Thu hoạch năng lượng Rf

Có rất nhiều thiết bị không dây hoạt động trên khắp thế giới giúp cuộc sống của mọi người trở nên dễ dàng và thoải mái theo nhiều cách, nhưng tất cả các thiết bị không dây này đều cần được sạc đi sạc lại để sử dụng chúng. Nhưng nếu chúng ta có thể sử dụng cùng một tần số vô tuyến truyền dữ liệu, để sạc các thiết bị. Công nghệ này sẽ giảm hoặc bỏ qua việc sử dụng pin để cấp nguồn cho mạch bên trong thiết bị. Ý tưởng là thu năng lượng từ tần số vô tuyến bằng cách sử dụng ăng-ten thay vì tạo ra năng lượng từ chuyển động hoặc năng lượng mặt trời. Bài viết này sẽ thảo luận chi tiết về Thu hoạch năng lượng RF.

Thu hoạch năng lượng RF hoạt động như thế nào?

Có rất nhiều nguồn RF có sẵn nhưng điều quan trọng cần hiểu trước tiên là, Làm thế nào để chuyển đổi RF thành năng lượng hoặc điện năng ? Quá trình này khá đơn giản, nó giống như quá trình bình thường của một ăng-ten nhận tín hiệu. Vì vậy, chúng ta hãy hiểu quá trình chuyển đổi bằng cách sử dụng một sơ đồ đơn giản.

Nguồn (có thể là bất kỳ thiết bị hoặc mạch điện tử nào) truyền tín hiệu RF và mạch ứng dụng, có mạch có sẵn để chuyển đổi năng lượng, sẽ nhận RF, sau đó gây ra sự khác biệt tiềm năng trên chiều dài của ăng ten và tạo ra chuyển động tính phí các sóng mang thông qua ăng-ten. Các sóng mang điện tích di chuyển đến mạch chuyển đổi RF sang DC tức là điện tích bây giờ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng mạch được lưu trữ tạm thời trong tụ điện. Sau đó, sử dụng mạch Điều hòa nguồn, năng lượng được khuếch đại hoặc chuyển đổi thành giá trị tiềm năng như mong muốn của tải.

Có nhiều nguồn truyền tín hiệu RF như đài vệ tinh, đài radio, internet không dây. Bất kỳ ứng dụng nào có gắn mạch thu năng lượng RF, sẽ nhận tín hiệu và chuyển đổi thành điện năng.

Quá trình chuyển đổi bắt đầu khi ăng ten thu nhận được tín hiệu và gây ra sự khác biệt tiềm tàng trên chiều dài của ăng ten, điều này tiếp tục tạo ra chuyển động trong các sóng mang điện tích của ăng ten. Các sóng mang điện tích này từ ăng-ten di chuyển đến mạch kết hợp trở kháng được kết nối qua các dây dẫn. Mạng kết hợp trở kháng (IMN) đảm bảo rằng công suất truyền từ anten (nguồn RF) đến Bộ chỉnh lưu / Hệ số điện áp (Tải) là tối đa. Trở kháng trong mạch RF cũng quan trọng như trở kháng trong mạch DC để truyền điện tối ưu giữa nguồn và tải.

Tín hiệu RF nhận được tại anten có dạng sóng hình sin tức là tín hiệu AC và cần được chuyển đổi sang tín hiệu DC. Sau khi đi qua IMN, mạch chỉnh lưu hoặc mạch nhân điện áp sẽ chỉnh lưu và khuếch đại tín hiệu theo nhu cầu ứng dụng. Mạch chỉnh lưu không phải là một nửa sóng, toàn sóng hoặc chỉnh lưu cầu thay vào đó nó là một mạch nhân điện áp (một bộ chỉnh lưu đặc biệt) để chỉnh lưu tín hiệu và cũng tăng tín hiệu được chỉnh lưu dựa trên yêu cầu ứng dụng.

Điện được chuyển đổi từ AC sang DC bằng cách sử dụng bộ nhân điện áp di chuyển đến mạch quản lý điện năng sử dụng tụ điện hoặc pin để lưu trữ điện và cung cấp cho tải (ứng dụng) bất cứ khi nào cần.

