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Energy harvesting: finalmente trovato il collegamento

Energy harvesting finalmente trovato il collegamento

Energy harvesting: Ovunque si guardi, gli ingegneri stanno escogitando innovativi modi per sfruttare le fonti energetiche non tradizionali per risolvere i problemi del mondo reale.

Maggiore sicurezza e accessibilità, minori costi di manutenzione e di efficienza energetica e la flessibilità del sistema sono solo alcuni dei vantaggi ottenibili con l'energy harvesting, senza fili di rilevamento e monitoraggio / controllo. L'elevato costo dell'energia, nuove normative governative e gli interessi ambientali hanno notevolmente aumentato la domanda per un uso più efficiente dell’energia, ovunque. Le tecnologie emergenti nel settore dell'energia alternativa e miglioramenti nell'utilizzo hanno le potenzialità per consentire performance migliori in mercati diversi. Inoltre, i nuovi prodotti che possono trarre vantaggio da queste nuove tecnologie rappresentano eccellenti opportunità di crescita sia nel breve che nel lungo termine.

Una vasta gamma di sensori industriali a bassa potenza e controllori si stanno rivolgendo a fonti alternative di energia come mezzo principale o supplementare per la fornitura di energia. Idealmente, tale "energy harvesting" eliminerà del tutto il bisogno di energia cablata o di batterie. Trasduttori che generano energia elettrica da fonti prontamente disponibili quali i differenziali di temperatura (generatori termoelettrici o Termopile), vibrazioni meccaniche (dispositivi piezoelettrici o elettromeccanici) e leggeri (dispositivi fotovoltaici) sono sempre valide fonti di energia per molte applicazioni. Numerosi sensori wireless, monitor da remoto, e altre applicazioni a bassa potenza sono sulla buona strada per diventare dispositivi di alimentazione "zero" utilizzando solo l'energy harvesting (comunemente denominato "Nanopower" da alcuni).

Sebbene l'energy harvesting sia emersa dagli inizi del 2000 (la sua fase embrionale), i progressi tecnologici recenti hanno spinto verso una redditività commerciale. In breve, nel 2010 siamo pronti per la fase di "crescita". Costruire applicazioni con sensori di automazione che utilizzano l'energy harvesting sono già stati distribuiti in Europa, dimostrando che la fase di crescita potrebbe essere già iniziata.

Energy harvesting: Le applicazioni esistenti dimostrano la redditività commerciale

Anche se il concetto di energy harvesting esiste da anni, l'attuazione di un sistema in un ambiente reale è stata difficile, complessa e costosa. Tuttavia, gli esempi di mercati in cui un approccio di energy harvesting sia stato utilizzato includono le infrastrutture di trasporto, dispositivi medici wireless, rilevamento della pressione , e, naturalmente, la building automation. Nel caso di building automation, sistemi quali sensori di presenza, termostati e interruttori della luce possono fare a meno dell’energia o il cablaggio di controllo normalmente richiesti e utilizzare un sistema di energia meccanica o di raccolta, invece. Questo approccio alternativo può anche ridurre i costi di manutenzione ordinaria normalmente associate ai sistemi cablati, oltre ad eliminare la necessità di cavi per l’installazione in primo luogo, o per la sostituzione della batteria nelle applicazioni wireless.

Allo stesso modo, una rete wireless che utilizza una tecnica di energy harvesting può collegarsi ad un numero qualsiasi di sensori in un edificio per ridurre riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) e costi di illuminazione spegnendosi in aree non essenziali quando l'edificio non ha occupanti. Inoltre, il costo dell'energy harvesting elettronica è spesso minore di quella a fili, per cui vi è chiaramente un guadagno economico con l'adozione di una tecnica ad energy harvesting.

Una tipica energia di configurazione o di sistema scavenging, (rappresentata dai quattro principali blocchi di sistema di circuito mostrato in figura 1 sotto), di solito è costituita da una fonte di energia libera, come un generatore termoelettrico (TEG) o termopila attaccato ad una fonte di calore, come un condotto di HVAC, per esempio. Questi piccoli dispositivi termoelettrici sono in grado di convertire piccole differenze di temperatura in energia elettrica. Questa energia elettrica può essere convertita da parte di un circuito di energy harvesting (il secondo blocco nella Figura 1) e modificata in una forma utilizzabile da circuiti di energia inferiori. Queste componenti elettroniche sono costituite da un qualche tipo di sensore, convertitore analogico-digitale e un microcontrollore a potenza bassissima (il terzo blocco nella Figura 1). Questi componenti possono prendere questa energy harvesting, ora in forma di corrente elettrica, ed attivare un sensore per effettuare una lettura o una misura e quindi rendere disponibili questi dati per la trasmissione di potenza tramite un ricetrasmettitore wireless ultralow - rappresentato dal quarto blocco nella catena di circuito mostrata nella Figura 1.

I quattro blocchi principali di un tipico sistema energetico-scavenging.
Figura 1. I quattro blocchi principali di un tipico sistema energetico-scavenging.

Ogni blocco di sistema di circuito in questa catena, con la possibile eccezione della sorgente di energia ha avuto il proprio insieme unico di vincoli che ne hanno compromesso la redditività commerciale fino ad ora. Sensori di potenza e basso costo e microcontrollori saranno disponibili a breve, tuttavia, è solo negli ultimi due anni che ricetrasmettitori con power ultralow sono diventati disponibili in commercio. Tuttavia, a ritardare in questa catena è stata l'energy harvesting insieme al power manager.

Le implementazioni esistenti del blocco del power manager sono una configurazione discreta di basso rendimento, in genere costituito da 35 componenti o più. tali disegni hanno bassa efficienza di conversione e alte correnti di stasi. Entrambe queste carenze risultato in termini di prestazioni in un sistema finale compromesso. L'efficienza di conversione bassa aumenta la quantità di tempo necessaria per alimentare un sistema, che a sua volta aumenta l'intervallo di tempo tra l'assunzione di un sensore di lettura e la trasmissione di questi dati. I limiti della corrente di stasi sono maggiori quanto più bassa è la fonte di energia che può essere raccolta in quanto deve superare il livello necessario per il funzionamento prima di poter utilizzare qualsiasi sovraccarico di alimentazione alle uscite. Infine, si richiede anche un alto grado di alimentazione analogica in modalità switch - cosa che scarseggia in tutto il mondo!

L'"anello mancante", se vogliamo, è stato un altamente integrato convertitore DC /DC che può raccogliere e gestire i surplus di energia da fonti di ingresso a bassa voltaggio.
Tuttavia, questo sta per cambiare, grazie ad un piccolo componente LTC3108
che permette un grande passo avanti all'energy harvesting.

 

 

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