عنصر سلبي بسيط يمكن تخزينه طاقة كهربائية ، عندما يسمى مصدر الجهد المطبق بالمكثف. لديها القدرة أو القدرة على تخزين الطاقة الكهربائية عن طريق إنتاج فرق الجهد عبر لوحاتها ، وتتصرف مثل قابلة لإعادة الشحن البطارية . يتكون المكثف من لوحين موصلين متوازيين ، غير متصلين ببعضهما البعض. يتم فصل الألواح بواسطة مادة عازلة تسمى العازل ، وهي عبارة عن ورق مشمع أو سيراميك أو بلاستيك ميكا أو هلام سائل. بسبب هذه المادة العازلة ، فإن العاصمة الحالية لا يمكن أن تتدفق من خلال المكثف. إنه يمنع تدفق التيار والمكثف يشحن حتى جهد الإمداد ويعمل كعازل. عندما يتم استخدام المكثف في دوائر التيار المتردد ، يكون تدفق التيار مباشرة عبر المكثف بدون كتل. الخاصية الكهربائية للمكثف هي السعة ويتم قياسها بالفاراد (F). اعتمادًا على العازل الكهربائي ، تختلف سعة المكثف. يوجد مكثف واحد لديه أعلى سعة تخزين. أحد هذه المكثفات الفائقة. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على supercapacitor.
ما هو Supercapacitor؟
تعريف: مكثف فائق يسمى أيضًا بالمكثف الفائق أو عالي السعة مكثف أو مكثف إلكتروليتي مزدوج الطبقة يمكنه تخزين كميات كبيرة من الطاقة ما يقرب من 10 إلى 100 مرة من الطاقة مقارنة بالمكثفات الإلكتروليتية. إنه مفضل على نطاق واسع على البطاريات نظرًا لقدرته على الشحن الأسرع وإيصال الطاقة بشكل أسرع. لديها دورات شحن وتفريغ أكثر من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. تم تطويرها في العصر الحديث من أجل الفوائد الصناعية والاقتصادية. يتم قياس سعة هذا المكثف أيضًا بوحدة فاراد (F). الميزة الرئيسية لهذا المكثف هي كفاءته وسعة تخزين الطاقة العالية.
المكثف الفائق
العمل المكثف الفائق
على غرار المكثف العادي ، يحتوي المكثف الفائق أيضًا على لوحين متوازيين بمساحة أكبر. لكن الاختلاف هو أن المسافة بين الألواح صغيرة. تتكون الصفائح من معادن وتنقع في إلكتروليتات. يتم فصل الصفائح بواسطة طبقة رقيقة تسمى عازل.
رمز المكثف الفائق
عندما يتم تشكيل رسوم معاكسة على كلا الجانبين العازل يتم تشكيل طبقة كهربائية مزدوجة وشحن الألواح. ومن ثم فإن المكثف الفائق مشحون وله سعة أعلى. تستخدم هذه المكثفات لتوفير طاقة عالية وتمكين تيارات حمل عالية ذات مقاومة منخفضة. تكلفة المكثف الفائق عالية بسبب السعة العالية للشحن والتفريغ.
يتم إنشاء طبقة كهربائية مزدوجة عندما يتم تغيير الألواح وتتشكل الشحنات المعاكسة على جانبي الصفائح. ومن ثم فإن المكثفات الفائقة تسمى أيضًا المكثفات ذات الطبقة المزدوجة أو الطبقة المزدوجة الكهربائية المكثفات (EDLC’S). عندما تزداد مساحة الألواح وتقل المسافة بين الألواح ، تزداد سعة المكثف.
supercapacitor العمل
عندما لا يتم شحن المكثف الفائق ، يتم توزيع جميع الشحنات بشكل عشوائي داخل الخلية. عندما يتم شحن المكثف الفائق ، تنجذب جميع الشحنات الموجبة إلى الطرف السالب وتنجذب الشحنات السالبة إلى الطرف الموجب. بشكل عام ، المكثفات الفائقة متوفرة بسعة 420F ، تيار شحن وتفريغ 4-2 أمبير مع درجة حرارة الغرفة -22 درجة مئوية.
