Công nghệ vi sóng - Công nghệ thu thập năng lượng giúp cung cấp năng lượng cho các thiết bị IoT

Trong một thời gian dài, thị trường khổng lồ được hình thành bởi IoT và số lượng lớn hàng tỷ thiết bị đã dần trở nên nổi tiếng. Trong khi đó, ngày càng có nhiều thiết bị IoT di động và nguồn điện có dây không phải là giải pháp lâu dài. Khi thị trường IoT tiếp tục bùng nổ, cách thức cung cấp năng lượng cho các thiết bị và các vấn đề về pin đang trở thành những thách thức mới.

Hãy tưởng tượng chúng ta có một tỷ thiết bị IoT, mỗi thiết bị có tuổi thọ pin 3 năm. Điều này có nghĩa là trung bình gần một triệu pin cần được thay thế mỗi ngày, gây căng thẳng về chi phí, nguy cơ môi trường và nhiều vấn đề khác. Vì vậy, có cách nào mới để cung cấp năng lượng có thể làm giảm bớt hiện tượng này không?

Ở đâu có ánh sáng, ở đó có năng lượng và năng lượng quang điện (năng lượng mặt trời) được sử dụng rộng rãi. Trong khi đó, nhiều công nghệ quang điện liên tục đạt được tiến bộ, chẳng hạn như các tấm pin mặt trời lớn và các tế bào quang điện nhỏ hơn được sử dụng trong các sản phẩm như máy tính.

Ngoài ra, công nghệ pin mặt trời hữu cơ cũng hứa hẹn sẽ được thương mại hóa trong tương lai, mang lại hiệu suất tương đương hoặc thậm chí tốt hơn. Một số vật liệu mới cũng có các tính năng như chất nền linh hoạt và hình dạng tùy chỉnh có thể được tùy chỉnh và in trên nhựa dẻo hoặc các vật liệu khác để thêm các mô-đun PV mới cho các thiết kế công nghiệp hiện có.

Năng lượng được thu thập bởi năng lượng mặt trời có liên quan đến các yếu tố khác nhau như cường độ ánh sáng và vật liệu quang điện. Các công nghệ khác nhau thu thập các giá trị năng lượng khác nhau từ một đơn vị diện tích ở các mức độ ánh sáng khác nhau và giá của vật liệu cũng khác nhau. Do đó, việc thu thập năng lượng quang điện đòi hỏi phải xem xét môi trường ánh sáng, diện tích có sẵn và giới hạn ngân sách.

Máy tính nhỏ là một loại sản phẩm điện tử rất quen thuộc, nhưng ít người biết là, từ 100 năm trước, máy tính "lúc đó, cũng đã bắt đầu dựa vào thu thập năng lượng cơ học để vận hành.

Trong việc thu thập năng lượng cơ học, chúng tôi sử dụng chuyển động cơ học để di chuyển các cực từ trong cuộn dây, tạo ra một vụ nổ năng lượng và sau đó thu giữ năng lượng đó để truyền không dây. Với cơ chế chuyển động thu thập và giải phóng năng lượng, chúng ta có thể sử dụng năng lượng để sản xuất thay vì lưu trữ nó trong pin.

Tuy nhiên, việc thu thập năng lượng cơ học phải có yếu tố thu thập tương ứng. Kích thước của một phần tử thường cần 3 cm vuông và chiều cao có thể nhỏ hơn 1 cm. Làm thế nào để tích hợp các thành phần để đáp ứng các yêu cầu năng lượng của thiết bị là điều chúng ta cần xem xét đầy đủ.

Thu thập năng lượng nhiệt có thể là một kỹ thuật mà mọi người không quen thuộc. Trong một thiết bị nhiệt điện, điện áp được tạo ra tương ứng khi các nhiệt độ khác nhau được đặt cạnh nhau. Sử dụng điện áp chuyển đổi chênh lệch nhiệt độ này, chúng ta có thể thu thập năng lượng nhiệt.

Cụ thể, trong một máy phát nhiệt điện, chúng tôi làm nóng một đầu của máy phát trong khi vẫn giữ đầu kia ở nhiệt độ thấp, do đó có sự khác biệt về tiềm năng trong mạch; Các mạch tăng áp sau đó được sử dụng để tăng điện áp để đáp ứng các yêu cầu hoạt động của mạch tích hợp. Dựa trên nguyên tắc này, Atmosic đã hợp tác với một công ty để phát triển một chiếc đồng hồ thu nhiệt có thể hỗ trợ đầy đủ các chức năng cơ bản của đồng hồ một cách độc lập bằng cách thu thập nhiệt từ cổ tay.

