De levensduur van de batterij op edge-apparaten is een van de beperkende factoren bij het beheer van de levenscyclus van IoT-apparaten. Een oplossing is om energie uit de omgeving rond het apparaat te halen en de batterijen op te laden of direct van stroom te voorzien. 

Een fundamenteel probleem is dat de technologie voor het oogsten van energie niet echt veel energie kan leveren met de huidige technologie. Zelfs zon en wind zijn alleen duurzaam in onbetaalbaar grote vormfactoren en zijn niet erg bruikbaar als ze worden verkleind tot IoT-apparaatgroottes. Wat dit in de praktijk betekent, is dat apparaten zeer lage hoeveelheden energie moeten gebruiken, wat de afgelopen jaren veel van de beslissingen over het ontwerp van IoT-hardware heeft gedreven.

Hoe energie te oogsten?

Er zijn verschillende gevestigde methoden voor het oogsten van energie, waarvan sommige misschien nieuw voor u zijn. De meest voorkomende energiebronnen zijn licht, warmte, trillingen en radiofrequentie.

Zonne

Polykristallijn silicium of dunnefilmzonnecellen kunnen fotonen efficiënter omzetten in siliciumelektronen dan dunnefilmcellen. Denk aan een kleine rekenmachine. Zonne-energie wordt het best gebruikt voor het opladen van batterijen, niet voor directe stroom. 

Thermo-elektrisch

Thermo-elektrische oogstmachines verzamelen warmte uit de omgeving om het "Seebeck-effect" te benutten dat energie genereert wanneer twee verschillende metalen dicht bij elkaar worden geplaatst, maar bij verschillende temperaturen. De grootte van de generator bepaalt de output en ze kunnen het best worden gebruikt, zoals je zou verwachten, in toch al warme omgevingen zoals industriële verwarmingssystemen.

piëzo-electrisch

Piëzo-elektrische transducers gebruiken trillingen om elektriciteit op te wekken. Daarom worden ze vaak gebruikt om motorlagergeluid, trillingen van vliegtuigvleugels en op andere onderdelen te detecteren. De output is hier voldoende om een ​​apparaat van stroom te voorzien of batterijen op te laden. 

Radiofrequentie

Sommige radiofrequentie-ontvangers kunnen laagfrequente RF-signalen omzetten in een redelijk significante uitgangsspanning. Het kan ook worden gecombineerd met energiezuinige processors, sensoren en radiomodules om stroomonafhankelijke en batterijvrije edge-nodes in te zetten.

Gebruiksscenario's voor het oogsten van energie

Natuurlijk zijn er veel IoT-gebruiksscenario's voor low-power, onafhankelijke stroomsensoren en andere edge-apparaten. Deze omvatten industriële monitoring, gebouwautomatisering, smart grid, landbouw en defensietoepassingen.

Laten we een paar andere nader bekijken.

Wearables

Een van de meest veelbelovende consumentengerichte toepassingen voor het oogsten van piëzo-elektrische energie is in wearables. Onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben naar verluidt een apparaat ontwikkeld dat energie uit hartslagen haalt en die energie gebruikt om een ​​pacemaker of een geïmplanteerde defibrillator te laten werken, een uitstekende toepassing voor IoT Healthcare. Radiofrequentieconversie wordt ook onderzocht in wearables voor de gezondheidszorg, voornamelijk om de batterijen op te laden in pacemakers en transcutane elektrische zenuwstimulatie (TENS)-apparaten. Draadloze patiëntenlaadstations in elke walk-in!

Een sensor in de experimentele stadia van MIT zou geluidsgolven oogsten om biologische statussensoren op mensen aan te sturen. 

HVAC

De gevallen in HVAC en Smart Building zijn vrij grenzeloos. Zonnepanelen kunnen groot leven op daken van gebouwen om veel IoT-systemen van stroom te voorzien, trillings- en bewegingsgedreven generatoren op deuren en vloeren kunnen bezettingssensoren en andere apparaten voor het volgen van mensen van stroom voorzien. 

In een experimenteel geval heeft Oak Ridge National Laboratories naar verluidt een pyro-elektrische generator ontwikkeld die een bimetalen cantilever gebruikt die tussen warme en koude oppervlakken beweegt en elektronische apparaten en systemen van alle soorten zou kunnen koelen terwijl ze nog steeds energie opwekken. 

IIoT

Ten slotte is het meest noodzakelijke en veelbelovende inzetgebied voor het oogsten van energie afgelegen en mobiele industriële gevallen. Wijdverbreide Smart Farms, met honderden sensoren verspreid over duizenden hectares, mijlen van elke stroombron, moeten op die sensoren kunnen vertrouwen om voor onbepaalde tijd van stroom te blijven, omdat ze het zich redelijkerwijs niet kunnen veroorloven om een ​​eindeloze stroom batterijen naar het veld te sturen . 

Evenzo is de mobiele toeleveringsketen per definitie in beweging, en die sensoren moeten overleven en maandenlang van stroom blijven voorzien op de weg van de mijn naar de raffinaderij naar de fabriek naar het magazijn naar de eindgebruikers. Om dit op te lossen, gebruiken sommige makers piëzo-elektrische sensoren om de beweging, het spoor en de vrachtwagen van de oceaan te benutten. Evenzo is opladen via zonne-energie een mogelijke oplossing. 

In ieder geval gaat er meer energie uit het systeem van de wereld verloren dan we ooit zouden kunnen benutten. Maar we kunnen beter. 

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://www.iotforall.com/where-energy-harvesting-can-have-the-most-impact