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能量收集概念和特点
2013-06-27 12:08:14   来源:微迷   评论:0   点击:

能量收集(Energy Harvesting or Energy Scavenging),简单地说,就是一种利用能量收集器从其周围环境中获取能量的技术。其本质是利用光伏、热电、压电、电磁等各种物理或化学效应把器件周围环境中广泛存在的光能、热能、机械能、风能等能量转换成可以使用的电能。

能量收集(Energy Harvesting or Energy Scavenging),简单地说,就是一种利用能量收集器从其周围环境中获取能量的技术。其本质是利用光伏、热电、压电、电磁等各种物理或化学效应把器件周围环境中广泛存在的光能、热能、机械能、风能等能量转换成可以使用的电能。由于能量收集器工作时不需要消耗任何燃料或物质,并且理论上说可以为各种低功耗电子器件提供取之不尽的能量,因此,无论是学术界还是工业界,近年来都对能量收集技术产生了很大的兴趣。虽然利用该技术得到的有效能量可能比较低、不稳定甚至有时不可预测,但是,依据“摩尔定律”飞速发展的微电子技术已经使微器件的功耗降低到几十到几百微瓦的量级,同时,各种无线传感器和MEMS器件正不断地涌向市场,这些因素都促使能量收集技术得到越来越多的重视。

基于MEMS技术制备能量收集器具有以下主要特点:

1)使用便携:通过能量收集的能源理论上供给寿命无限,避免了类似于电池充电等需要频繁更换能源的情况,使复杂的无限网络和嵌入式系统中理想化的能源成为可能。而且基于 MEMS 技术可与电子器件集成在一起,不但可以减小系统体积,还能够实现系统“自供电”;

2)节省能源:环境中的光能、热能或机械能“取之不尽”,通过能量收集可以提高自然界中的能源利用效率。宏观尺度上已经得以应用的太阳能电池、风力发电、潮汐能和地热能等等的应用都属于这种情况;

3)能量管理方便: 当供能部件(如电池)的能量密度增加到一定程度时,会使得其成为类似于炸药一样的器件,管理能量进行合理释放,避免爆炸一类的安全问题成为新的麻烦。而能量收集技术中可以将收集的能量及时提供给电子设备作为动力,其能量存储密度无须过高。

环境中能量收集的来源包括太阳能,振动能,噪声,温度梯度等多种能源,其中,振动(vibration)机械能是一种较普遍的能源形式,广泛存在于楼宇、桥梁、车辆、船舶、飞行器、机电设备等各种生产和生活设备,也存在于人体的肢体运动、血液流动、心脏跳动等生命过程中,且有着较高的能量密度(250-330μW/cm3)。因此对振动机械能进行采集将在无线网络、嵌入式系统、低能耗设备等方面的有着非常广泛的应用。

目前可以用于能量采集的能量源从本质上说主要有三种:电磁辐射能、热能和机械能。

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