무선 센서에 전력을 공급하기 위해 가정의 에너지를 어디에서 수확 할 수 있습니까?

IoT의 에너지 수확에 대한 "자체 전원 무선 센서 노드의 5 가지 빌딩 블록" ( Meta에서 공유 ) 기사를 읽고있었습니다 .

예를 들어 몇 가지 수확 가능한 에너지 원이 나와 있습니다.

• 열에너지
• 진동 에너지

가능성을 탐색하기 위해 일부 프로토 타입, 수확 장치를 구현할 계획입니다. 내 집에서 얼마나 많은 에너지를 수확 할 수 있는지에 대한 실험 데이터를 얻으려면. 현재 저는 집에서 이러한 에너지 수확기를 배치하고 효율적으로 사용할 수있는 가능한 지점을 식별하려고합니다.

내가 무엇을 :

• 아마도 진동 에너지 수확기가 욕실 의 세탁기에 부착 될 수 있습니다. 습도가 매우 높기 때문에 위험한 환경이므로 적절한 보호가 필요합니다.
• 열 에너지 수확기 는 부엌 의 오븐 근처에 둘 수 있습니다 .
• 열 에너지 수확기 는 침실 의 발열체 근처에 배치 할 수 있습니다 .

실험을 위해 아파트의 다른 어떤 부분을 더 수확해야합니까?

예를 들어 전자 레인지가 가능한 공급원 또는 기타 자주 사용되는 주방 기기가 될 수 있습니까?

나는 내 욕실 위에 (아파트 내부) 전기 보일러를 가지고 있으므로 욕실로 흐르는 온수 파이프도 좋은 소스 일 것입니다.

거기에 무엇이 더있을 수 있습니까? 가정에서 진동 에너지를 수확 할 가능성이 더 있습니까?

문 !!!

나는 그것이 당신의 질문의 범위에 있는지 모르겠지만 문을 열고 닫는 데 낭비되는 에너지를 상상할 수 없습니다!

1970 년에 작성된 가스통 라그 페 (Gaston Lagaffe) 라는 프랑스 만화 만화 는 오렌지를 누르고 사진을 인쇄하고 커피를 마시기 위해 오프닝 도어의 에너지를 수확 한 사람을 소개했습니다.

편집 , Olivier Dulac의 의견 덕분에 모든 Gaston 컬렉션을 읽을 필요없이 스트립을 찾을 수있었습니다! 나에게서 번역했지만 마지막 그림을 번역 할 수 없다면, 그것은 우리가 화를 낼 때 힌징을하지 않는 것에 관한 단어에 프랑스어로 말한 것입니다.

귀하의 질문의 범위를 유지하기 위해 몇 가지 시나리오를 생각하고 있습니다.

• 발자취? 사람들이 가장 많이 걷는 곳인 플라크를 이용한 진동 수확 : 입구, 코트를 입는 곳, Kinect 운동장 근처.
• 컴퓨터, 서버 : 열을 수확합니다.
• 온수 지붕 패널을 사용하여 실외 보일러를 만들고 (물론 집주인의 동의가 필요함) 열을 수확하십시오.
• 있습니다 충전 신발!

태양 에너지는 심지어 실내에서도 열 및 진동 에너지 수확의 대안입니다. 이 실내 태양 광은 자연광과 인공광을 모두 사용합니다.

무선 센서 네트워크 (Carlos Carvalho 및 Nuno Paulino)를 위한 실내 조명 에너지 수확의 타당성에 대해 감쇠 자연 조명의 실내 조명 에너지 수확에 대해 설명합니다. 저자는 평균 전력 수준이 11.51µW 인 저전력 무선 센서 노드의 전력 공급에 대해 설명합니다. 이 낮은 평균 전력 레벨은 시스템의 매우 낮은 듀티 사이클에 의해 매 시간마다 한 번만 전송됩니다.

무선 센서 네트워크를위한 사이징 태양 에너지 수확기 (Murata 애플리케이션 노트 M1002)는 다양한 주변 에너지 소스를 비교합니다.

