能量收集不僅在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有需要，高功率能量收集也很有前景

一位分析師稱，播下能量收集的種子需要一段時(shí)間。雖然許多行業(yè)的焦點(diǎn)可能集中在為物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 提供動(dòng)力上，但能源收集的未來可能更大。

“如今的能量收集不僅僅適用于物聯(lián)網(wǎng)的低功耗應(yīng)用?！盜DTechx 董事長 Peter Harrop 說，它的使用量高達(dá)兆瓦級(jí)?！拔⑼叩胶镣叩牡湍芰渴占荒苋〉糜邢薜某晒??！?

Harrop 說，實(shí)際上在測(cè)試或市場(chǎng)上獲得的能量為大型設(shè)備提供動(dòng)力，例如工程車輛、船只和飛機(jī)。低功耗市場(chǎng)是一項(xiàng)價(jià)值 1 億美元的業(yè)務(wù)，但仍然沒有取得巨大成功;Harrop 聲稱，即使低功率能量收集有它的日子，它也只占高功率設(shè)備業(yè)務(wù)的百分之一。

大功率設(shè)備，尤其是工業(yè)市場(chǎng)中的大功率設(shè)備，通常是早期采用者，因?yàn)?OEM 和客戶公司具有降低購買新技術(shù)成本的數(shù)量/定價(jià)能力。此外，工業(yè)設(shè)備通常無法訪問，并且需要不需要大量監(jiān)控的電源管理。

目前有幾種形式的能量收集可用或正在研究中：光伏、壓電或振動(dòng)收集、射頻/近場(chǎng)以及熱電或熱差收集。Harrop 建議，雖然熱電目前在能量收集競(jìng)爭(zhēng)者的陣容中排名第四，但它很快就會(huì)超過壓電電源。

“壓電材料作為傳感器和換能器非常出色，但在發(fā)電方面有很多違背承諾，”他說，并補(bǔ)充說基于陶瓷的壓電材料經(jīng)常在張力下破裂。“熱電體沒有移動(dòng)部件，它們幾乎可以永遠(yuǎn)使用。它們已被用于為遠(yuǎn)程石油碼頭和管道上的傳感器供電。它們正準(zhǔn)備用于混合動(dòng)力汽車[在日本]，可以在汽車的排氣管上產(chǎn)生一千瓦或更多的電力?！?

北卡羅來納州立大學(xué)高級(jí)自供電集成傳感器技術(shù)系統(tǒng)中心(ASSIST) 的研究人員正在研究非高溫下的熱收集，以用于更廣泛的應(yīng)用。該實(shí)驗(yàn)室的行業(yè)聯(lián)絡(luò)人湯姆·斯奈德(Tom Snyder)表示，該領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)之一是保持熱電系統(tǒng)與其所在設(shè)備之間的適當(dāng)溫差。

“我們想要一些薄的東西，所以我們需要在設(shè)備上的散熱和尋冷方面取得一些進(jìn)步。我們正在那里做一些研究，但還有很長的路要走，”他說。

德州儀器 (TI) 工程師 Ajith Amerasekera 表示，能量收集的效率仍然普遍較低，為 10%-50%。工業(yè)領(lǐng)域的光伏受到與高壓平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)器和逆變器效率低下相關(guān)的問題的困擾，而熱電的溫差通常過低。

“你只能得到實(shí)際能量的百分之幾，”Amerasekera 說。“最大的挑戰(zhàn)是當(dāng)我們將能量輸送到組件時(shí)不要浪費(fèi)任何能量?！?

為了提高效率，TI 已將低功耗 FRAM 集成到其微控制器中。低功耗存儲(chǔ)器允許較低的占空比，可以支持各種能量收集方法。

Imec 項(xiàng)目主管 Kathleen Philips 表示，電子設(shè)備或天線與收割機(jī)之間的阻抗匹配是另一個(gè)挑戰(zhàn)。OEM 需要為收割機(jī)定制電子設(shè)備，反之亦然，以利用

飛利浦和 Amerasekera 指出多模式采集是能量采集采用的驅(qū)動(dòng)力。開發(fā)多模式收割機(jī)也面臨著挑戰(zhàn)。

“這就是雞(和)蛋的東西：要么你讓收割機(jī)非常具體，但它的市場(chǎng)太小，要么非常昂貴，”飛利浦說。“或者它更加模塊化，因此性能下降。我相信多模式至少是達(dá)到正確成本點(diǎn)的重要方式。也許從那里，市場(chǎng)開始增長，你可以獲得更高的效率。”

“[ASSIST] 也在研究混合系統(tǒng);將光伏安裝在熱電元件上是一個(gè)有趣的選擇，”NCSU 的 Snyder 說。“兩者都提供直流輸出，所以如果你能制造出一個(gè)也可以作為熱同步的光伏電池，也許你可以進(jìn)行多模式采集?！?

Imec 最近展示了一種振動(dòng)采集技術(shù)，該技術(shù)還可以對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行分析，進(jìn)一步將工業(yè)帶入物聯(lián)網(wǎng)。Amerasekera 對(duì)能量收集的未來充滿希望。

“在這個(gè)萬億傳感器世界中，我們必須解決其中一些能源問題，”他說，并補(bǔ)充說麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校等大學(xué)正在進(jìn)行大量研究?！拔覀兿Ｍ_(dá)到這一點(diǎn)，至少結(jié)合能量收集和存儲(chǔ)，我們可以在不給電池充電的情況下達(dá)到 10 年的使用壽命?！?