Беспроводная связь упростила использование некоторых устройств в большем количестве мест. Камеры видеонаблюдения долгое время подключались к проводным сетям, но переход на беспроводные технологии позволил устанавливать их в гораздо большем количестве мест. Вся индустрия отслеживания активов и данных о перемещении была бы совершенно невозможна без беспроводных технологий с питанием от батарей.
Некоторые продукты, такие как дверные звонки и камеры, не имели бы успеха, если бы не могли подключаться по беспроводной связи и работать от батарей.
Использование батареек:
Батарейки представляют собой портативный источник питания, и поэтому они оказались невероятно полезными. За прошедшие десятилетия многие электронные устройства были миниатюризированы и потребляют все меньше и меньше энергии. Устройства, которые раньше требовали несколько относительно больших батареек типа D, теперь прекрасно работают от батареек типа AA или AAA. Некоторые из них теперь могут работать длительное время от батареек-таблеток.
Многие из этих устройств являются частью Интернета вещей (IoT): фитнес-трекеры, умные колонки, GPS-трекеры, системы управления дорожным движением, а также упомянутые выше камеры и дверные звонки.
Но батарейки разряжаются, и тогда их нужно утилизировать: перерабатывать или выбрасывать в мусор.
Недостатки батареек:
По данным Агентства по охране окружающей среды (EPA), отвечающего за мониторинг твердых отходов и потенциальных опасностей, связанных с отходами, в США ежегодно продается около 5 миллиардов сухих батареек. В Европе, по данным различных источников, ежегодно продается до 8 миллиардов батареек. Таким образом, каждый год выбрасывается несколько миллиардов сухих батареек.
Практически все типы батареек содержат токсичные материалы, но переработка батареек не всегда проста или дешева, поэтому их переработка во всем мире, в лучшем случае, непоследовательна. Например, по одной из оценок, в Европе перерабатывается только половина выброшенных батареек. Нынешний уровень отходов и загрязнения является нерациональным.
Тем временем в мире все больше и больше устройств Интернета вещей (IoT). По данным IoT Analytics, в 2022 году было развернуто 14,4 миллиарда устройств IoT, и компания ожидает, что к 2027 году это число удвоится. Как в домашних, так и в промышленных условиях, по мере увеличения количества устройств IoT растут и затраты на их замену, а также усилия, необходимые для их замены. В некоторых из новейших и наиболее амбициозных приложений Интернета вещей предлагается использовать большие массивы датчиков для управления деятельностью в огромных масштабах, от сельского хозяйства до промышленной автоматизации.
Источник: Phys.org
Сбор энергии:
Эти устройства Интернета вещей являются кандидатами на использование батарейного питания, но оказывается, многим оно может и не понадобиться. Некоторым датчикам требуется лишь ничтожно малое количество энергии, которую Вселенная предоставляет бесплатно.
В таких случаях сбор энергии становится привлекательным вариантом. Основная концепция заключается в том, чтобы улавливать энергию от какого-либо природного явления — в некоторых случаях, от нескольких источников энергии — и преобразовывать ее в электричество.
По определению, солнечная и ветровая энергия считаются сбором энергии. Оба источника могут достигать мегаватт, но для устройств Интернета вещей, находящихся на другом конце сети, потребность может измеряться милливаттами и даже микроваттами, а это значит, что можно учитывать множество других физических явлений.
Типы сбора энергии
. Фотоэлектрические системы (ФЭ) несомненно являются вариантом для сверхнизкопотребляющих устройств Интернета вещей. Классические фотоэлектрические элементы, такие же, как используются в солнечных панелях, остаются жизнеспособным вариантом, но разрабатываются альтернативные фотоэлектрические технологии, в том числе некоторые на основе искусственно созданных соединений, имитирующих фотосинтез.
Современные фотоэлектрические элементы обладают значительно улучшенной удельной мощностью и могут работать как на открытом воздухе, так и в помещении, заряжая батареи или суперконденсаторные блоки.
Термоэлектрические генераторы могут использовать мельчайшие перепады температур для получения микроватт энергии практически из любого источника, от промышленного оборудования до человеческого тела. В некоторых областях применения также может использоваться энергия переменного тока, создаваемого вибрациями.
Пьезоэлектрические материалы генерируют энергию при деформации. Применение таких методов сбора энергии может быть полезно в тех областях, где физическое движение практически постоянно, например, в автомобилях. Многие ведущие производители выключателей света для умных домов и зданий внедряют этот метод сбора пьезокинетической энергии в свои линейки мобильных выключателей света без батарей.
Другие используемые технологии сбора энергии включают высокотехнологичные стартапы, которые используют электрическую и магнитную индукцию для захвата относительно больших электрических полей для питания датчиков и радиоприемников в удаленных местах.
Источник: Обзор технологий сбора энергии для беспроводных сенсорных сетей
Энергия окружающей среды:
Производители сверхэкономичных IoT-устройств, которые хотят работать без батарей, обращаются к технологиям сбора энергии, отчасти потому, что отсутствует инфраструктура для питания таких устройств.
А что, если бы это существовало? Что, если бы существовало нечто похожее на беспроводную зарядку смартфонов, например, Qi, но с дальностью действия в метрах вместо сантиметров? Легкая доступность крошечных выпрямляющих антенн (ректенн) побудила некоторых исследователей изучать создание стандартизированных схем беспроводной передачи энергии.
В настоящее время разрабатывается несколько схем, которые, как правило, основаны на передаче радиочастот ниже 2,4 ГГц. В настоящее время устройства, наиболее близкие к коммерциализации, — это промышленные приложения для оборудования автоматизации производства, отслеживания складского оборудования, безбатарейных меток для учета активов и электронных ценников, поскольку эти среды позволяют устанавливать шлюзы для передачи радиочастотной энергии. Представьте себе будущее умного дома, если бы все маршрутизаторы и шлюзы для умных устройств также передавали радиочастотную энергию. Рынок вскоре мог бы быть наводнен электрическими зубными щетками, брелоками, клавиатурами, наушниками, компьютерными мышами и многим другим.
В перспективе
будущее Интернета вещей не сможет развиваться прогнозируемыми темпами, если он продолжит зависеть от батарей. Многие сценарии использования до сих пор не в полной мере используют его беспроводной потенциал: эксперты в этой области постоянно совершенствуют беспроводные батареи для IoT посредством партнерских программ, но фундаментальный источник питания нуждается в переосмыслении.
Кроме того, поскольку все больше компаний и правительств внедряют экологические стимулы, единственный путь вперед — это переосмысление батареи в том виде, в каком мы ее знаем.
Автор: Тристан Кул, менеджер по маркетингу продукции промышленного назначения, Silicon Labs.