كيف يتم شحن المكثف الفائق؟
يتمتع المكثف الفائق بقدرة التفريغ الذاتي ودورات الشحن والتفريغ غير المحدودة. يمكن أن تعمل هذه الأنواع من المكثفات بجهد منخفض (2-3 فولت) ويمكن توصيلها في سلسلة لإنتاج جهد عالي ، والذي يستخدم في المعدات القوية. يمكن أن تخزن المزيد من الطاقة وتحرر على الفور وبسرعة أكبر مقارنة بالبطاريات.
عندما يتم توصيل هذا المكثف بالدائرة أو بمصدر جهد التيار المستمر ، تكون اللوحات عبارة عن شحنة وتتكون الشحنات المعاكسة على جانبي الفاصل ، مما يشكل مكثفًا كهربائيًا مزدوج الطبقة.
لشحن مكثف فائق ، قم بتوصيل الجانب الموجب لمصدر الجهد بالطرف الموجب للمكثف الفائق والجانب السالب لمصدر الجهد متصل بالطرف السالب للمكثف الفائق.
إذا كان المكثف الفائق متصلاً بمصدر جهد 15 فولت ، فإنه يشحن حتى 15 فولت. مع زيادة الجهد إلى ما بعد مصدر الجهد المطبق ، قد يتلف المكثف الفائق. لذلك ، يتم توصيل المقاوم في سلسلة مع مصدر الجهد والمكثف لتقليل كمية التيار المتدفق عبر المكثف ولا يتلف.
إن الإمداد بالتيار الثابت وإمداد الجهد المحدود مناسبان للمكثف الفائق. عندما يزداد الجهد تدريجياً ، تتغير كمية التيار المتدفق عبر المكثف. في الوضع المشحون بالكامل ، ينخفض التيار بشكل افتراضي.
Supercapacitor مقابل البطارية
تستخدم البطاريات على نطاق واسع مع حجم ووزن معين ، ولها أيضًا كثافة طاقة أفضل. المكثفات الفائقة هي مكثفات عالية السعة ذات كثافة طاقة عالية. عند مقارنته بالبطارية ، يتمتع المكثف الفائق بقدرة شحن وتفريغ سريعة ، ويمكنه التعامل مع درجات حرارة منخفضة وموثوقية عالية ومقاومة منخفضة.
تكلفة البطارية منخفضة بينما تكلفة المكثف الفائق مرتفعة. المكثفات الفائقة لها القدرة على التفريغ الذاتي. في البطارية ، يحدد جهد التشغيل أوضاع الشحن والتفريغ. في المكثف الفائق ، يعتمد الجهد المسموح به على نوع المادة العازلة المستخدمة بين الألواح. وأيضًا قد يزيد المنحل بالكهرباء في المكثف من السعة.
البطاريات متوفرة في بطاريات الرصاص الحمضية ، Ni-MH ، Li-Po ، Li-ion ، LMP ، إلخ. المكثفات الفائقة متوفرة مع المنحل بالكهرباء العضوي ، والإلكتروليت المائي ، والسائل الأيوني ، والهجين ، والمكثفات الفائقة الزائفة. تُستخدم البطاريات لتخزين كميات كبيرة من الطاقة وتستخدم المكثفات الفائقة لتوفير كثافة طاقة عالية.
العاكس الشمسي باستخدام مكثف فائق
ال العاكس الشمسي مفيد للمزارعين في الري والسياج وما إلى ذلك. يستخدم العاكس الشمسي الألواح الشمسية و طاقة شمسية يتم الحصول عليها من هذه اللوحات يتم تخزينها في بطارية. يحتوي نظام العاكس الشمسي الكامل على مفتاح تشغيل / إيقاف للتحكم في شحن البطارية وفقًا لغرض المزارع.
