Recol·lecció d'energia RF

Hi ha molts dispositius sense fils que funcionen a tot el món, cosa que fa que la vida de les persones sigui fàcil i còmoda de moltes maneres, però tots aquests dispositius sense fils són necessaris per carregar-se una i altra vegada per utilitzar-los. Però què passa si podem utilitzar la mateixa freqüència de ràdio que transfereix dades per carregar els dispositius. Aquesta tecnologia reduiria o ometria l'ús de bateries per alimentar el circuit a l'interior del dispositiu. La idea és recollir energia de la radiofreqüència mitjançant les antenes en lloc de generar energia a partir del moviment o de l’energia solar. En aquest article es parlarà detalladament de la recol·lecció d'energia RF.

Com funciona la recol·lecció d'energia RF?

Hi ha moltes fonts de RF disponibles, però l’important que cal entendre primer és: Com convertir el RF en energia o electricitat ? El procés és bastant senzill, és com el procés normal d’una antena que rep un senyal. Per tant, entenem el procés de conversió mitjançant un senzill diagrama.

La font (pot ser qualsevol dispositiu o circuit electrònic que) transmet senyals de RF i el circuit d’aplicació, que té un circuit integrat per a la conversió d’energia, rep la RF, que provoca una diferència de potencial a través de la longitud de l’antena i crea un moviment de carregueu els portadors a través de l’antena. Els portadors de càrrega passen al circuit de conversió de RF a CC, és a dir, la càrrega es converteix en corrent continu mitjançant el circuit que s’emmagatzema temporalment al condensador. Després, mitjançant el circuit de condicionament de potència, l'energia s'amplifica o es converteix en el valor potencial desitjat per la càrrega.

Hi ha moltes fonts que transmeten senyals de RF com estacions de satèl·lit, estacions de ràdio i internet sense fils. Qualsevol aplicació que tingui connectat un circuit de captació d'energia RF, rebria el senyal i el convertiria en electricitat.

El procés de conversió comença quan l' antena receptora rep el senyal i provoca una diferència de potencial a través de la longitud de l'antena que fa un moviment més a les portadores de càrrega de l'antena. Aquests portadors de càrrega de l'antena es mouen al circuit de concordança d'impedància connectat a través dels cables. La xarxa de coincidència d’impedància (IMN) assegura que la transferència de potència des de l’antena (font de RF) fins al rectificador / multiplicador de tensió (càrrega) és màxima. La impedància en un circuit de RF és tan important com la resistència en el circuit de corrent continu per a una transferència òptima de potència entre la font i la càrrega.

El senyal de RF rebut a l’antena té una forma d’ona sinusoïdal, és a dir, és un senyal de CA i s’ha de convertir en senyal de CC. Després de passar per IMN, el circuit rectificador o multiplicador de tensió rectifica i amplifica el senyal segons la necessitat de l'aplicació. El circuit rectificador no és un rectificador de mitja ona, d’ona completa o pont, sinó un multiplicador de tensió (un rectificador especial) que rectifica el senyal i també augmenta el senyal rectificat en funció del requisit de l’aplicació.

L’electricitat convertida de CA a CC mitjançant un multiplicador de voltatge es mou al circuit de gestió d’energia que utilitza un condensador o una bateria per emmagatzemar l’electricitat i la subministra a la càrrega (aplicació) sempre que sigui necessari.

Què són els s

Com es va esmentar anteriorment, hi ha molts dispositius que utilitzen senyals de RF, cosa que significa que hi hauria moltes fonts per rebre el senyal de RF per recollir l'energia.

Les fonts de RF que es poden utilitzar com a font d'energia són:

• Estacions de ràdio: antigues però dignes, les estacions de ràdio emeten regularment senyals de RF que es poden utilitzar com a font d'energia.
• Estacions de televisió: també és una font vella però digna que envia senyals 24/7 i es considera una bona font d'energia.
• Telèfons mòbils i estacions base: milers de milions de telèfons mòbils i les seves estacions base emeten senyals de RF que, com a resultat, són una bona font d’energia.
• Xarxes sense fils: hi ha diversos encaminadors i dispositius sense fils Wi-Fi presents a tot arreu i també s’han de considerar com una bona font per obtenir energia de la RF.

Aquests són els principals dispositius presents a tot el món, que són les principals fonts de radiofreqüència que es poden utilitzar per recollir energia, és a dir, generar energia elèctrica.

Aplicacions pràctiques de la collita d'energia radiofònica

A continuació es detallen algunes de les aplicacions de Energy Harvester que fan servir el sistema de RF:

• Targetes RFID: la tecnologia RFID (identificació de radiofreqüència) utilitza el concepte Energy Harvesting que carrega la seva "etiqueta" en rebre el senyal RF del propi lector RFID. L'aplicació es pot veure a centres comercials, metròpolis, estacions de tren, indústries, col·legis i molts altres llocs.
• Investigació o avaluació: la companyia Powercast ha llançat un tauler d’avaluació, “Tauler d’avaluació P2110”, que es pot utilitzar amb finalitats d’investigació o per a avaluacions d’algunes noves aplicacions tenint en compte el poder requerit i rebut i els canvis que s’han de fer després de l’avaluació.