실내 환경에서 앰비언트 라이트를 사용하면 다른 소스보다 낮은 반사율을 얻을 수 있지만 특정 사용 사례에서는 여전히 효과가 있습니다.

내 질문에 대한 귀중한 답변을 많이하면서 주제에 대해 더 많은 연구를했습니다.

배터리를 사용하지 않고 추가 수확 솔루션과 무선 태양 에너지 구동 센서 노드에 대한 훌륭한 참조 디자인을 발견했습니다.

먼저 RF 스위치 수확 기술 이라고하는 Texas Instruments의 추가 방법입니다 . (비디오는 가치가 있으며 RF 스위치 부분은 2:29에서 시작합니다.) 아래 이미지에서 구조를 볼 수있는 자기 스위치를 기반으로합니다.

여기 그림의 빨간색 부분은 사용자가 밀어 넣을 스위치 부분입니다. 우리는 두 개의 극을 가진 자석을 가지고 있습니다. 그리고 이것은이 코어를 통해 다른 극으로 자기장을 생성합니다.

사용자가 스위치를 돌리면 필드 변경 사항을 볼 수 있습니다. 코어를 통해 반대 방향으로갑니다. 그리고 우리는 Maxwell의 방정식에서 이러한 권선을 통한 자기장의 이러한 변화가 전류를 생성한다는 것을 알고 있습니다. 이것은 우리가 수확하고 사용할 수있는 에너지입니다.

이 스위치는 커패시터를 충전 할 수있는 DC 전류로 변환해야하는 AC 전류를 생성합니다. 그런 다음 커패시터에 저장된 에너지를 사용하여 저전력 무선 MCU에 전원을 공급할 수 있습니다.

TI는이를 실제로 인식했으며 무선 MCU에 21 밀리 초 동안 충분한 에너지를 공급할 수있었습니다.

기준 설계는 가속도계의 데이터를 스마트 폰으로 무선으로 전송할 수 있는 Solar Dice 입니다. 이 솔루션은 배터리를 사용하지 않으며 매우 컴팩트합니다. 제공된 테스트 데이터 , 회로도 및 기타 문서를 읽거나 찾아 볼 가치가 있습니다.

이것은 내가 여기서 버릴 것이라는 생각입니다 ...

주 전원 코드를 몇 번 정도 감싸는 작은 장치를 사용하는 것이 가능해야합니다 (또는 장치를 전원 코드로 감싸면 확실하지 않습니다). "호스트"장치의 전원이 켜져 있고 전류가 흐르면 전원 코드의 "기생충"에 전원이 공급됩니다. 그러나 ID가있는 무선 "ping"(예 : MAC 주소)을 일부 수신기로 주기적으로 전송하기에 충분합니다. 이것이 당신을 얻는 것은 "멍청한"장치가 켜질 때마다 알려주는 센서입니다. 핑 빈도에 따라 벙어리 장치가 사용하고있는 전력량을 추론 할 수도 있습니다.

이 메커니즘은 간단하고 저렴하며 주 전원 (UL / CE 등)에 꽂는 것에 대한 규제 승인이 필요하지 않기 때문에 누군가는이를 ~ 5 달러의 목표 가격으로 판매 할 수 있습니다. 당신이 그것들을 충분히 얻었을 때 (많은 것을 가질 것입니다), 기계 학습 시스템은 당신의 습관에 대해 배울 수 있습니다 : 헤어 드라이어가 켜져 있습니다, 아마도 취침 시간 ~ 30 분 정도 일 것입니다. 커피 머신이 켜져 있습니다. 라디오를 켜십시오. 또한 사용량 데이터를 얻기 위해 5 달러의 센서보다 30-40 배 많은 스마트 헤어 드라이어 또는 커피 머신을 구입할 필요가 없습니다.

라디에이터는 진동 원 (펌프에서 구동)이어야하지만 공명 주파수를 매우 신중하게 조사해야 할 수도 있습니다.

스위치에 운동 에너지 수확을 포함시키는 것도 가능 하지만, 상상하는 유스 케이스가 아닐 수도 있습니다.

