De qué forma podemos recolectar energía del ambiente para alimentar los dispositivos @SIGFOX

Entre muchos de los proyectos que estamos trabajando en IoTNet, uno de los que más nos interesa es la posibilidad de que los dispositivos IoT que envían mensajes ya no tengan que usar baterías sino que funcionen a través de la energía ambiental. De esta manera, los sensores y/u objetos tendrán vidas mucho más largas (alrededor de 50 años). A propósito de este proyecto , queremos compartir con ustedes la traducción de esta columna de Tim Kannegieter.

La recolección de energía es el término utilizado para describir los métodos para alimentar los dispositivos IoT no por la red o las baterías primarias sino usando los medios del entorno local. Las principales fuentes de energía ambiental son cuatro: fotovoltaicas, termoeléctricas, cinéticas y de radiofrecuencia. Estas son complementadas por la recolección de energía y por los sistemas de almacenamiento de energía.

Una idea errónea muy extendida es que la gente iguala el poder del barrido (la recolección de energía) con el de la vida perpetua y que, por esa razón, los dispositivos funcionarán para siempre. No es así porque todos los sistemas tienen sus limitaciones. Por ejemplo, una celda recargable alimentada por un panel solar morirá después de un período de tiempo o un número determinado de ciclos. De esta manera, el diseño inteligente de los sistemas de recolección de energía es importante y este puede, o no, incluir una batería.

Explicaremos ahora estas principales fuentes de energía local.

1. CINÉTICA

Los sistemas de recolección de energía cinética son impulsados ​​por el movimiento físico. Disponible dondequiera que algo se esté moviendo. Los ejemplos van desde fuentes de micro-energía (como interruptores con botones y relojes portátiles) hasta fuentes más extensas como el viento y el agua.

Las micro-fuentes producen un pequeño pico de energía que es suficiente para enviar una pequeña información. Las fuentes más grandes no tienen porqué ser la energía eólica tradicional o los sistemas hidroeléctricos. Desde una perspectiva del IOT, es posible crear dispositivos en miniatura que encajen dentro de las tuberías para alimentar un único dispositivo.

2. TERMOELÉCTRICA

Los sistemas de recolección de energía termoeléctrica están alimentados por las diferencias de temperatura, generalmente entre una fuente a una temperatura más alta o más baja y el medio ambiente. Las fuentes termoeléctricas están a menudo disponibles en entornos industriales que a menudo tienen, por ejemplo, tubos fríos o calientes. Incluso hay productos que pueden generar energía a partir de la diferencia entre la temperatura de la piel y el aire circundante para alimentar un dispositivo portátil.

3. SOLAR

La energía solar, también conocida como energía óptica, se ha utilizado durante mucho tiempo en muchas aplicaciones diferentes, porque la densidad de potencia que se puede generar a partir de una célula solar es razonablemente significativa para su tamaño. El principal desafío con la energía óptica es modelar qué tan grandes deben ser un panel solar y el sistema de almacenamiento de energía asociado para asegurarse de que un sistema IOT funcionará a través de variaciones naturales en los niveles de luz en el peor de los casos.

4. RADIOFRECUENCIAS

Tanto el sistema de recolección de energía de RF como la carga de inducción estrechamente relacionada, pueden extraer energía de las ondas de radio, de la misma manera que las viejas radios de cristal extraen suficiente energía de las emisiones de AM para escucharlas sin una masa. Sin embargo, este enfoque tiene la menor eficiencia de todas las técnicas de recolección, porque la cantidad de energía que debe ser transmitida con el fin de obtener un pequeño trocito de poder, incluso a una pequeña distancia, es enorme.

El ejemplo más útil de esta técnica es el uso de etiquetas RFID pasivas, que normalmente consisten en un chip pequeño y una antena muy delgada. Como la etiqueta RFID pasa a través de una puerta o un escáner, hay un intercambio de energía inalámbrica que es de rango muy corto. La razón principal que las etiquetas RFID pueden ser fabricadas por unos pocos centavos y durar tanto tiempo, es porque no tienen batería.

Desafíos de la ingeniería

El principal desafío de la ingeniería es saber cuándo es apropiado aplicar la recolección de energía. Hay un pequeño número de aplicaciones donde la recolección de energía tiene sentido como, por ejemplo, los interruptores y algunas células solares en los dispositivos que se visitan con regularidad.

Sin embargo, muchas personas caen en la trampa de incluir la recolección de energía en su diseño de IoT solo porque pueden hacerlo, cuando es un hecho que no tiene ningún sentido utilizarlo.

Por ejemplo: es posible tener un collar de seguimiento de perros cinéticamente cargado, pero una batería puede ser mucho más rentable.

Las posibles aplicaciones en las que la recolección de energía tiene sentido son:

  1. Factores inusuales (donde tienes que conseguir algo realmente delgado, tejido en la ropa, etc.)
  2. Aplicaciones masivas de implementación (donde no es comercialmente factible reemplazar o recargar baterías).
  3. Lugares inconvenientes (lugares a los que es realmente difícil de llegar).

Almacenamiento eléctrico

La gama de opciones de almacenamiento de energía van desde las baterías a través de súper-condensadores hasta las opciones de estado sólido. Los principales factores a tener en cuenta son la vida útil del ciclo (antes de que el componente tenga que ser reemplazado), la velocidad en la que se vuelve plana, la capacidad de almacenamiento total, y el tiempo que la carga está disponible para ejecutar la función del dispositivo IoT.

Las tecnologías de baterías recargables de alta densidad generalmente tienen un problema de auto-descarga y pueden ser difíciles de cargar usando las pequeñas fuentes de energía disponibles a través de algunas fuentes de recolección de energía. Las mejores capacidades sólo mantienen su carga durante un tiempo muy corto, pero proporcionan una alternativa en los contextos adecuados, particularmente cuando el dispositivo se está cargando/descargando con frecuencia.

Chips de recolección de energía

Muchos fabricantes ahora están fabricando soluciones basadas en chips que facilitan el diseño de un sistema de recolección de energía en un dispositivo IoT.

La selección correcta del chip de recolección de energía se relacionaría con la arquitectura general y el diseño del dispositivo IoT.”

Muy pronto les daremos mas noticias sobre esta tecnología………