Συλλογή ενέργειας Rf

Υπάρχουν πολλές ασύρματες συσκευές που λειτουργούν σε όλο τον κόσμο, γεγονός που καθιστά τη ζωή των ανθρώπων εύκολη και άνετη με πολλούς τρόπους, αλλά όλες αυτές οι ασύρματες συσκευές πρέπει να φορτίζονται ξανά και ξανά για να τις χρησιμοποιούν. Αλλά τι γίνεται αν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ίδια ραδιοσυχνότητα που μεταφέρει δεδομένα, για τη φόρτιση των συσκευών. Αυτή η τεχνολογία θα μείωνε ή θα παραλείψει τη χρήση μπαταριών για την τροφοδοσία του κυκλώματος μέσα στη συσκευή. Η ιδέα είναι να συλλέξετε ενέργεια από τη ραδιοσυχνότητα χρησιμοποιώντας τις κεραίες αντί να παράγετε ενέργεια από κίνηση ή ηλιακή ενέργεια. Αυτό το άρθρο θα συζητούσε λεπτομερώς τη Συλλογή Ενέργειας RF.

Πώς λειτουργεί η RF Energy Harvesting;

Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες πηγές ραδιοσυχνοτήτων, αλλά το σημαντικό πράγμα που πρέπει να κατανοήσετε πρώτα είναι: Πώς να μετατρέψετε το RF σε ενέργεια ή ηλεκτρικό ρεύμα; Η διαδικασία είναι αρκετά απλή, είναι ακριβώς όπως η κανονική διαδικασία μιας κεραίας που λαμβάνει σήμα. Ας καταλάβουμε λοιπόν τη διαδικασία μετατροπής χρησιμοποιώντας ένα απλό διάγραμμα.

Η πηγή (μπορεί να είναι οποιαδήποτε συσκευή ή ηλεκτρονικό κύκλωμα που) μεταδίδει σήματα RF και το κύκλωμα εφαρμογής, το οποίο έχει ενσωματωμένο κύκλωμα για μετατροπή ενέργειας, λαμβάνει το RF, το οποίο στη συνέχεια προκαλεί μια πιθανή διαφορά στο μήκος της κεραίας και δημιουργεί μια κίνηση φορτίστε φορείς μέσω της κεραίας. Οι φορείς φόρτισης μετακινούνται στο κύκλωμα μετατροπής RF σε DC, δηλαδή το φορτίο μετατρέπεται τώρα σε ρεύμα DC χρησιμοποιώντας το κύκλωμα που αποθηκεύεται προσωρινά στον πυκνωτή. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας το κύκλωμα Power Conditioning, η ενέργεια ενισχύεται ή μετατρέπεται στην πιθανή τιμή όπως επιθυμείται από το φορτίο.

Υπάρχουν πολλές πηγές που μεταδίδουν σήματα RF όπως δορυφορικούς σταθμούς, ραδιοφωνικούς σταθμούς, ασύρματο internet. Οποιαδήποτε εφαρμογή έχει συνδεδεμένο κύκλωμα συλλογής ενέργειας RF, θα λαμβάνει το σήμα και θα το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η διαδικασία μετατροπής ξεκινά όταν η κεραία λήψης λαμβάνει το σήμα και προκαλεί μια πιθανή διαφορά στο μήκος της κεραίας, η οποία κάνει περαιτέρω μια κίνηση στους φορείς φόρτισης της κεραίας. Αυτοί οι φορείς φόρτισης από την κεραία μετακινούνται στο κύκλωμα αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης που συνδέεται μέσω των καλωδίων. Το δίκτυο αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης (IMN) διασφαλίζει ότι η μεταφορά ισχύος από την κεραία (πηγή RF) στον πολλαπλασιαστή ανορθωτή / τάσης (φορτίο) είναι μέγιστη. Η αντίσταση σε ένα κύκλωμα RF είναι εξίσου σημαντική με την αντίσταση στο κύκλωμα DC για βέλτιστη μεταφορά ισχύος μεταξύ της πηγής και του φορτίου.