방정식의 다른 측면은 전송에 필요한 에너지 양을 결정하는 것입니다. 이는 누설 / 대기 드레인과 함께 전송 빈도에 대한 정보를 제공합니다.

이것은 우리의 일상 에너지 사용에서 에너지를 수확하는 좋은 아이디어입니다. 그러나 수확하는 에너지는 어딘가에서 나온다는 점을 고려해야합니다. 실내 난방 요소에서 약간의 열을 수확하려면 장치를 통해 전기로 변환 된 모든 열이 실내를 가열하지는 않습니다. 따라서 열 수확기를 설정하기 전에 예전처럼 편안하게 방을 유지하려면 방 히터에서 더 많은 전력을 소비해야합니다.

• 열이 낭비되는 장치에서 열을 가져 오십시오 (즉, 위에서 언급 한 서버 컴퓨터와 같이 열을 발생시키지 않는 주요 물체)는 달성하려는 목표의 정신에있는 것 같습니다.
• Gaston-Lagaffe 스타일에서는 문, 계단 등에 작은 장치를 설치하여 지나갈 때마다 에너지를 생성 할 수 있습니다. 무엇보다도 아이디어는 계단 상단에 작은 다이너 모를 설치할 수 있으며 내려갈 때마다 나일론 코드를 잡고 다이너 모를 작동시킵니다. 아래층으로 내려 가면 코드를 놓아서 되감습니다. 계단 길이가 10m 인 경우 나일론 코드는 약 20m 동안 작동하므로 기어비가 좋고 효율적인 다이나모를 사용하면 주변의 작은 장치에 필요한 전력을 생성 할 수 있습니다.

1. WiFi 신호

   인터넷을 서핑하기 위해 이웃의 Wi-Fi를 도용하는 것을 잊어 버리십시오. Duke University의 Pratt Engineering of School의 연구원들은 저렴한 일상 재료를 사용하여 인터넷을 무선으로 전송하는 데 사용되는 것과 같은 마이크로파 신호를 사용 가능한 전기로 변환 할 수있는 놀라운 장치를 개발했습니다. 따라서 앞으로는 이웃의 Wi-Fi 네트워크를 사용하여 집에 전원을 공급할 수도 있습니다.

2. 벽 뒤 AC 전선의 EM 필드 ( 전선 근처에 장착 된 경우).

   개요-무선 센서 네트워크의 에너지 수확에 상당한 관심이있었습니다. 체온과 같은 열원 및 사람의 운동과 같은 기계적 원천으로부터 에너지 수확이 제안되었다. 전자기 스펙트럼의 가시 부분에서 에너지를 수확하는 센서 네트워크 시스템도 있습니다. 그러나 실내 환경의 주변 조도는 일반적으로 실외에서 발견되는 것보다 현저히 낮으며 실내 환경의 특성에 크게 의존합니다. 최근에는 AC 전력선에서 방출되는 전자기 에너지를 사용하는 저전력 클록 동기화가 제안되었습니다. 이 백서에서는 한 발짝 나아가 질문에 대답하려고합니다. AC 전력선에서 방출되는 전자기 에너지에서 에너지를 수확하여 듀티 사이클이 낮은 무선 센서 네트워크를 작동시키는 데 사용할 수 있습니까? 우리는 그러한 에너지 수확이 유망한 것으로 보입니다.

1. 운동 자전거 / 런닝 머신이 다이너 모에 리깅되었습니다. 이것은 또한 당신에게 운동 동기를 부여 할 것입니다.
2. 기능에 사용할 전자 레인지 / 대류 오븐을 사용하는 대신 조리 장소에 작은 굴뚝을 놓을 수 있습니다 (이탈 증기가 문제가 될 수 있음).
3. 어떻게 해야할지 모르겠지만 사람들은 하루 종일 소파에 앉아 있습니다. 나는 그것이 잠재적 인 에너지라는 것을 알고 있지만 거기에서 무언가를 성취 할 수 있습니다.
4. 위의 답변에서 나온 문 아이디어는 훌륭합니다.
5. 안뜰에 작은 바람 밀스.
6. 태양 전지 (현재 저렴한 제품)는 외부에서 사용할 수 있습니다.
7. Craziest : 샤워 / 탭 아래에 작은 터빈 사용

수확 될 수있는 자주 사용 가능한 온도 차이는 다음과 같습니다.

