Wśród plusów Uniwersytetu Zielonogórskiego prof. Zbigniew Fedyczak wymienia taki, że kampus uczelni mieści się na obrzeżach miasta, tuż przy lesie. Zaś budynek, w którym profesor ma swoje laboratorium, stoi właściwie pośród drzew. – Niedaleko musi znajdować się gniazdo szerszeni, bo w okresie letnim ciągle kilka sztuk lata mi po biurze, obijając się o lampy – mówi profesor i dodaje, że niewiele osób jest w stanie znieść natarczywe brzęczenie owadów. Większość, jak zapewnia uczony, nie wytrzymuje dłużej niż minutę.

Głośne szerszenie musiał jednak cierpliwie znosić dr inż. Jacek Kaniewski, kiedy pracował nad swoim doktoratem. Dzisiaj ze śmiechem wspomina, że bał się owadów. Gdyby jednak nie wykazał cierpliwości, być może nie powstałaby jego praca – kluczowy element dalszych działań, które doprowadziły do opracowania wynalazku, na jaki wspólnie z prof. Fedyczakiem otrzymali patent. – Rozwiązanie zaproponowane przez nas to innowacja na światową skalę – zapewniają uczeni.

Jak na ironię, hałaśliwe warunki, w jakich powstawał wynalazek zielonogórskich naukowców, mają wiele wspólnego z urządzeniem, którego działanie Fedyczak i Kaniewski postanowili usprawnić. Większość z nas kojarzy je z charakterystycznym brzęczeniem (czy buczeniem), które usłyszeć można na każdym polskim osiedlu. Mowa oczywiście o transformatorze napięcia, czyli kluczowym elemencie sieci elektroenergetycznej, zamieniającym wysokie napięcia panujące w sieci przesyłowej – rzędu kilkunastu tysięcy woltów – na skromne 230, jakie od 1997 r. mamy w gniazdkach.

Wynalazek z Zielonej Góry nazywa się wielofazowym kompensatorem przepięć i zapadów napięcia przemiennego i jest de facto modyfikacją stosowanych obecnie w elektroenergetyce transformatorów. Jak mówią naukowcy, gdyby starać się urządzenie zaklasyfikować, trzeba byłoby nazwać je transformatorem hybrydowym. – Nasz wynalazek można metaforycznie nazwać poprawiaczem napięcia elektrycznego, a konkretnie poprawiaczem parametrów systemu zasilania – uściśla prof. Fedyczak.

Transformatory te nie zmieniły się za bardzo od około 130 lat, kiedy trzech węgierskich inżynierów – Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy i Miksa Déri – po raz pierwszy jesienią 1884 r. zaproponowało konstrukcję transformatora opartego na zasadzie wykorzystywanej do dziś – dwóch uzwojeń przewodnika niepołączonych fizycznie, gdzie wzajemny stosunek liczby zwojów reguluje wartość napięcia na wejściu (czyli od strony elektrowni) i na wyjściu (czyli od strony konsumenta), a transfer energii elektrycznej zachodzi dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej.

Indukcja zaś – w uproszczeniu – to zjawisko, na mocy którego zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Płynący na wejściu prąd zmienny wytwarza zmienne pole magnetyczne, a ono z kolei wzbudza ruch ładunków w zwoju na wyjściu. W efekcie, odpowiednio manipulując liczbą zwojów, jesteśmy w stanie otrzymać na wyjściu odpowiednie napięcie – wyższe lub niższe, w zależności od tego, w którym miejscu sieci elektroenergetycznej znajduje się transformator.

Problem polega jednak na tym, że transformator nie jest inteligentnym urządzeniem. Innymi słowy, co dostanie na wejściu, to poda na wyjściu. To oznacza, że przekazuje dalej w sieć – do odbiorcy końcowego – różne zakłócenia, które mogą pojawić się po drodze. – Jeśli na linię elektroenergetyczną spadnie drzewo, może to spowodować nagły spadek napięcia. Transformator przeniesie po prostu ten spadek dalej, czego efektem może być migotanie świateł lub kompletny brak napięcia. Niestety, aby temu częściowo zaradzić, ktoś musi osobiście przyjechać z elektrowni, odciąć zasilanie całemu osiedlu, wejść do podstacji transformatora i ręcznie zmienić pozycję odczepów regulujących wysokość napięcia na wyjściu transformatora, kompensując w ten sposób zmiany w parametrach napięcia – opowiada dr Kaniewski. Proces nie jest więc prosty, wymaga osobistego zaangażowania techników, a co najgorsze – nie przebiega w automatyczny sposób.

Skutki nagłego spadku napięcia zna każdy z nas – w domu wyłączają się wszystkie urządzenia elektryczne. Pół biedy, jeśli na chwilę zgasną światła, ale w większości mieszkań znajdują się także komputery, które bardzo nie lubią nagłych spadków napięcia (stąd serwerownie wyposażone są w gigantyczne systemy zasilania awaryjnego). Takie zdarzenia stanowią także problem dla przedsiębiorstw, gdzie ponowne uruchomienie produkcji może zająć nawet kilka godzin, bo proces stosowany przez firmę wymaga, aby każdy etap linii produkcyjnej uruchamiać osobno i w pewnej kolejności. Oczywiście niedokończony produkt znajdujący się na linii w trakcie spadku napięcia nadaje się tylko do wyrzucenia.

Przy takich zdarzeniach jak wichura czy upadek drzewa na linię elektroenergetyczną nie tyle brakuje zasilania w ogóle, ile zmieniają się jego parametry. Urządzenia elektryczne są bowiem zaprojektowane w ten sposób, że tolerują pewne odchyły parametrów zasilania. Kiedy ten margines zostanie przekroczony, urządzenie przestaje działać. Celem wynalazku z Zielonej Góry jest właśnie – pomimo spadków napięcia na wejściu – utrzymanie go w ramach tolerowanego przedziału na wyjściu. Dodatkowo propozycja naukowców z Lubuskiego zakłada automatyzację tego procesu – tak aby nie wymagało to interwencji człowieka.

Wynalazek zakłada dodanie do transformatora dodatkowego uzwojenia po stronie wyjścia. – Dodatkowym elementem układu jest przekształtnik energoelektroniczny naszego pomysłu i konstrukcji, do którego zbudowania użyliśmy komponentów najwyższej jakości – chwalą się naukowcy. Przekształtnik jest urządzeniem, którego zadaniem jest zmiana parametrów zasilania. Prostego rodzaju urządzenie nosi ze sobą każdy, kto ma laptopa. Czarna skrzynka, popularnie nazywana zasilaczem, obniża napięcie, a także zmienia prąd zmienny na stały. To właśnie przekształtnik w opisywanym wynalazku odpowiada ze automatyzację monitoringu parametrów zasilania.

Jak zapewniają naukowcy z Uniwersytetu Zielonogórskiego, ich wynalazek jest bardzo prosty w zastosowaniu i nie wymaga wymiany stosowanych dzisiaj urządzeń. Wystarczy dołożenie kilku opracowanych przez nich elementów. – Jednak od czasu zgłoszenia patentowego poczyniliśmy wiele ulepszeń. Poprawiliśmy na przykład wydajność naszego rozwiązania, bo o ile zwykły transformator ma sprawność energetyczną na poziomie dziewięćdziesięciu kilku procent, o tyle wprowadzenie naszego wynalazku pogarsza ten wskaźnik. Ale nie powiedzieliśmy jeszcze ostatniego słowa – mówi dr Kaniewski.