Podstawą systemów odzyskiwania energii jest zamiana kinetyki hamowania na użyteczną moc elektryczną. Rozwiązania takie jak KERS czy rekuperacja zwiększają efektywność pojazdów. Umożliwiają redukcję zużycia paliwa i emisji spalin. Technologie hybrydowe stale doskonalą proces odzysku energii kinetycznej podczas jazdy.
Co to jest KERS i rekuperacja hamowania?
KERS to system odzyskiwania energii kinetycznej stosowany w wyścigach F1. Podczas hamowania energia zamieniana jest na elektryczną i magazynowana. Pozwala to na dodatkowy zastrzyk mocy przy przyspieszaniu. Rekuperacja hamowania to analogiczne rozwiązanie w samochodach drogowych i hybrydach. Energia generowana przy zwalnianiu zmniejsza zużycie paliwa. Oba systemy korzystają z baterii lub ultrakondensatorów do przechowywania energii.
System rekuperacji współdziała z układem hamulcowym pojazdu. Czujniki monitorują moment użytkowania hamulca lub zwalniania. Sterownik decyduje, kiedy przekierować moc na generator. Generowany prąd trafia do akumulatora lub do bezpośredniego zasilania silnika elektrycznego. Dzięki temu energia kinetyczna nie jest tracona w postaci ciepła. Zwiększa się ogólna efektywność układu napędowego.
W praktyce KERS i rekuperacja różnią się mocą odzysku. W F1 systemy oferują kilkaset koni mechanicznych mocy chwilowej. W autach cywilnych odzysk może osiągać kilkadziesiąt kilowatów. Długość magazynowania energii zależy od pojemności baterii. W obu przypadkach technologia stale się rozwija. Nowe materiały pozwalają na szybsze ładowanie i rozładowanie.
Jak działa mechanizm odzyskiwania energii kinetycznej?
Mechanizm opiera się na przetworniku energii mechanicznej na elektryczną. Podczas hamowania silnik elektryczny pracuje jako generator. Obracające się części napędzane kołami wytwarzają prąd. Ten prąd przekierowywany jest do magazynu energii. Cały proces kontroluje jednostka sterująca pojazdu.
Magazyn energii może mieć postać akumulatora litowo-jonowego lub ultrakondensatora. Akumulatory zapewniają wysoką gęstość energii, ale wolniej się ładują. Ultrakondensatory ładowane są szybciej, lecz magazynują mniejszą moc. Wybór magazynu zależy od założeń projektowych i ceny komponentów. W samochodach hybrydowych często stosuje się akumulatory, a w sportowych ultrakondensatory.
Przełączenie między trybami pracy odbywa się automatycznie. Przy zwalnianiu sterownik odłącza silnik spalinowy od kół. Następnie nadmiar energii trafia do generatora. Podczas przyspieszania przepływ energii odwraca się w drugą stronę. Silnik elektryczny dostarcza wówczas dodatkowe wsparcie mocy. Dzięki temu zmniejsza się zużycie paliwa i emisja spalin.
Zastosowanie KERS w wyścigach F1
KERS w Formule 1 zadebiutował w sezonie 2009. System dawał kierowcom dodatkowe 80 koni mechanicznych. Energia była magazynowana podczas hamowania na prostych. Kierowca mógł wykorzystać moc przy wyprzedzaniu. Wydajność układu decydowała o przewadze na torze.
Z biegiem lat rozwinięto hybrydowe systemy ERS z turbosprężarką. ERS-K odzyskuje energię kinetyczną, a ERS-H termiczną z turbiny. Oba moduły łączą się z silnikiem spalinowym. Łączna moc hybrydy przekracza 160 KM chwilowo. Przepisy FIA określają limity magazynowania i wyzwalania energii.
