منبع جریان
نحوه شبیه سازی منبع جریان کنترل شده با ولتاژ دو سر
اسفند ۱۹, ۱۳۹۸
آموزش تقویت توان خروجی محرک جریان op-amp
اسفند ۲۷, ۱۳۹۸
برداشت انرژی

آیا برداشت انرژی می تواند به رشد IoT کمک کند؟

در این مقاله قصد داریم تا برای شما از برداشت انرژی توضیح دهیم و شما پس از خواندن این مقاله خواهید دانست که شما با استفاده از برداشت انرژی، چه کارهایی می توانید انجام دهید.

شما با خواندن این مطلب، درک خواهید کرد که چگونه برداشت انرژی می تواند به رشد IoT کمک کند و باعث پیشرفت دنیای سبز و تکنولوژی شود.

با رشد سریع اطلاعات در مورد بسیاری از چیزهای اطراف ما، از لامپ ها، لوازم خانگی و اتومبیل گرفته تا سنسورهای پزشکی، ماشین آلات صنعتی و حتی کل شهرها، شما به وضوح شاهد اینترنت اشیا یا به انگلیسی Internet of Things و یا مخفف آن IoT هستید.

تعداد دستگاه های IoT متصل، پیش بینی می شود تا سال ۲۰۲۰ به ۲۰.۴ میلیارد دلار برسد، یعنی برابر با چندین برابر بیشتر از انسان هایی که در حال حاضر روی کره زمین زندگی می کنند.

یکی از این چالش ها، صرفه جویی در مصرف این میلیارد ها دستگاهIoT  است که بدون در نظر گرفتن موقعیت و کاربرد آن ها است.

هزینه و منابع انسانی لازم برای تعویض باتری مطمئنا وجود دارد و همچنین تاثیر آن بر محیط کلیه نیازهای انرژی اضافه شده که باید چنین دستگاه هایی مورد توجه قرار گیرد.

راه حلی که اکنون می تواند با این محدودیت ها مقابله کند، برداشت انرژی است.

با استفاده از فناوری برداشت انرژی، انرژی از محیط اطراف گرفته می شود و به برق تبدیل می شود.

فناوری برداشت انرژی می تواند از چندین منبع نظیر نور محیط، لرزش و گرما تامین شود و اگر چنین انرژی هایی وجود نداشته باشد، مطمئنا کار نخواهد کرد.

هدف از برداشت انرژی تولید مقادیر زیادی از انرژی نیست، بلکه برای مقابله با مقادیر اندک در هر کجا که می توان آن ها را یافت، است.

به عنوان مثال، از نور محیط، بسته به اینکه منبع نور در فضای باز یا داخلی باشد، معمولا بین ۱۰ مگاوات بر سانتیمتر مربع و ۱۰ میلی وات بر سانتیمتر مربع است.

برداشت انرژی

 

برداشت انرژی به چه صورت است؟

انرژی حاصل از حرکت به ترتیب از ۴μW / cm2 به ۱۰۰μW / cm2 است و دوباره به منابعی که ما در اختیار داریم، بستگی دارد.

به طور مشابه، انرژی حرارتی که می تواند از بدن انسان بیرون بیاید، در حدود ۳۰μW / cm2 و از RF در حدود ۰.۱μW / cm2 است.

به عبارتی ساده، برداشت انرژی باعث می شود تا تجارت به خوبی از قدرت اینترنت اشیا و یا همان Internet of Things استفاده کند در حالی که پس انداز و وقت دیگری را که در باتری ها هدر داده می شود، در خود جمع می کند و بعدا از آن تغذیه می شود.

طبق تحقیقات شرکت IDTechEx، تجارت سالانه برداشت انرژی در سراسر جهان تا سال ۲۰۲۲ باید از ۵ میلیارد دلار عبور کند اما با توجه به مسیر رشد پیش بینی، آیا تا به حال از خود پرسیده اید که چگونه فناوری برداشت انرژی شکل می گیرد؟

بلوک های ساختمان سیستم برداشت انرژی

در اصل، برداشت انرژی یک فرآیند سه مرحله ای است که شامل مراحل جمع آوری، تهویه و ذخیره سازی است.

