Energy harvesting (dále jen EH) je technologie pro získávání nevyužívané energie z okolních zdrojů. Přínosem této technologie je napájení nízko příkonových zařízení bez nutnosti připojení do elektrické sítě nebo použití baterií a využití volné energie, která by jinak nebyla využita. Takto získaná energie je na rozdíl od fosilních paliv obnovitelná, zdarma a v některých případech všudypřítomná (světlo nebo teplo). S rozvojem integrace elektroniky, mikroelektroniky a internetu věcí (IoT) se nároky na napájecí výkon snižují a proto je možné využít EH pro napájení těchto zařízení.
Energi Harvesting systém
Na obrázku je znázorněno blokové schéma EH systému. Systém se skládá ze zdroje energie, kterou EH modul zachytí a převede na energii (nejčastěji elektrickou) vhodnou pro napájení koncového zařízení. Jako zdroj může sloužit kinetická, elektromagnetická, elektrostatická, piezoelektrická, tepelná nebo chemická energie. Mezi nejběžnější zdroje patří světlo, pohyb, teplo, vítr, vibrace nebo elektromagnetický smog. Pro zachytávání energie lze použít například fotovoltaický článek, piezoelektrický element, Peltierův článek, elektromagnetický nebo elektrostatický generátor. Tyto prvky zachytí neelektrickou energii a přemění ji na energii elektrickou. Tato energie je uchována v kondenzátorech nebo bateriích.
Energy Harvesting modul EH300
Jeden ze zástupců kategorie EH modulů je uveden na obrázku výše. Jedná se o modul EH300 od firmy Advanced Linear Devices. Tento modul uchovává energii v externím kondenzátoru a v případě nashromáždění dostatečného množství energie je připojen kondenzátor k zařízení.
V čase t1 a t2 dochází k nabíjení kondenzátoru. Po dosažení požadované hodnoty napětí, připojí modul kondenzátor na výstup v čase t3 a následně je kondenzátor vybit na minimální napětí. Poté se proces nabíjení / vybíjení opakuje, dokud je připojen zdroj energie.
Energy Harvesting modul LTC3588-1
Další ze zástupců EH modulů je LTC3588-1 od firmy LINEAR TECHNOLOGY. Tento integrovaný obvod je primárně určen pro sběr elektrické energie z piezoelektrického měniče. Skládá se ze tří základních bloků - můstkový usměrňovač, řídící blok a snižující DC/DC měnič s volitelným výstupním napětím.
Závěr
Tato technologie je v současné době velmi žhavé téma. S rozvojem IoT je získávání energie bez připojení zařízení k síťi velmi důležité. Množství energie, které lze touto technologií získat není velké. Z tohoto důvodu je použití EH technologie možné pouze pro nízkopříkonová zařízení, například senzorová a komunikační technika. V budoucnosti bude tato technologie například pro měření teploty a vlhkosti u meteostanic bez nutnosti výměny baterie.
Doporučená literatura
- D. Briand, E. Yeatman and S. Roundy, Micro Energy Harvesting, Weinheim: Wiley-VCH, 2015
- „Advanced Linear Devices EH300,“ 2015. [Online]. Available: http://www.aldinc.com/pdf/EH300.pdf
- „LTC3588-1 - Nanopower Energy Harvesting Power Supply“ 2010. [Online]. Available: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/35881fc.pdf
© 2018 Michal Kočí (michal.koci@kondik.cz)