Współczesne samochody F1 wyposażone są w wysokonapięciowe akumulatory. Moduł ERS może generować ponad 120 kW mocy. System odzyskuje energię kilkukrotnie podczas każdego okrążenia. Efektywność układu wpływa na tempo i strategię wyścigu. Innowacje z F1 trafiają później do produkcji seryjnej.
Systemy rekuperacji w samochodach hybrydowych
Samochody hybrydowe łączą silnik spalinowy z elektrycznym. Styl jazdy decyduje o udziale odzyskanej energii. W miejskich cyklach rekuperacja może obniżyć zużycie paliwa o kilkanaście procent. W trasie skuteczność systemu bywa niższa. Nowe generacje hybryd oferują lepszą integrację obu napędów.
W układach miękkiej hybrydy (MHEV) napięcie akumulatora wynosi 48 V. System odzysku ładuje baterię nawet przy niewielkim hamowaniu. Silnik elektryczny pomaga podczas ruszania ze świateł. Oszczędność paliwa sięga około 10 procent. Koszt instalacji jest niższy niż pełnej hybrydy.
Pełne hybrydy (HEV) wykorzystują wysokonapięciowe akumulatory. Mogą poruszać się wyłącznie na napędzie elektrycznym. Zasięg elektryczny wynosi zwykle kilka kilometrów. System rekuperacji zwraca część energii do akumulatora w każdej fazie zwalniania. W efekcie zużycie paliwa spada nawet o 30 procent.
Zalety i ograniczenia technologii odzyskiwania energii
Główna zaleta to zmniejszenie zużycia paliwa i emisji CO₂. Systemy KERS i rekuperacji podnoszą ogólną efektywność napędu. Dodatkowa moc zmagazynowanej energii poprawia osiągi. W warunkach miejskich oszczędności są najbardziej odczuwalne. Technologia wspomaga także stabilność hamowania.
Ograniczeniem jest dodatkowa masa układu i koszty produkcji. Akumulatory i inwertery zwiększają wagę pojazdu. Wyższa cena auta wynika z zaawansowanych komponentów. Konieczna jest odpowiednia chłodnica i sterowanie termiczne. W długiej eksploatacji akumulatory mogą wymagać wymiany.
Rekuperacja sprawdza się głównie w ruchu stop-and-go. Na trasach autostradowych odzysk energii jest minimalny. W ekstremalnych warunkach układ może mieć ograniczoną wydajność. Zamarznięte hamulce czy błoto na tarczach zmniejszają skuteczność. Producent zaleca regularne serwisowanie i czyszczenie podzespołów.
Przyszłość systemów odzyskiwania energii
Dynamiczny rozwój baterii litowo-jonowych zwiększa możliwości rekuperacji. Nowe ogniwa o wyższej gęstości energii pozwolą na dłuższy zasięg elektryczny. Ultrakondensatory mogą zyskać większą pojemność dzięki nanomateriałom. W efekcie szybkie ładowanie stanie się jeszcze wydajniejsze. Producenci pracują nad zintegrowanymi rozwiązaniami z pompami ciepła.
W segmencie sportowym pojawiają się układy z superkondensatorami i bateriami hybrydowymi. Połączenie obu magazynów zwiększa odzysk i żywotność systemu. W przyszłości można spodziewać się układów bezpośredniej konwersji ciepła hamowania. Badania nad termoelektrykami wskazują na dodatkowe źródło energii. Te innowacje wpłyną na nowe generacje pojazdów elektrycznych i hybrydowych.
Rozwój infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych zintegrowanej z systemami rekuperacji jest kolejnym krokiem. Inteligentne ładowarki mogą współpracować z układami odzysku energii. Energię zwróconą do sieci można wykorzystać w domu lub miejskiej siatce energetycznej. Takie rozwiązania wpisują się w koncepcję smart grid i zrównoważonego transportu.
Autor: Klaudiusz Wiśniewski
Zobacz też:
pielegnacjaizdrowie.pl/zdrowie/jakie-sa-niezbedne-suplementy-podczas-bycia-w-ciazy/