Những s là gì

Như đã đề cập trước đó, có nhiều thiết bị sử dụng tín hiệu RF, điều đó có nghĩa là sẽ có nhiều nguồn nhận tín hiệu RF để thu năng lượng.

Các nguồn RF có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng là:

• Đài phát thanh: Cũ nhưng xứng đáng, các đài phát thanh thường xuyên phát ra tín hiệu RF có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng.
• Đài truyền hình: Đây cũng là một nguồn cũ nhưng xứng đáng gửi tín hiệu 24/7 và được coi là một nguồn năng lượng tốt.
• Điện thoại di động & Trạm cơ sở: Hàng tỷ điện thoại di động và trạm gốc của chúng phát ra tín hiệu RF, do đó, là một nguồn năng lượng tốt.
• Mạng không dây: Có một số bộ định tuyến Wi-Fi và thiết bị không dây hiện diện ở khắp mọi nơi và chúng cũng nên được coi là nguồn tốt để thu năng lượng từ RF.

Đây là những thiết bị chính có mặt trên khắp thế giới, là nguồn chính của RF có thể được sử dụng để thu năng lượng tức là tạo ra năng lượng điện.

Các ứng dụng thực tế của thu hoạch năng lượng vô tuyến

Một số ứng dụng của Máy thu hoạch năng lượng sử dụng hệ thống RF được liệt kê dưới đây:

• Thẻ RFID: Công nghệ RFID (Nhận dạng tần số vô tuyến) sử dụng khái niệm Thu hoạch năng lượng, tính phí 'Thẻ' của nó bằng cách nhận tín hiệu RF từ chính đầu đọc RFID. Ứng dụng có thể được nhìn thấy trong Trung tâm mua sắm, Siêu thị, Ga tàu, Công nghiệp, Cao đẳng và nhiều nơi khác.
• Nghiên cứu hoặc Đánh giá: Công ty Powercast đã đưa ra một hội đồng đánh giá - “P2110 Eval board” có thể được sử dụng cho mục đích nghiên cứu hoặc để đánh giá một số ứng dụng mới xem xét sức mạnh được yêu cầu và nhận được và những thay đổi cần thực hiện sau khi đánh giá.

Ngoài những ứng dụng thực tế này, có rất nhiều lĩnh vực mà công nghệ Thu hoạch năng lượng có thể được sử dụng như trong Giám sát công nghiệp, ngành nông nghiệp, v.v.

Hạn chế của thu hoạch năng lượng RF

Với những ứng dụng tốt và một số ưu điểm, cũng có một số nhược điểm và những nhược điểm này được gây ra bởi những hạn chế tồn tại trong đó.

Vì vậy, những hạn chế đối với hệ thống thu hoạch năng lượng RF là:

• Sự phụ thuộc: Sự phụ thuộc duy nhất của hệ thống thu thập năng lượng RF là chất lượng tín hiệu RF nhận được. Giá trị RF có thể bị giảm do những thay đổi của khí quyển hoặc các chướng ngại vật lý và có thể chống lại việc truyền tín hiệu RF, dẫn đến công suất đầu ra thấp.
• Hiệu quả: Vì mạch được tạo thành từ các linh kiện điện tử sẽ mất dần chức năng theo thời gian và cho kết quả kém nếu không được thay đổi phù hợp. Kết quả là, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả toàn hệ thống và đổi lại cung cấp đầu ra không phù hợp.
• Độ phức tạp: Bộ thu cho hệ thống cần được thiết kế dựa trên các ứng dụng của nó và mạch lưu trữ năng lượng, điều này làm cho việc xây dựng phức tạp hơn.
• Tần số: Bất kỳ mạch hoặc thiết bị nào được thiết kế để nhận tín hiệu RF để thu năng lượng đều có thể được thiết kế để hoạt động chỉ một dải tần chứ không phải nhiều dải tần. Vì vậy, nó chỉ giới hạn trong dải phổ đó.
• Thời gian sạc: Công suất đầu ra tối đa từ việc chuyển đổi tính bằng milliwatts hoặc microwatts. Vì vậy, năng lượng yêu cầu của ứng dụng sẽ cần một thời gian dài để sản xuất.