یک مبدل انرژی را از منابعی نظیر نور محیط، گرما، لرزش، فشار، RF، و غیره جذب می کند و انرژی الکتریکی را استخراج می کند.

در مرحله بعد، یک مدیریت انرژی IC ولتاژ الکتریکی ورودی را متناسب با بار قبل از انتقال آن به یک دستگاه ذخیره سازی متصل می کند که به عنوان یک بافر بین توان کم، منبع انرژی متناوب اولیه، قدرت زیاد و بار مداوم عمل می کند.

بسته به منبع انرژی اولیه، سیستم های برداشت انرژی از انواع مبدل استفاده می کنند.

به عنوان مثال، برداشت کننده انرژی photovoltaic انرژی نور، چه از بیرون از منزل و چه در خارج از منزل را جذب می کند تا باتری ها را از برنامه های مصرفی و صنعتی استفاده کند.

به همین ترتیب، مبدل های پیزو الکتریک وقتی فشار مکانیکی یا فشار وارد می شوند، ولتاژ ایجاد می کنند.

این مبدل ها با وجود لرزش های اطراف ما در اتومبیل ها، هواپیماها، تجهیزات اتوماسیون و حتی بدن انسان، قدرت اضافه کردن انرژی به دستگاه های IoT را دارند.

با استفاده از گرمای زباله، مبدل های حرارتی در صورت ایجاد اختلاف دیفرانسیل دما در محل اتصال دو فلز متفاوت از طریق پدیده ای معروف به نام Seebeck ایجاد می شوند.

ماژول برداشت حرارتی Micropelt TE-CORE به منظور جذب گرمای زباله محلی و تبدیل آن به برق طراحی شده است.

با استفاده از دیفرانسیل دما از ۱۰ درجه سانتیگراد، خروجی قابل تنظیم را بین ۱.۸ ولت و ۴.۵ ولت فراهم می کند.

برداشت انرژی

روش های برداشت انرژی

مدیریت قدرت برداشت انرژی

برای انرژی جمع آوری شده و تامین انرژی پایدار در بار متصل، دستگاه برداشت انرژی باید نوعی از مدار مجتمع مدیریت نیرو (PMIC) را شامل شود.

از طریق این تراشه، سلول های خورشیدی جمع و جور در شرایط روشنایی کم تقریبا ۱۰۰ لیتر می توانند قدرت کافی برای اجرای دستگاه های IoT را فراهم کنند.

 

برداشت انرژی

همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، با استفاده از کنترل سوئیچ داخلی، قدرت تولید شده در یک خازن خروجی را ذخیره می کند.

اگر قدرت سلول های خورشیدی برای بار متصل کافی نباشد، منبع تغذیه را از محل ذخیره باتری تکمیل می کند و از آن به اصطلاح برداشت انرژی انجام می دهد.

LTC3588-2 از Linear Technology یکی دیگر از PMIC در زمینه برداشت انرژی است که به منظور ارتباط مستقیم با مبدل های پیزو الکتریک، خورشیدی یا مغناطیسی طراحی شده است.

این PMIC می تواند شکل موج ولتاژ را اصلاح کند و انرژی برداشت شده را در یک خازن خارجی ذخیره کند.

با این کار باعث می شود در هنگام تنظیم ولتاژ خروجی با استفاده از یک رگولاتور همزمان سنکرون با راندمان بالا، قدرت اضافی را از طریق یک رگولاتور شنت داخلی خاموش کند.

با چهار ولتاژ خروجی قابل انتخاب ۳.۴۵ ولت، ۴.۱ ولت، ۴.۵ ولت و ۵.۰ ولت، می تواند تا ۱۰۰ میلی آمپر جریان خروجی مداوم را تامین کند.

برای تهیه OVP، تراشه شامل یک محافظ ورودی است که در ۲۰ ولت تنظیم شده است.