내부 주택 온도와 외부의 차이 .

온도가 조절되는 생활 환경에서는 종종 다른 방식으로 사소한 차이가 발생합니다. 그럼에도 불구하고 외부 온도는 종종 24 시간 동안 변하지 만 내부 온도는 일정하게 유지하려고합니다. 나는 차이가 적다는 것을 알고 있습니다. 그러나 요점은-많은 시간 동안 존재한다는 것입니다.

이것의 가장 큰 장점은 iOT 센서의 경우 에너지 소스가 천장, 창문, 벽, 바닥 (아마도)과 같은 생활 공간의 주변에서 사용할 수 있다는 것입니다.

그런 다음 다시 호주에 살고 있기 때문에 이것이 섭씨 40도 이상이기 때문에 이것이 합리적이라고 생각할 수도 있습니다. ;-)

충분한 에너지를 수확 할 수 있는지 계산하기 위해 계산을하지 않았습니다 ... 그러나 분명히-필요한 금액에 따라 다릅니다.

한 가지 단점은 그러한 수동적 장치이고 평면 모양이기 때문에 아마도 6 인치 정사각형의 상당히 큰 것을 설계 할 수 있을까요? 천장이나 벽에 설치하는 데는 여전히 미적으로 기쁘다.

한 가지 단점은 외부 온도가 편안한 실내 온도 주위를 맴돌면 차이가별로없는 곳에서 며칠이 걸릴 수 있다는 것입니다.

그냥 생각이야 건배.

부록 : 예, 이것이 자유 에너지가 아니라는 것을 알고 있지만 OP는 명시 적으로 요구하지 않았습니다. IoT 장치의 일반적인 문제는 모든 곳에서 전선을 연결하는 것입니다. 아마도 OP는 적어도 부분적으로 그것을 피하고 싶습니까?

당신.

평균적인 인간은 휴식시 100 와트의 전력을 생산합니다 . 즉 전원에 충분 6 노트북에 대한 당신이 전력의 100 %를 변환 할 수있는 경우 (저가형 노트북을위한 15 W의 추정을 가정) 은 전기로 생산하고 있습니다. 물론 우리는 물리 법칙을 물리 칠 수 없으며 필연적으로 에너지의 100 %를 전기로 변환 할 수 없습니다. 결국, 신진 대사와 신체 기능을위한 에너지가 필요합니다.

체온에서 전력을 생성 하는 펠트를 생성 하는 스타트 업이 있습니다 (대략 1 ~ 2 와트의 전력이 생성 될 수 있음).

또는 IEEE 에서 제공하는이 멋진 인포 그래픽에 표시된 것처럼 운동 용 자전거를 사용하여 전기를 생산할 수도 있습니다 .

그리고 다른 모든 방법이 실패하면 언제든지 센서를 수동으로 페달에 밟을 수 있습니다.

^{출처 : Wikipedia (Public Domain)}

이 방법은 당신이 안에 있고 (일부 방법은 실제로 크랭크 / 페달 / 다이너 모를 작동하기 위해 당신에게 의존하고 있기 때문에) 전적으로 완벽한 방법은 아닙니다.

열에서 전기를 생산하는 것을 언급합니다. 열 에너지를 업무로 전환하는 모든 장치에는 뜨거운면과 시원한면이 있습니다. 열에서 얻을 수있는 이론적 인 최대 에너지는 이러한 온도의 차이에서 비롯됩니다. 즉, 차가운 것은 뜨거운 것만 큼 에너지를 생성하는 데 도움이된다는 것을 의미합니다. 그러나 차가운 것에 매우 가까운 뜨거운 것을 얻을 수 있고 열전 발전기 를 사이에 두면 더 좋습니다 .