Điều quan trọng cần lưu ý là trong bộ sưu tập năng lượng nhiệt, chúng ta không chỉ cần nguồn nhiệt mà còn cần tản nhiệt để tạo ra sự khác biệt về nhiệt độ. Bởi vì nhiệt phải tiếp tục chảy qua thiết bị để tạo ra dòng điện và năng lượng liên tục.

Đối với các nguồn RF có chu kỳ nhiệm vụ 100%, công suất lý thuyết tối đa có thể thu được giảm nhanh chóng khi khoảng cách di chuyển tăng lên. Khi khoảng cách di chuyển vượt quá một mét, ngay cả năng lượng ban đầu có sẵn cũng nhỏ hơn 100 microwatt ở 2,4 GHz. Ngoài ra, hiệu quả của bộ sưu tập và lưu trữ phải được xem xét. Khi băng tần chuyển sang 915 MHz, thiết bị có thể thu thập năng lượng ở mức cao hơn và có thể thu thập năng lượng ở khoảng cách hai hoặc ba mét hoặc thậm chí năm hoặc sáu mét.

Không giống như các phương pháp thu thập năng lượng khác, thu thập năng lượng RF cũng đòi hỏi phải xem xét các quy định truyền thông của từng khu vực, bao gồm tần số có sẵn, công suất đầu ra tối đa, v.v. Những hạn chế này thực sự ảnh hưởng đến lượng năng lượng có thể được thu thập. Ví dụ, châu Âu có những hạn chế nghiêm ngặt hơn so với Bắc Mỹ và Nhật Bản, vì vậy họ thường chỉ nhận được 10dB năng lượng thấp hơn bình thường.

Là nhà đổi mới toàn cầu trong công nghệ không dây Internet of Things (IoT) công suất cực thấp, Atmosic đã phát triển ba công nghệ tiên tiến: tần số vô tuyến cực thấp, đánh thức tần số vô tuyến và thu thập năng lượng có kiểm soát để đạt được mức tiêu thụ điện năng tối thiểu và giảm hoàn toàn sự phụ thuộc vào pin của các ứng dụng IoT. Ví dụ, chúng ta có thể áp dụng công nghệ đánh thức tần số vô tuyến trong thẻ bảo mật để nó chỉ được kích hoạt khi ở gần đầu đọc thẻ. Xác định đánh thức bằng tần số vô tuyến cũng có thể làm cho thiết bị chỉ hoạt động khi cần thu thập năng lượng; Hoặc dựa vào việc đặt thiết bị vào hộp đặc biệt hoặc gần nguồn tín hiệu để sạc thiết bị khi nó không hoạt động.

Tất nhiên, thu thập năng lượng không phải là một lộ trình kỹ thuật "tất cả hoặc không có gì". Chúng ta vẫn có thể kết hợp công nghệ pin với công nghệ thu thập năng lượng, trước tiên sử dụng năng lượng thu được thông qua bộ quản lý năng lượng, tiếp tục tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng và kéo dài tuổi thọ của pin; Trong một số trường hợp cũng có thể chỉ sử dụng năng lượng thu thập được, hoàn toàn thoát khỏi sự phụ thuộc vào pin.

Atmosic đã thiết kế chip Bluetooth 5.0 công suất cực thấp tập trung vào các ứng dụng thu thập năng lượng. Nó có nhiều tính năng giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng, chẳng hạn như bộ thu đánh thức linh hoạt độc lập, cho phép chip đánh thức chỉ khi nhận được tín hiệu RF cụ thể, do đó duy trì mức tiêu thụ năng lượng thấp; Và các đơn vị quản lý năng lượng tích hợp có thể thu thập và quản lý nhiều loại đầu vào năng lượng và thậm chí cho phép sử dụng pin "vĩnh viễn" trong các điều kiện nhất định.

Cuối cùng, công nghệ thu thập năng lượng được kiểm soát do Atmosic cung cấp cung cấp nhiều giải pháp cho các vấn đề về pin và chi phí cho IoT và các thiết bị khác. Có nhiều loại kỹ thuật thu thập năng lượng để lựa chọn, nhưng chúng không phải là thuốc chữa bách bệnh. Chúng ta vẫn cần hiểu sâu hơn về môi trường và các ứng dụng cụ thể mà chúng ta đang sống, kết hợp các khía cạnh của ngân sách và mục tiêu và chọn giải pháp phù hợp nhất dựa trên điều kiện.