能量收获是一种从环境中获得的电能获得电能的方法。在设计中适当的能量收集在哪里？
设计现代设备的主要问题之一是极低功耗的普遍要求，特别是对于无线传感器网络应用。
处理此类电源要求时，至少有两个主要因素：
- 在尊重的工作期间必须保持系统的时间量（占空比）
- 构成系统的组件数量
此外，工程师必须考虑预算等因素。例如，不可充电电池放电，并且必须在其寿命结束时正确地设置，这代表成本。同时，可充电电池或电容器是有效的替代方案，因为它们可以充电。
在本文中，我们将讨论能量收集的广泛行程，其中系统可以从其环境中“收获”能量的概念。
什么是能量收获？
能量收集是一种在环境中获得电能的方法。该概念代表了向电子系统提供能量的有效解决方案，并且需要能量转换器（能量收割机）功能。
也许是最着名的能量收集例子是使用光，最漫长的能量源之一，其中光伏电池是相应的能量收割机。
在其他来源中，动能收集是另一个重要技术，其中振动能量收割机是相应的换能器。
重要的是要注意，由于在转换期间，在转换期间，可以仅将一部分的可用能量转换成电能。
能量收获与能量窃取
能量收集代表恢复已经在环境中传播的能量的意志，这与从减去动力的概念完全不同，例如，从那里的车辆的运动。
如果我们将能量收割机放在路上的沥青下，从通过汽车收获电力，我们将这种概念定义为“窃取”而不是“收获”。这是因为我们从车辆的运动中减去了能量。通过这种方式，由于收割机的能量“被偷来”，车辆将消耗更多的燃料。我们可以考虑一下这是一辆非常轻微的攀爬的车辆。
这可以用热力学的第一原理解释，即不能创造或破坏能量，但是它可以从一个位置转移到另一个位置并转换为来自其他形式的能量。
有四种可再生能源：热，太阳能，电磁和动力学。振动能量收获将动能转化为电能。它不是最自然的，但它可以是太阳能的有效替代品。在夜间或隧道内部没有光可用，但运行时的机器可以振动，这些振动可以转换为电力。
在电子系统中使用能量收集
处理能量收割机永远不会容易。他们无所畏惧地影响了电子系统的成本和性能。
当能量收割机是系统中唯一的能量源时，通常意味着需要非常有效的能量管理系统。与电池的成本相比，能量收割机的级别贵重级。
如果我们考虑一个硬币电池电池供电的传感器，典型电池的成本如CR2032，大约一美元，它给出了3 V.为了更换这种电池，因为像太阳能电池一样用能量收割机，我们必须考虑到能量通量不是恒定的，需要储能。该存储可以由超级电容器或可充电电池表示，但在这两种情况下，我们需要充电器和电压调节器。
这就是为什么能源收割机动力系统成本越来越复杂的原因。但另一方面，我们有一个理论上无限的工作寿命。
能量收获的优势
为了理解为什么能量收集是重要的，想象一个非常大的桥梁，其中许多传感器被放置用于结构监控。它们应该是充满活力的自主，小，光和能够无线通信。
由于与传感器的有线和连接相关的麻烦，这些要求今天非常普遍。当然，没有人想改变电池，因为维护是一种成本。
或想象在一个非常大的野生地区，没有电源线。或者想象一定要在结构内插入传感器（例如，由混凝土或沥青下的柱），以便您无法提取它以改变电池。
在这些情况下长时间发电电子系统的唯一经济学方法是使用能源收割机。
能量收集的缺点
能量收集也有一些缺点。
例如，与无线传感器的总成本相比，能量收割机的成本可以很高。
另一个Con是没有总是容易拥有一个小转换器。如果我们思考硬币电池电量的大小，今天它并不容易构建具有相同占用空间的能源收割机，可以提供有用的能量。为了比较，无线传感器的典型深睡眠电流可以在一个微安围绕。振动能量收割机AA电池的尺寸可以提供数十或数百微安，最多可加速约为1克。（这些值根据收割机的技术而变化很大，在使用的材料上，在使用的材料上，在振动的频率分布和其峰值平均比率上）。
此外，通常随着发电机的尺寸增加，能量转换效率增加。这是由于几个因素，其中一个是与能量收割机经常产生必须整流的交流电流的事实有关。如果我们使用二极管来纠正电流，我们必须处理连接的阈值电压;这些代表了能量损失。对整流器的输入电压越大，转换效率越高。
通常，我们可以说可以用以下公式评估效率：
$$效率= \ FRAC {输出能量} {输入能量} \ LEQ 1 $$
环境中的能源
当我们需要为我们的系统提供能源时，我们必须在几个来源中选择，我们需要考虑几个其他参数，例如成本，组件的可用性，对环境的影响，能量密度，可运输性，可能性储能和安全情况。
通常，作为起点，将能源源分为两类更容易：可再生和不可再生能量。
可再生与非更新能源
可再生能源可以很容易地定义为自然或超过相对较短的时间规模自然补充的能源：生物质，水电，地热，风，太阳能等其他能源是不可再生的：石油，天然气，煤，铀，等。
能量收获将所有可用的能源（可再生或不可再生）转化为电力转换浪费的能量。
在所有能量转换中，都有一定量的浪费能量，因为每个能量转换器的效率低于1.每个能量转换器的效率都知道在暴露于阳光时，太阳能电池板才能产生电力。这种热量来自光，本身，并且它代表浪费的能量（以及与面板表面的反射一起）。
通过将热电发电机耦合到太阳能电池板，可以将该热量的一部分转换为电力。这主要是因为它不容易与热电发电机中的另一侧建立大的温度差异。
不同能量收集技术的能量密度
下表，来自a德州仪器白皮书，总结了不同来源和技术的能源密度。
TI表示“最有前途的微收获技术从振动，温度差异和光中提取能量。来自射频排放的第四种可能 - 清除能量 - 是有趣的，但能量可用性至少比前三个的数量级。“
能量源 |
收获权力 |
振动和运动 |
|
| 人类 | 4μW/ cm2 |
| 行业 | 100μw/ cm2 |
温差 |
|
人类 |
25μw/ cm2 |
| 行业 | 10 mw / cm2 |
光 |
|
| 室内的 | 10μw/ cm2 |
| 户外 | 10 mw / cm2 |
| RF. | |
手机 |
0.1μw/ cm2 |
无线上网 |
0.001μw/ cm2 |
这些值应该帮助您了解您的应用程序的完美能源收割机取决于您的应用程序。
例如，对于野外偏远地区的应用，最容易获得的能源可以是太阳，因此太阳能电池板可以代表大多数情况的理想解决方案。另一方面，在矿井中，几乎没有光线，岩石和空气之间的温度几乎相同，因此不可能使用太阳能和热能收获。但振动怎么样？如果您的目的是监控矿山推车，则可以将其轨道上移动的推车的振动转换为电力以供电。
当然，它是一次使用多个能量收割机。
在我的下一篇文章中，我将在振动能量收集的主题中进入更多深度。
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