Возможные направления использования нано- и микроэлекроники

Прoизвoдители наукoемкoй прoдукции вcе чаще cталкиваютcя c нoвыми неcтандартными уcлoвиями, cпocoбными cвеcти на нет дocтигнутые уcпехи. Этo ocoбеннo важнo cейчаc, пocкoльку глoбальный финанcoвo-экономичеcкий кризиc не дает возможноcти оставаться на плаву неэффективным компаниям.

Роль энергосберегающих технологий в современном производстве

Производству сейчас особенно важно последовательно повышать рентабельность, оперативно реагировать на любые изменения внешних условий.

Рие.1. Логотип «Qi» («чии») нового стандарта беспроводной передачи энергии

Не секрет, что многие отечественные приборостроительные предприятия неэффективны. Не имея возможности соперничать с азиатскими, европейскими и американскими производителями, они зачастую производят устаревшую и неконкурентоспособную продукцию, предназначенную лишь для ремонта и обеспечения совместимости приборов на внутреннем рынке. Единственный верный подход в такой ситуации - выход на «нишевые» рынки с новой высокотехнологичной продукцией и формирование спроса «под себя». Одним из наиболее интересных направлений в этой связи может стать область энергосбережения.

Современные энергосберегающие технологии и инновации в электронике

Часто нестандартные и наукоемкие решения являются единственно возможным путем повышения энергетической эффективности, что и можно наблюдать на примере ряда эффективно работающих компаний.

Так, консорциум по беспроводной энергии (Wireless Power Consortium) планирует завершить работы над спецификациями стандарта "Qi" беспроводной передачи энергии для мобильных устройств (рис.1), что позволит создавать станции мобильной подзарядки для сотовых телефонов, цифровых фото- и видеокамер и других совместимых устройств.

Рис.2, Логотип инструментария разработчика беспроводной передачи энергии bqTESLA (Texas Instruments)

В состав консорциума наряду с производителями мобильных устройств (Nokia, Philips, Sanyo, Samsung Electronics, Energizer, HP и др.) входят производители компонентной базы и поставщики технологий беспроводной передачи энергии, такие как Texas Instruments (рис.2) и Fulton Innovation.

Описываемый стандартом консорциума принцип передачи энергии основан на эффекте магнитной индукции - энергия передается между близко расположенными катушками индуктивности, одна из которых встроена в мобильное устройство, а другая - в станцию подзарядки. Этот стандарт регламентирует технологию передачи энергии мощностью до 5 Вт, что применимо только для миниатюрных устройств. Однако следующий стандарт будет регламентировать аналогичный принцип для ноутбуков и других портативных устройств более высокой мощности.

Рис.3. Беспроводные приемник и передатчик энергии из инструментария bqTESLA

В рамках проекта Texas Instruments завершает разработку специализированного комплекта разработчика систем беспроводной зарядки аккумуляторов мобильных устройств bqTESLA, который позволит осуществлять быструю разработку модулей беспроводной зарядки аккумуляторов для МРЗ плейеров, мобильных телефонов, смартфонов, нетбуков и устройств GPS (рис.3). Комплектвыполнен компанией Fulton Innovations по технологии интеллектуальной беспроводной передачи энергии.

Достаточно интересна с точки зрения реализации методика мониторинга эффективности потребления бытовой электроэнергии, основной смысл которой заключается в высокоточном измерении энергопотребления бытовых приборов в так называемом режиме ожидания. Например, системы на кристалле компании Teridian Semiconductor позволяют выполнять измерения с точностью ± 0,5% в динамическом диапазоне 2000:1 и предназначены для оснащения комплексных аналитических систем мониторинга пассивного энергопотребления практически всех устройств бытовой электроники.

Рис.4. Система заполнения водородных элементов Horizon HYDROFILL

Похожую технологию эффективного сохранения энергетических ресурсов, основанную на применении специализированных цифровых микропроцессоров, измеряющих не только потери при работе электронной техники в пассивном режиме ожидания, но и в активном режиме, представляет австралийская компания Embertec. В этом случае учитываются потери электроэнергии на включенные, но не используемые устройства.

Параллельно с энергосберегающими технологиями разрабатываются новые типы источников энергии, такие, например, как водородные топливные элементы сингапурской компании Horizon Fuel Cell Technologies. Настольная система заполнения водородных элементов HYDROFILL (рис.4) подключается к стандартной сетевой розетке, солнечной батарее или небольшому ветрогенератору. Система автоматически производит водород, используя воду из собственной емкости, и закачивает его в миниатюрный многоразовый картридж HYDROSTICK. Это решение весьма экономично благодаря отсутствию сложной инфраструктуры, используемой для зарядки топливных элементов по стандартной технологии.

Рис.5. Зарядное устройство для портативной техники (до 3 Вт), работающее на водородном топливном элементе

В Horizon уверены, что HYDROFILL станет первым этапом на пути внедрения систем на перезаряжаемых в домашних условиях водородных элементах нового поколения (рис.5). Следующим шагом компании станет представление полной линейки портативных устройств для широкого потребительского рынка. Кроме того, в ближайшее время планируется анонсировать технологию производства двигателей для автомобильной промышленности на водородных элементах питания.

Одной из наиболее востребованных наукоемких технологий энергосбережения становится производство свето-диодов - светоиспускающих диодов (LED, Light Emitting Diode). Уровень этой технологии позволяет производить долговечные светильники с практически идентичным натуральному спектром теплого излучения, потребляющие меньше электроэнергии и служащие дольше, чем обычные световые приборы. В частности, стандартный, поверхностно монтируемый светоди-од высокой яркости (HB-LED, High Brightness LED) в 12 раз эффективнее лампы накаливания, а его срок службы выше в 50 раз. Он стоек к коррозии и механическим воздействиям, миниатюрен, потребляет минимальное количество энергии. Светодиоды широко применяются в электронной промышленности, их используют в мобильных устройствах, для подсветки ЖК-экранов, создания рекламных инсталляций и вывесок, в автомобилестроении и других областях (рис.6).

Активность ведущих мировых производителей по разработке и производству новых светодиодов, новых типов кристаллов и силиконовых компаундов свидетельствует о неподдельном интересе к этой тематике. Главным образом такой интерес продиктован возможностью крупномасштабной экономии. Например, в рамках внедрения стратегии ресурсосбережения ОАО «РЖД» до конца 2011 года планирует заменить на железнодорожных платформах порядка 4 млн. люминесцентных уличных светильников и 47 тыс. светофоров на светодиодные, что позволит экономить до 2 млрд. руб. ежегодно.

Рис.6. Прогноз на структуру рынка светодиодов по сферам применения в 2012 году

Повышение эффективности -необходимое условие развития предприятий

Еще раз следует подчеркнуть, что последствия мирового финансово-экономического кризиса не оставили иного выбора производителям, кроме как режим тотальной экономии и непрерывного повышения эффективности энергопотребления. Уроки последнего времени наглядно показали, что развитие только за счет дотаций и господдержки - тупиковый путь, а выход на производство конкурентоспособной продукции никак не может рассматриваться в качестве «программы максимум». Необходимы активная разработка новых методов энергосбережения и комплексное решение вопроса повышения эффективности производств -как на государственном уровне, так и в рамках отдельных предприятий.

Новые наукоемкие энергосберегающие технологии должны стать тем «спасательным кругом», который позволит успешно преодолеть кризисные времена, оздоровить производства и значительно повысить их конкурентоспособность. В России достаточно научного и творческого потенциала, чтобы, используя последние достижения нано- и микроэлектроники, реализовывать самые передовые и эффективные энергосберегающие технологии.