Ngoài những hạn chế này, Thu hoạch năng lượng sử dụng tần số vô tuyến (RF) có nhiều ưu điểm do nó được ứng dụng trong Công nghiệp tự động hóa, Nông nghiệp, IOT, Công nghiệp chăm sóc sức khỏe, v.v.

Phần cứng thu hoạch năng lượng RF có sẵn trên thị trường

Phần cứng có sẵn trên thị trường hỗ trợ Thu hoạch năng lượng bằng tần số vô tuyến là:

• Powercast P2110B: Công ty Powercast đã tung ra P2110B có thể được sử dụng để đánh giá cũng như sử dụng dựa trên ứng dụng.

• Các ứng dụng:
  • Cảm biến không dây không dùng pin
    • Giám sát công nghiệp
    • Lưới thông minh
    • Phòng thủ
    • Tự động hóa tòa nhà
    • Dâu khi
  • Sạc pin
    • Ô đồng xu
    • Tế bào màng mỏng
  • Điện tử công suất thấp

• Đặc trưng:
  • Hiệu quả chuyển đổi cao
  • Chuyển đổi tín hiệu RF mức thấp cho phép các ứng dụng tầm xa
  • Đầu ra điện áp quy định lên đến 5.
  • Dòng điện đầu ra lên đến 50mA
  • Chỉ báo cường độ tín hiệu đã nhận
  • Phạm vi hoạt động RF rộng
  • Hoạt động xuống đầu vào -12 dBm
  • Có thể đặt lại bên ngoài để điều khiển bộ vi xử lý
  • Phạm vi nhiệt độ công nghiệp
  • Tuân thủ RoHS

• Powercast P1110B: Tương tự như P2110B, Powercast P1110B có các tính năng và ứng dụng sau.

• Đặc trưng:
  • Hiệu suất chuyển đổi cao,> 70%
  • Sự tiêu thụ ít điện năng
  • Đầu ra điện áp có thể cấu hình để hỗ trợ sạc lại pin Li-ion và Alkaline
  • Hoạt động từ 0V để hỗ trợ sạc tụ điện
  • Chỉ báo cường độ tín hiệu đã nhận
  • Phạm vi hoạt động rộng
  • Hoạt động xuống công suất đầu vào -5 dBm
  • Phạm vi nhiệt độ công nghiệp
  • Tuân thủ RoHS

• Các ứng dụng:
  • Cảm biến không dây
    • Giám sát công nghiệp
    • Lưới thông minh
    • Giám sát sức khỏe cấu trúc
    • Phòng thủ
    • Tự động hóa tòa nhà
    • Nông nghiệp
    • Dâu khi
    • Dịch vụ nhận biết vị trí
  • Kích hoạt không dây
  • Điện tử công suất thấp.

Đây là hai thiết bị thu năng lượng dựa trên RF hiện có trên thị trường và được phát triển bởi công ty Powercast.

Sử dụng thu hoạch năng lượng RF trong các ứng dụng IOT

Với sự phổ biến ngày càng tăng của Internet of Things (IoT) trong việc tự động hóa các thiết bị điện tử, các ứng dụng IoT đang được phát triển cho gia đình và các ngành công nghiệp, có khả năng vẫn được cung cấp năng lượng trong nhiều năm chờ kích hoạt. Với khả năng thu năng lượng, các thiết bị như vậy thực sự có thể rút năng lượng ra khỏi không khí để sạc lại pin của chính chúng hoặc thu đủ năng lượng từ môi trường để pin thậm chí có thể không cần bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào để sạc. Các cảm biến tự cung cấp năng lượng như vậy hiện nay thường được gọi là " công suất không"cảm biến không dây cho khả năng cung cấp dữ liệu cảm biến trực tiếp trên đám mây IoT, sử dụng cổng không dây không có nguồn năng lượng rõ ràng. Bằng cách thu năng lượng từ các nguồn năng lượng RF có sẵn, một thế hệ thiết bị không dây công suất cực thấp (ULP) mới, chẳng hạn như cảm biến IoT, có thể được phát triển cho các ứng dụng bảo trì thấp như giám sát từ xa.

Thu hoạch năng lượng được coi giống như một công nghệ “đồng hành” với truyền thông không dây vì nó có thể cho phép kéo dài tuổi thọ pin cho các thiết bị di động và có thể hoạt động không cần pin cho một số thiết bị điện tử.