A part d’aquestes aplicacions pràctiques, hi ha molts camps on la tecnologia de collita d’energia es pot utilitzar com en el control industrial, la indústria agrícola, etc.

Limitacions de la captació d'energia RF

Amb bones aplicacions i diversos avantatges, també hi ha alguns desavantatges, que es produeixen a causa de la limitació existent.

Per tant, les limitacions del sistema de captació d’energia RF són:

• Dependència: l'única dependència del sistema de captació d'energia de RF és la qualitat dels senyals de RF rebuts. El valor de RF es pot reduir a causa de canvis atmosfèrics o obstacles físics i pot resistir la transmissió del senyal de RF, resultant en una potència baixa com a sortida.
• Eficiència: ja que el circuit està format per components electrònics que perden la seva funcionalitat amb el temps i donen mals resultats si no es canvien en conseqüència. Com a resultat, això afectaria l'eficiència del sistema en el seu conjunt i proporcionaria una sortida inadequada a canvi.
• Complexitat: el receptor del sistema s'ha de dissenyar en funció de les seves aplicacions i del circuit d'emmagatzematge d'energia, cosa que fa que sigui més complex de construir.
• Freqüència: qualsevol circuit o dispositiu que estigui dissenyat per rebre un senyal de RF per recollir energia es pot dissenyar per funcionar només una banda de freqüència i no múltiple. Per tant, només es limita a aquest espectre de banda.
• Temps de càrrega: la potència màxima produïda per la conversió és en miliwatts o microwatts. Per tant, la potència requerida per l’aplicació necessitaria molt de temps per produir-se.

A part d’aquestes limitacions, la recol·lecció d’energia mitjançant radiofreqüència (RF) té molts avantatges, ja que té aplicació a la indústria d’automatització, agricultura, IOT, indústria sanitària, etc.

Maquinari de collita d'energia RF disponible al mercat

El maquinari disponible al mercat que admet la captació d'energia per radiofreqüència és:

• Powercast P2110B: l’empresa Powercast ha llançat P2110B que es pot utilitzar tant per a l’avaluació com per a l’ús basat en aplicacions.

• Aplicacions:
  • Sensors sense fils sense bateria
    • Monitorització industrial
    • Smart Grid
    • Defensa
    • Automatització d'edificis
    • Petroli i gas
  • Recàrrega de la bateria
    • Cèl·lules de monedes
    • Cèl·lules de pel·lícula prima
  • Electrònica de baixa potència

• Característiques:
  • Alta eficiència de conversió
  • Converteix senyals de RF de baix nivell que permeten aplicacions de llarg abast
  • Sortida de tensió regulada fins a 5.
  • Corrent de sortida de fins a 50 mA
  • Indicador d'intensitat del senyal rebut
  • Àmplia gamma de funcionament de RF
  • Funcionament fins a -12 dBm d'entrada
  • Restabliment extern per al control del microprocessador
  • Rang de temperatura industrial
  • Compatible amb RoHS

• Powercast P1110B: similar al P2110B, Powercast P1110B té les funcions i aplicacions següents.

• Característiques:
  • Alta eficiència de conversió,> 70%
  • Baix consum d'energia
  • Sortida de tensió configurable per suportar la recàrrega de la bateria alcalina i de Li-Ion
  • Funcionament des de 0V per donar suport a la càrrega del condensador
  • Indicador d'intensitat del senyal rebut
  • Àmplia gamma de funcionament
  • Funcionament fins a -5 dBm de potència d'entrada
  • Rang de temperatura industrial
  • Compatible amb RoHS

• Aplicacions:
  • Sensors sense fils
    • Monitorització industrial
    • Smart Grid
    • Monitorització de la salut estructural
    • Defensa
    • Automatització d'edificis
    • Agricultura
    • Petroli i gas
    • Serveis conscients de la ubicació
  • Activador sense fils
  • Electrònica de baixa potència.

Aquests són els dos dispositius de captació d’energia basats en RF disponibles al mercat i desenvolupats per l’empresa Powercast.

Ús de la recol·lecció d'energia RF en aplicacions IOT

Amb la creixent popularitat de l’Internet de les coses (IoT) en l’automatització de dispositius electrònics, s’estan desenvolupant aplicacions IoT per a llars i indústries, que podrien mantenir-se alimentades durant anys a l’espera d’un activador. Amb la capacitat de recollida d’energia, aquests dispositius poden treure literalment energia de l’aire per recarregar les seves pròpies bateries o recollir prou energia de l’entorn perquè una bateria ni tan sols requereixi cap font d’energia externa per carregar-se. Aquests sensors autoalimentats se solen anomenar ara " potència zero"sensors sense fils per la seva capacitat de proporcionar dades de sensors directament en un núvol IoT, mitjançant una passarel·la sense fils sense font d’energia aparent. Mitjançant la captació d'energia de les fonts d'energia de RF disponibles, es pot desenvolupar una nova generació de dispositius sense fils de potència ultra baixa (ULP), com ara sensors IoT, per a aplicacions de baix manteniment, com la supervisió remota.

La recollida d’energia es considera una tecnologia “complementària” per a les comunicacions sense fils, ja que pot permetre una durada de la bateria prolongada per a dispositius mòbils i possiblement un funcionament sense bateria per a alguns dispositius electrònics.