinom energije te primjenom u sistemima niske potrošnje energije.

 Definicija mikroizvora energije 

Mikroizvori energije definišu se kao autonomni uređaji male snage (u opsegu mikro do miliwata) koji koriste različite tehnologije za proizvodnju električne energije direktno iz okoline. Glavni kriteriji za klasifikaciju mikroizvora energije uključuju vrstu korištenog energenta, veličinu uređaja, efikasnost konverzije energije i specifične namjene uređaja.

 Vrste mikroizvora energije 

 Solarni mikroizvori 

Solarni mikroizvori, kao što su mikrofotonaponske ćelije ili minijaturni solarni moduli, koriste princip fotonaponskog efekta za direktnu konverziju sunčeve svjetlosti u električnu energiju. Tipične veličine ovih ćelija kreću se od nekoliko milimetara do nekoliko centimetara, snage od nekoliko µW do nekoliko desetina mW. Najčešće se koriste za napajanje senzora, satova, malih autonomnih uređaja i sistema daljinskog upravljanja.

 Mikrovjetroagregati 

Mikrovjetroagregati su mali generatori vjetra promjera lopatica od 5 cm do nekoliko desetina centimetara, obično snage do nekoliko vati. Koriste se u područjima gdje su potrebne autonomne aplikacije male potrošnje, kao što su meteorološke stanice, senzori za okoliš ili mali telekomunikacioni uređaji.

 Mikrohidroelektrane 

Mikrohidroelektrane proizvode električnu energiju iskorištavajući protok malih vodenih tokova, poput potoka ili izvora, sa snagom u rasponu od nekoliko vati do nekoliko kilovata. Za instalaciju je potreban određeni minimalni protok vode i razlika visine (pad vode). Koriste se u udaljenim područjima za autonomno napajanje malih domaćinstava ili istraživačkih stanica.

 Mikrobiogoriva i mikrobiomasa 

Mikrobiogoriva uključuju male uređaje koji koriste biološki materijal (kao što su šećeri, alkohol ili mikrobiološke ćelije) za proizvodnju električne energije putem mikrobioloških gorivih ćelija. Mikrobiomasa se koristi u mikrouređajima za direktnu konverziju hemijske energije u električnu energiju u medicinskoj dijagnostici, implantatima i drugim aplikacijama koje zahtijevaju male izvore energije.

 Piezoelektrični i termoelektrični mikroizvori 

Piezoelektrični mikroizvori pretvaraju mehaničku energiju (vibracije, pokrete tijela) u električnu energiju, koristeći piezoelektrični efekt. Termoelektrični mikroizvori koriste temperaturnu razliku između dvije površine za generisanje energije putem termoelektričnog efekta (Seebeckov efekt). Koriste se u aplikacijama poput bežičnih senzora, medicinskih uređaja, satova i drugih nosivih uređaja.

 Primjene mikroizvora energije 

 Kućanstva i mali objekti 

Mikroizvori energije omogućavaju energetsku samoodrživost malih objekata i domaćinstava (off-grid sistemi), posebno u ruralnim ili izoliranim područjima gdje je pristup konvencionalnim izvorima energije ograničen ili nemoguć.

 Medicinska i potrošačka elektronika 

U medicinskoj elektronici, mikroizvori se koriste za napajanje implantata (srčani stimulatori, inzulinske pumpe) i uređaja za praćenje zdravlja. U potrošačkoj elektronici koriste se za napajanje wearable tehnologija kao što su pametni satovi, fitness narukvice, senzori pokreta i okoliša.

 Pametne mreže (Smart Grid) 

Integracija mikroizvora u pametne mreže omogućava decentralizovano napajanje, povećava pouzdanost i efikasnost elektroenergetskih sistema, te doprinosi boljem upravljanju potrošnjom električne energije.

 Udaljena i nepristupačna područja 

Mikroizvori energije idealni su za autonomno napajanje uređaja u izoliranim područjima kao što su planinske meteorološke stanice, senzorski sistemi za praćenje životne sredine ili sigurnosni uređaji.

 Prednosti i nedostaci mikroizvora energije 

 Prednosti 
 Visoka energetska efikasnost i smanjeni ekološki utjecaj.
 Omogućavaju autonomnost i fleksibilnost u napajanju uređaja.
 Smanjeni troškovi transporta energije zbog lokalizovane proizvodnje.

 Nedostaci 
 Relativno visoki početni troškovi instalacije i održavanja.
 Ograničena maksimalna snaga, pogodna samo za aplikacije niske potrošnje.
 Potencijalna nestabilnost snabdijevanja energijom zbog varijabilnosti obnovljivih izvora energije.

 Budućnost i razvoj mikroizvora energije 

Daljnja istraživanja usmjerena su na razvoj novih materijala i tehnologija koje će povećati energetsku gustinu, efikasnost konverzije i pouzdanost mikroizvora energije. Među perspektivnim tehnologijama su napredni fotonaponski materijali, novi piezoelektrični kristali, mikro-superkondenzatori i biološki integrisani izvori energije.

 Reference 

 La O' G.J., In H.J., Crumlin E., Barbastathis G., Shao-Horn Y. Recent advances in microdevices for electrochemical energy conversion and storage // Int. J. Energy Res. 2007. V.31. P.548-575.
 Curtright A.E., Bouwman P.J., Wartena R.C., Swider-Lyons K.E. Power sources for nanotechnology // Int. J. of Nanotechnology. 2004. V.1. Nos.1/2. P.226-239.

 Vanjski linkovi 
 http://www.stanford.edu/class/ee392s/presentations/040210Steingart.pdf 
 https://www-eng.llnl.gov/mic_nano/mic_nano_micro_pwr_supp.html
 https://web.archive.org/web/20120323211101/http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=2613
 https://web.archive.org/web/20111112075931/http://www.rti.org/page.cfm/Micro_Power_Sources
 https://web.archive.org/web/20120210125847/http://www.darpa.mil/Our_Work/DSO/Programs/Micro_Power_Sources.aspx

Kategorija:Energetska tehnologija
Kategorija:Mikrotehnologija