سنسورهای فشار تایر و ردیابی دارایی های موبایل از جمله کاربردهای محبوب آن هستند.

این تراشه در بسته بندی ۱۲ پین UTDFN تهیه شده است که برای منابع ضعیف تنظیم شده و مانند مواردی که معمولا در سناریوهای برداشت انرژی یافت می شود، بهینه شده و سطح ولتاژ آن نیز ۰.۷۵ ولت است.

در حالی که مقادیر خروجی از ۱μW تا ۱۰۰mW است، MAX17710 همچنین شامل یک تنظیم کننده داخلی برای محافظت در برابر شارژ بیش از حد است.

ولتاژهای خروجی عرضه شده به برنامه های هدف با استفاده از تنظیم کننده خطی کم رها (LDO) با ولتاژهای قابل انتخاب ۳.۳ ولت، ۲.۳ ولت، یا ۱.۸ ولت تنظیم می شود.

 

برداشت انرژی

تنظیم کننده خروجی در حالت های کم توان یا فوق العاده کم قدرت انتخاب می شود تا تخلیه سلول به حداقل برسد.

انرژی تمام وقت

ابررساناها به دلیل وجود ظرفیت بالای ذخیره انرژی قدرت پایداری را برای بارهای مداوم در دستگاه های وابسته به برداشت انرژی فراهم می کنند.

این ابررساناها با داشتن ظرفیت ۳۵mF، با ولتاژ ۴.۵ ولت و مقاومت الکتریکی استاتیک ۳۰۰mΩ (ESR) در یک بسته ۲۰ میلی متر x 0.4mm است که این ابررساناها برای کاربردهایی با فضای محدود و عمر باتری مناسب هستند.

تولید محصولات جدید

EZ430-RF2500-SHE یک ابزاری است که برای توسعه انرژی خورشیدی از شرکت تگزاس اینسترومنت است که مهندسان طراح را قادر می سازد تا یک شبکه حسگر بی سیم با قدرت دائمی ایجاد و آزمایش کنند.

این ابزار که توسط یک MCU با انرژی کم مصرف هدایت می شود، شامل یک پنل خورشیدی با راندمان بالا است که انرژی کافی را برای اجرای یک حسگر بی سیم و بدون نیاز به باتری اضافی، حتی در شرایط روشنایی داخلی، فراهم می کند.

ارائه محصول برای برداشت انرژی، مدیریت انرژی و ذخیره سازی در یک بسته به نام To Go Kit امکان پذیر است.

این کیت شامل یک سلول خورشیدی (۳۲ میلی متر در ۵۰ میلی متر) و یک گرما ساز (۴۰ میلی متر در ۴۰ میلی متر) به عنوان دو منبع برداشت انرژی است و همراه با یک هسته MCU بزرگ و قوی و EFM32 با استفاده از یک هسته ۴۸MHz ARM Cortex ™ M3 است.

محققان با توجه به فن آوری های برداشت انرژی، مشغول کشف امکانات کاربردهای جدید هستند.

در چنین حالتی، دانشمندان دانشگاه میشیگان با ساختن دستگاهی که از ضربان قلب انسان انرژی می گیرد، به اوج این فناوری رسیده اند و از این طریق می توانند یک ضربان ساز یا یک دستگاه ضعف کننده کاشته شده را جذب کنند.

این پیشرفت به طور فوق العاده می تواند خطر و زحمت ناشی از تعویض باتری های دوره ای را برای دستگاه های مهم پزشکی از بین ببرد.

در همین راستا، محققان همچنین در حال تلاش هستند تا انرژی لازم را از گرما، حرکت و لرزش بدن خود به دست آورند تا نیازهای قدرت دستگاه های IoT قابل رشد را پشتیبانی کنند.

مطمئنا برداشت انرژی به صورت صحیح می تواند زندگی افراد را تحت تاثیر قرار دهد و باعث پیشرفت همگانی شود.

برداشت انرژی

تولید محصولات با انرژی خورشیدی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *