Сбор энергии является фундаментальной концепцией в технике. Имеет смысл собирать избыточные отходы или доступную энергию и использовать их для полезной работы, продлевая срок службы источников энергии. Для крупномасштабных приложений, таких как транспорт, внедрение дополнительного оборудования для рекуперации отработанного тепла может увеличить общую эффективность системы на несколько процентов (< 10 процентов). Здесь экономическое обоснование — это количество транспортных средств и чистая положительная экологическая выгода от преобразования тепла в работу, а не его выброса в атмосферу.

Для электроники сравнительная эффективность преобразования энергии (10 процентов) ограничила диапазон применимости сборщиков энергии для маломощных применений. Вклад микроконтроллеров со сверхмалым энергопотреблением ограничивает размер батареи, который может заменить сбор энергии, порядка 1-1000 мкВт/см 2 . Тем не менее, техническая задача может привести к увеличению мощности при сборке энергии, может повысить производительность устройства и продлить срок службы батареи за счет значительного увеличения эффективности.

Важно отличать максимальную мощность от максимальной эффективности. Хотя повышение эффективности преобразования увеличивает мощность при той же подводимой энергии, это условие не обязательно совпадает с максимальной мощностью. Вот несколько способов оптимизации типичных сборщиков энергии MCU со сверхмалым энергопотреблением для достижения максимальной эффективности.

Солнечная эффективность
Приложения, подходящие для электронного сбора возобновляемой энергии, включают носимые технологии и автономные беспроводные сенсорные сети. Хотя эффективность сбора энергии в этих вариантах использования не очень высока, важным показателем является сравнение вклада технологии в мощность с батареей, сбалансированной с ее стоимостью. Имея в виду устройства с автономным питанием, три области сбора солнечной энергии — это эффективность ячеек, пространства и модулей.

Эффективность ограничения относится к одной ячейке, размеры которой проектируются инженерами в зависимости от ее потребности в нагрузке для более высокой мощности по сравнению с данной фотоэлектрической ячейкой. Инженеры оптимизируют отношение к мощности для повышения эффективности. Третья область — эффективность измерения, которая охватывает всю систему при расчете эффективности. Самый быстрый способ повысить эффективность сбора энергии — это нацелиться на клеточный уровень. Использование передних материалов фотогальванических максимально увеличивает эффективность контейнеров.Несмотря на повышение эффективности системы, иногда с расчетом на бюджетные ограничения, инженеры могут использовать более частый материал для достижения более высокой разности мощностей, высокую оптимальную эффективность при заданных условиях мощности.

Эффективность движения
Предельная прочность пьезоэлектрического материала ограничивает то, какое ускорение он может выдерживать. Этот уровень потребляемой мощности является вероятным. максимальная выходная мощность выхода на резонансной частоте материала.

Далее, чтобы оптимизировать эффективность сбора энергии, важно отметить, что и эффективность, и выходная мощность сильно коррелируют с частотой. Поскольку уровень выходной мощности определяется материалом, основная частота определяет конструкцию пьезоэлектрического элемента. Настройка пьезоэлектрического решения по сбору энергии на его резонансную частоту сводит к минимуму деструктивные волновые интерференции энергии, доступной для повторного захвата, максимизируя выходную мощность наряду с эффективностью.

Тепловая эффективность
Эффект Зеебека — преобразование высокой температуры в электрическую энергию — является ответственным принципом сбора термоэлектрической энергии. Термодинамика показывает, что эффективность сбора термоэлектрической энергии наиболее высока в условиях с большим перепадом температуры. Этот градиент является движущимся потенциалом для передачи энергии и использования решения с максимальной мощностью мощности. Однако, особенно в сборщиках энергии, контактирующих с человеком, нецелесообразное применение функции перепада температуры (ΔT).

Если ΔT не может обеспечить высокоэффективный сбор энергии, преобразование энергии и теплопроводность являются другими рычагами, которые могут повысить эффективность. Более толстые материалы передают больше энергии (проводимость), а преобразование в энергию с малыми потерями снижает неэффективность преобразования одной формы энергии в другую.

Забрать
Сбор энергии — важный шаг к отказу от аккумуляторов в устройствах с низким энергопотреблением. Чтобы обеспечить коммерчески жизнеспособный ландшафт, вы должны максимизировать эффективность процессов сбора урожая, чтобы извлечь как можно больше полезной работы из источника энергии.

Текущие сверхмаломощные (ULP) решения по сбору энергии MCU обеспечивают эффективность около 10 процентов. Это неэффективное преобразование энергии делает рекуперацию энергии жизнеспособной для вариантов использования ULP порядка десятков микроватт на квадратный сантиметр. Ваши знания о том, как каждый традиционный метод сбора энергии в электронике восстанавливает энергию, помогут вам понять, насколько вероятно, что этот подход приведет к полному устареванию батареи приложения.