العاكس الشمسي باستخدام المكثف الفائق
يحتوي مخطط كتلة العاكس الشمسي باستخدام supercapacitor على ،
- لوحة شمسية
- مولد النبض
- خطوة متابعة المحولات
- موسفيت
- مفتاح تشغيل / إيقاف
- مكثف فائق و
- بطارية قابلة لإعادة الشحن
عندما تكون أسلاك توصيل البطارية متصلة بالنبض مولد كهرباء وبدوره إلى MOSFET ، فهي قادرة على توليد نبضات ON / OFF بترددات مختلفة. يتم تغذية البقول إلى خطوة المتابعة محول للحصول على جهد تيار متردد منخفض. يستخدم جهد التيار المتردد هذا في تطبيقات مختلفة أثناء الزراعة. يتم استخدام المكثف الفائق في العملية برمتها لتوفير طاقة عالية ، لسرعة شحن وتخزين الطاقة الشمسية وزيادة عمر البطارية.
يمكن زيادة الطاقة الناتجة عن الألواح الشمسية عن طريق زيادة أبعاد الألواح الشمسية.
التطبيقات
تشمل تطبيقات supercapacitor ما يلي.
- لتقديم قوة عالية وسد فجوات الطاقة
- التطبيقات الصناعية والإلكترونية
- تستخدم في توربينات الرياح والمركبات الكهربائية والهجينة
- الكبح المتجدد لتحرير القوة في التسارع
- لبدء الطاقة في أنظمة بدء التشغيل
- تنظيم الجهد في شبكة الطاقة
- لالتقاط ومساعدة الطاقة في الأحمال المنخفضة والأحمال المرفوعة
- يدعم الطاقة في حالة تفريغ سريع.
أسئلة وأجوبة
1). هل يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات؟
لتوفير كثافة طاقة عالية ، ولأغراض الشحن البسيطة والأسرع ، يمكن للمكثفات الفائقة استبدال البطاريات.
2). ما مقدار الطاقة التي يمكن أن يخزنها المكثف الفائق؟
يخزن المكثف الفائق 22.7 جول من الطاقة القصوى لإمداد 5.5 فولت. يخزن طاقة أكثر من 10 إلى 100 مرة لكل وحدة كتلة أو حجم بالمقارنة مع المكثفات الإلكتروليتية
3). ما الفرق بين البطارية والمكثف الفائق؟
تُستخدم البطاريات لتخزين طاقة عالية وللمكثفات الفائقة كثافة طاقة عالية.
تستخدم المكثفات الفائقة لتخزين الطاقة وإطلاقها بسرعة بينما تخزن البطاريات الطاقة لفترات أطول.
4). كم من الوقت يمكن للمكثف الفائق أن يحمل شحنة؟
وقت الشحن للمكثف الفائق هو 1-10 ثوانٍ بالمقارنة مع 10-60 دقيقة للوصول إلى بطارية مشحونة بالكامل. توفر 10000 وات / كجم مع دورات شحن وتفريغ غير محدودة.
5). لماذا لا تستخدم المكثفات بدلا من البطاريات؟
تخزن المكثفات الطاقة الكهربائية ولها آلاف دورات الشحن والتفريغ. تظل البطارية ثابتة عندما يتم تفريغها بتيار ثابت ولديها خرج طاقة ثابت. بينما ينخفض جهد المكثف خطيًا عند تيار ثابت ، ينخفض أيضًا خرج الطاقة. لذلك ، لا يمكن استبدال المكثف ببطارية. تُستخدم دائرة منظم الجهد لاستبدال بطارية مكثف.
وبالتالي ، هذا كل شيء عن لمحة عامة عن المكثف الفائق . تستخدم هذه في الإلكترونيات وكذلك التطبيقات الصناعية. هذا سؤال لك ، ما هي وظيفة المكثف الفائق؟