Το σήμα RF που λαμβάνεται στην κεραία έχει ημιτονοειδή κυματομορφή δηλαδή είναι σήμα AC και πρέπει να μετατραπεί σε σήμα DC. Αφού περάσει από το ΙΜΝ, το κύκλωμα ανορθωτή ή πολλαπλασιαστή τάσης διορθώνει και ενισχύει το σήμα σύμφωνα με τις ανάγκες της εφαρμογής. Το κύκλωμα ανορθωτή δεν είναι ανορθωτής μισού κύματος, πλήρους κύματος ή ανορθωτή γέφυρας, αλλά είναι κύκλωμα πολλαπλασιαστή τάσης (ειδικός ανορθωτής) που διορθώνει το σήμα και επίσης ενισχύει το διορθωμένο σήμα βάσει της απαίτησης εφαρμογής.

Η ηλεκτρική ενέργεια που μετατρέπεται από AC σε DC χρησιμοποιώντας έναν πολλαπλασιαστή τάσης μετακινείται στο κύκλωμα διαχείρισης ισχύος που χρησιμοποιεί έναν πυκνωτή ή μια μπαταρία για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας και την τροφοδοτεί στο φορτίο (εφαρμογή) όποτε χρειάζεται.

Ποια είναι τα s

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, υπάρχουν πολλές συσκευές που χρησιμοποιούν σήματα RF, αυτό σημαίνει ότι θα υπήρχαν πολλές πηγές για τη λήψη του σήματος RF για τη συλλογή ενέργειας.

Οι πηγές RF που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή ενέργειας είναι:

• Ραδιοφωνικοί σταθμοί: Παλιά αλλά άξια, οι ραδιοφωνικοί σταθμοί εκπέμπουν τακτικά σήματα RF που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή ενέργειας.
• Τηλεοπτικοί σταθμοί: Αυτή είναι επίσης μια παλιά αλλά αξιόλογη πηγή που στέλνει σήματα 24/7 και θεωρείται καλή πηγή ενέργειας.
• Κινητά τηλέφωνα και σταθμοί βάσης: Δισεκατομμύρια κινητά τηλέφωνα και οι σταθμοί βάσης τους εκπέμπουν σήματα ραδιοσυχνοτήτων, τα οποία ως αποτέλεσμα είναι μια καλή πηγή ενέργειας.
• Ασύρματα δίκτυα: Υπάρχουν αρκετοί δρομολογητές Wi-Fi και ασύρματες συσκευές που υπάρχουν παντού και θα πρέπει επίσης να θεωρούνται καλή πηγή για τη συλλογή ενέργειας από το RF.

Αυτές είναι οι κύριες συσκευές που υπάρχουν σε όλο τον κόσμο, οι οποίες είναι οι κύριες πηγές RF που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συλλογή ενέργειας, δηλαδή την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Πρακτικές Εφαρμογές Ραδιοενέργειας Συγκομιδή

Ορισμένες από τις εφαρμογές του Energy Harvester που χρησιμοποιούν σύστημα RF παρατίθενται παρακάτω:

• Κάρτες RFID: Η τεχνολογία RFID (Radio Frequency Identification) χρησιμοποιεί την έννοια της Ενεργειακής Συγκομιδής, η οποία χρεώνει την «Ετικέτα» της, λαμβάνοντας το σήμα RF από τον ίδιο τον αναγνώστη RFID. Η εφαρμογή μπορεί να προβληθεί σε εμπορικά κέντρα, μετρό, σιδηροδρομικούς σταθμούς, βιομηχανίες, κολέγια και πολλά άλλα μέρη.
• Έρευνα ή αξιολόγηση: Η εταιρεία Powercast έχει ξεκινήσει έναν πίνακα αξιολόγησης - «P2110 Eval board» που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ερευνητικούς σκοπούς ή για αξιολογήσεις ορισμένων νέων εφαρμογών, λαμβάνοντας υπόψη την απαιτούμενη και ληφθείσα ισχύ και αλλαγές που πρέπει να γίνουν μετά την αξιολόγηση.

