يعد عمر البطارية على الأجهزة المتطورة أحد العوامل المحددة في إدارة دورة حياة جهاز إنترنت الأشياء. يتمثل أحد الحلول في تجميع الطاقة من البيئة المحيطة بالجهاز وإعادة شحن البطاريات أو توفير الطاقة مباشرة.
تتمثل إحدى المشكلات الأساسية في أن تقنية حصاد الطاقة لا يمكنها حقًا توفير قدر كبير من الطاقة بالتكنولوجيا الحالية. حتى الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مستدامتان فقط في عوامل الشكل الكبيرة جدًا ولا يمكن استخدامها كثيرًا عند تقليصها إلى أحجام أجهزة إنترنت الأشياء. ما يعنيه هذا عمليًا هو أن الأجهزة تحتاج إلى استخدام كميات منخفضة جدًا من الطاقة ، الأمر الذي دفع بالعديد من قرارات تصميم أجهزة إنترنت الأشياء على مدار السنوات القليلة الماضية.
كيفية حصاد الطاقة
هناك العديد من الراسخين طرق حصاد الطاقة، بعضها قد يكون جديدًا عليك. مصادر الطاقة الأكثر شيوعًا هي الضوء والحرارة والاهتزاز والترددات الراديوية.
الطاقة الشمسية
يمكن للسيليكون متعدد الكريستالات أو الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تحويل الفوتونات إلى إلكترونات سيليكون بشكل أكثر كفاءة من خلايا الأغشية الرقيقة. فكر في آلة حاسبة صغيرة. أفضل استخدام للطاقة الشمسية هو شحن البطارية وليس الطاقة المباشرة.
الحرارية
تجمع الحصادات الكهروحرارية الحرارة من البيئة لاستغلال "تأثير سيبيك" الذي يولد الطاقة عند وضع معدنين مختلفين بالقرب من بعضهما البعض ولكن عند درجات حرارة مختلفة. يحدد حجم المولد الإخراج ، ويتم استخدامه بشكل أفضل ، كما تتوقع ، في البيئات الساخنة بالفعل مثل أنظمة التدفئة الصناعية.
كهربيضغطي كهربي إجهادي
تستخدم محولات الطاقة الكهروإجهادية الاهتزازات لتوليد الكهرباء وهذا هو سبب استخدامها غالبًا للكشف عن ضوضاء تحمل المحرك ، واهتزاز أجنحة الطائرة ، وأجزاء أخرى. الإخراج هنا كافٍ لتشغيل جهاز أو شحن البطاريات.
موجة تردد الراديو
يمكن لبعض أجهزة استقبال التردد اللاسلكي تحويل إشارات التردد اللاسلكي منخفضة التردد إلى خرج جهد كبير بشكل معقول. يمكن أيضًا إقرانه بمعالجات وأجهزة استشعار ووحدات راديو منخفضة الطاقة لنشر عقد حافة مستقلة عن الطاقة وخالية من البطارية.
حالات استخدام حصاد الطاقة
بالطبع ، هناك العديد من حالات استخدام إنترنت الأشياء لأجهزة استشعار الطاقة المنخفضة والمستقلة والأجهزة الطرفية الأخرى. وتشمل هذه التطبيقات المراقبة الصناعية ، وأتمتة المباني ، والشبكات الذكية ، والزراعة ، وتطبيقات الدفاع.
دعونا نلقي نظرة عن كثب على البعض الآخر.
الأجهزة القابلة للارتداء
أحد الاستخدامات الواعدة التي يواجهها المستهلك لحصاد الطاقة الكهروإجهادية هي الأجهزة القابلة للارتداء. يقال إن الباحثين في جامعة ميشيغان طوروا جهازًا يجمع الطاقة من دقات القلب ويستخدم هذه الطاقة لتشغيل منظم ضربات القلب أو مزيل الرجفان المزروع ، وهو تطبيق ممتاز لـ IoT Healthcare. كما يتم البحث في تحويل الترددات الراديوية في أجهزة الرعاية الصحية القابلة للارتداء ، وذلك بشكل أساسي لإعادة شحن البطاريات في أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة التحفيز الكهربائي للأعصاب عبر الجلد (TENS). محطات شحن لاسلكي للمرضى في كل مكان!
يقوم جهاز استشعار في المراحل التجريبية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتجميع الموجات الصوتية لتشغيل مستشعرات الحالة البيولوجية على الأشخاص.
تكييف مركزي
الحالات في HVAC و Smart Building لا حدود لها إلى حد كبير. يمكن أن تعيش الألواح الشمسية بشكل كبير على أسطح المباني لتشغيل الكثير من أنظمة إنترنت الأشياء ، ويمكن للمولدات التي تعمل بالاهتزازات والحركة على الأبواب والأرضيات تشغيل مستشعرات الإشغال وغيرها من أجهزة تتبع الأشخاص.
في إحدى الحالات التجريبية ، ورد أن مختبرات أوك ريدج الوطنية طورت مولدًا كهربيًا حراريًا يستخدم ناتئًا ثنائي المعدن يتحرك بين الأسطح الساخنة والباردة ويمكنه تبريد الأجهزة والأنظمة الإلكترونية من جميع الأنواع مع استمرار توليد الطاقة.
IIoT
أخيرًا ، فإن أكثر مناطق نشر حصاد الطاقة المطلوبة والواعدة هي الحالات الصناعية النائية والمتنقلة. تحتاج المزارع الذكية البعيدة ، مع مئات المستشعرات المنتشرة عبر آلاف الأفدنة ، على بعد أميال من أي مصدر طاقة ، إلى أن تكون قادرة على الاعتماد على تلك المستشعرات لتظل تعمل بالطاقة إلى أجل غير مسمى لأنها لا تستطيع تحمل تكلفة إرسال تيار لا نهاية له من البطاريات إلى الميدان .
وبالمثل ، فإن سلسلة التوريد المتنقلة ، بحكم تعريفها ، في حالة حركة ، وتحتاج هذه المستشعرات إلى البقاء على قيد الحياة والبقاء مدعومًا لأشهر على الطريق من المنجم إلى المصفاة إلى المصنع إلى المستودع للمستخدمين النهائيين. لحل هذه المشكلة ، يستخدم بعض المصنّعين مستشعرات كهرضغطية لتسخير حركة المحيط والسكك الحديدية والشاحنة. وبالمثل ، يعتبر الشحن بالطاقة الشمسية حلاً ممكنًا.
على أي حال ، يتم فقدان المزيد من الطاقة من النظام العالمي أكثر مما يمكننا تسخيره. ولكن يمكننا أن نفعل ما هو أفضل.
أفلاطون. Web3 مُعاد تصوره. تضخيم ذكاء البيانات.
انقر هنا للوصول.
المصدر: https://www.iotforall.com/where-energy-harvesting-can-have-the-most-impact