당신은 또한 당신이 창조하기 위해 지불하는 에너지를 수확하지 않도록주의하고 싶습니다. 온수 파이프와 냉수 파이프 사이에 약간의 에너지를 얻을 수 있습니다. 그러나 온수기를 더 힘들게 만들면 주 전원을 사용하고 직접 지불 할 수도 있습니다.

반면, 폐수 관 (누군가 샤워를하거나 파스타를 배수하는 것으로 가정)와 냉수 관의 에너지 차이를 이용하면 냉수가 조금 더 따뜻해지고 폐수가 약간 더 시원해집니다. 냉장고에 피드를 사용하는 특정 냉 파이프를 제외하고는 문제가 될 수 있습니다.

지붕에서 내리는 눈

이것은 특히 북부의 답이지만, 상당히 가파른 경사를 가진 금속 지붕이 있고 1 년에 눈이 많이 내리면 미끄러질 때 약간의 에너지가 낭비됩니다.

또는 일년에 눈이 적게 오는 사람들에게 지붕에서 나오는 빗물은 에너지를 수확하기에 좋은 장소입니다. 전기 발전기가 거터에 연결되어 비가 올 때마다 에너지를 생산할 수 있습니다.

인터넷 연결 및 모니터에 연결될 수도 있습니다.

1. 강우량
2. 생성되는 에너지의 양
3. 예상 강우 (날씨 예측)와 실제 강우 비교

잠재적으로 흐르는 물의 양에 따라 발전기의 용량을 조정하기 위해 거터에 센서를 설치할 수도 있습니다.

당신의 유선 전화.

집안의 모든 유선에서 약 48V를 사용할 수 있습니다. 이것에 대해 인터넷에 많은 나쁜 기사가 있지만 이것이 내가 본 것 중 최고입니다.

미국 연방 통신위원회 (FCC)의 통신 규정 제 68 부에는 전화선에 연결되어 있고 활발하게 통신하지 않는 모든 장치는 5MΩ 이상의 저항이 있어야한다고 명시되어 있습니다.

많은 주방 및 기타 가전 제품에도 상당한 진동이 있습니다. 주방에서 식기 세척기와 전자 레인지를 생각하십시오. 세탁기 및 건조기. 모터 (냉각 팬? 턴테이블?)가있는 모든 전자 장치에는 진동 출력이 눈에 띄게 나타납니다.

가능한 많은 옵션이 있지만 내 목록을 수확하는 가장 쉬운 방법의 관점에서 다음과 같습니다.

1. 열전 펠티에 소자에 의해 포집 된 열 에너지 . 열전 소자는 비싸지 않으며 유럽 에서는 Alibaba.COM 및 Amazon.COM에서 구입할 수 있습니다.

   1930 년 초에 열전 소자가 탄화물 램프 로부터 에너지를 수확하는 툰드라 에 소련의 라디오에 사용되었습니다 .

2. 오늘날 태양 에너지는 매우 정교하고 멋진 제품입니다. 예를 들어 SolarWindow 와 같은 것이 그것을 사용하는 동기가 될 수 있습니다.

3. 1880 년 피에르 큐리 (Pierre Curie) 와 그의 형제가 발견 한 압전 ( Piezoelectric ) 폴리머는 정말 매력적인 재료입니다. 몇 년 동안 우리 팀은 덴마크 회사 Danfoss가 소개 한 PolyPower 와 같은 소재를 가지고 놀고 있습니다.

약간 모호한 대답은 '센서에서'입니다. 하드웨어 이벤트를 주도함으로써 배터리를 하드웨어의 교체 불가능한 부분으로 간주 할 수있는 정도까지 크게 대기 전력을 향상시킬 수 있습니다.

브리스톨 대학교 (University of Bristol)의 pA 누출을위한 스위칭 소자를 최적화 한이 연구 를 참조하십시오 . 이전에 이것을 보았지만 장치 사용 범위를 설명하는 비디오를 볼 때까지 실용적인 가치에 감사하지 않았습니다.