Εκτός από αυτές τις πρακτικές εφαρμογές, υπάρχουν πολλοί τομείς στους οποίους μπορεί να χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία Συγκομιδής Ενέργειας όπως στη Βιομηχανική Παρακολούθηση, στη Γεωργία, κ.λπ.

Περιορισμοί Συγκομιδής Ενέργειας RF

Με καλές εφαρμογές και πολλά πλεονεκτήματα, υπάρχουν και ορισμένα μειονεκτήματα και αυτά τα μειονεκτήματα προκαλούνται λόγω του υπάρχοντος περιορισμού σε αυτό το πράγμα.

Έτσι, οι περιορισμοί για το σύστημα συλλογής ενέργειας RF είναι:

• Εξάρτηση: Η μόνη εξάρτηση του συστήματος συλλογής ενέργειας RF είναι η ποιότητα των σημάτων RF που λαμβάνονται. Η τιμή RF μπορεί να μειωθεί λόγω ατμοσφαιρικών αλλαγών ή φυσικών εμποδίων και μπορεί να αντισταθεί στη μετάδοση του σήματος RF, με αποτέλεσμα τη χαμηλή ισχύ ως έξοδο.
• Απόδοση: Δεδομένου ότι το κύκλωμα αποτελείται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα που χάνουν τη λειτουργικότητά τους με το χρόνο και δίνουν κακά αποτελέσματα εάν δεν αλλάξουν αναλόγως. Ως αποτέλεσμα, αυτό θα επηρεάσει την αποδοτικότητα του συστήματος στο σύνολό του και θα παρέχει ανάρμοστη απόδοση σε αντάλλαγμα.
• Πολυπλοκότητα: Ο δέκτης για το σύστημα πρέπει να σχεδιαστεί με βάση τις εφαρμογές του και το κύκλωμα αποθήκευσης ισχύος, γεγονός που το καθιστά πιο περίπλοκο στην κατασκευή.
• Συχνότητα: Κάθε κύκλωμα ή συσκευή που έχει σχεδιαστεί για τη λήψη σήματος RF για τη συλλογή ενέργειας μπορεί να σχεδιαστεί για να λειτουργεί μόνο μία ζώνη συχνοτήτων και όχι πολλαπλή. Επομένως, περιορίζεται μόνο σε αυτό το φάσμα ζωνών.
• Χρόνος φόρτισης: Η μέγιστη έξοδος ισχύος από τη μετατροπή είναι σε milliwatts ή microwatts. Έτσι, η απαιτούμενη ισχύς από την εφαρμογή θα χρειαζόταν πολύ χρόνο για την παραγωγή.

Εκτός από αυτούς τους περιορισμούς, η Ενεργειακή Συγκομιδή με χρήση Ραδιοσυχνότητας (RF) έχει πολλά πλεονεκτήματα ως αποτέλεσμα των οποίων έχει εφαρμογή σε Αυτοματισμούς Βιομηχανίας, Γεωργίας, IOT, Υγειονομικής Βιομηχανίας κ.λπ.

Το RF Energy Harvesting Hardware διατίθεται στην αγορά

Το υλικό που διατίθεται στην αγορά και υποστηρίζει τη Συγκομιδή Ενέργειας Ραδιοσυχνοτήτων είναι:

• Powercast P2110B: Η εταιρεία Powercast κυκλοφόρησε το P2110B το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για αξιολόγηση όσο και για χρήση βάσει εφαρμογών.

• Εφαρμογές:
  • Ασύρματοι αισθητήρες χωρίς μπαταρία
    • Βιομηχανική παρακολούθηση
    • Εξυπνο δίκτυο
    • Αμυνα
    • Αυτοματισμοί κτιρίων
    • Πετρελαίου εσωτερικής καύσης
  • Φόρτιση μπαταρίας
    • Κέρματα νομισμάτων
    • Λεπτές μεμβράνες
  • Ηλεκτρονικά χαμηλής ισχύος

• Χαρακτηριστικά:
  • Υψηλή απόδοση μετατροπής
  • Μετατρέπει σήματα RF χαμηλού επιπέδου που επιτρέπουν εφαρμογές μεγάλης εμβέλειας
  • Ρυθμιζόμενη έξοδος τάσης έως 5.
  • Έως 50mA ρεύμα εξόδου
  • Λήφθηκε ένδειξη ισχύος σήματος
  • Ευρύ εύρος λειτουργίας RF
  • Λειτουργία έως -12 dBm εισόδου
  • Εξωτερικά επαναρυθμιζόμενο για έλεγχο μικροεπεξεργαστή
  • Βιομηχανικό εύρος θερμοκρασίας
  • Συμβατό με RoHS

• Powercast P1110B: Παρόμοιο με το P2110B, το Powercast P1110B διαθέτει τις ακόλουθες δυνατότητες και εφαρμογές.

• Χαρακτηριστικά:
  • Υψηλή απόδοση μετατροπής,> 70%
  • Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
  • Ρυθμιζόμενη έξοδος τάσης για υποστήριξη επαναφόρτισης μπαταρίας ιόντων λιθίου και αλκαλίων
  • Λειτουργία από 0V για υποστήριξη φόρτισης πυκνωτή
  • Λήφθηκε ένδειξη ισχύος σήματος
  • Μεγάλο εύρος λειτουργίας
  • Λειτουργία έως -5 dBm ισχύς εισόδου
  • Βιομηχανικό εύρος θερμοκρασίας
  • Συμβατό με RoHS

• Εφαρμογές:
  • Ασύρματοι αισθητήρες
    • Βιομηχανική παρακολούθηση
    • Εξυπνο δίκτυο
    • Διαρθρωτική παρακολούθηση της υγείας
    • Αμυνα
    • Αυτοματισμοί κτιρίων
    • Γεωργία
    • Πετρελαίου εσωτερικής καύσης
    • Υπηρεσίες με γνώμονα την τοποθεσία
  • Ασύρματη σκανδάλη
  • Ηλεκτρονικά χαμηλής ισχύος.

Αυτές είναι οι δύο συσκευές συλλογής ενέργειας με βάση RF που διατίθενται στην αγορά και αναπτύσσονται από την εταιρεία Powercast.

Χρήση συλλογής ενέργειας RF σε εφαρμογές IOT

Με την αυξανόμενη δημοτικότητα του Διαδικτύου των πραγμάτων (IoT) στον αυτοματισμό των ηλεκτρονικών συσκευών, αναπτύσσονται εφαρμογές IoT για σπίτια και βιομηχανίες, οι οποίες θα μπορούσαν ενδεχομένως να παραμείνουν σε ισχύ για χρόνια, αναμένοντας μια ώθηση. Με δυνατότητα συλλογής ενέργειας, τέτοιες συσκευές μπορούν κυριολεκτικά να τραβήξουν ενέργεια από τον αέρα για να επαναφορτίσουν τις δικές τους μπαταρίες ή να συλλέξουν αρκετή ενέργεια από το περιβάλλον, έτσι ώστε μια μπαταρία να μην απαιτεί καν εξωτερική φόρτιση. Τέτοιοι αυτοκινούμενοι αισθητήρες αναφέρονται συνήθως ως « μηδενική ισχύς»ασύρματοι αισθητήρες για την ικανότητά τους να παρέχουν δεδομένα αισθητήρων απευθείας σε ένα σύννεφο IoT, χρησιμοποιώντας μια ασύρματη πύλη χωρίς εμφανή πηγή ενέργειας. Με τη συλλογή ενέργειας από τις διαθέσιμες πηγές ενέργειας RF, μια νέα γενιά ασύρματων συσκευών εξαιρετικά χαμηλής ισχύος (ULP), όπως οι αισθητήρες IoT, μπορεί να αναπτυχθεί για εφαρμογές χαμηλής συντήρησης, όπως απομακρυσμένη παρακολούθηση.

Η εξοικονόμηση ενέργειας θεωρείται σαν μια «συνοδευτική» τεχνολογία ασύρματων επικοινωνιών, δεδομένου ότι μπορεί να επιτρέψει παρατεταμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας για κινητές συσκευές και πιθανώς χωρίς μπαταρία λειτουργία για ορισμένες ηλεκτρονικές συσκευές.