Tôi có thể thu hoạch năng lượng trong nhà để cung cấp năng lượng cho cảm biến không dây ở đâu?

Tôi đã đọc bài viết này, "Năm khối xây dựng của nút cảm biến không dây tự cấp nguồn" (được chia sẻ trên Meta ) về thu hoạch năng lượng trong IoT.

Nó liệt kê một vài nguồn năng lượng có thể thu hoạch được, ví dụ:

• năng lượng nhiệt
• năng lượng rung

Tôi đang lên kế hoạch thực hiện một số nguyên mẫu, thiết bị thu hoạch để khám phá các khả năng. Để có được một số dữ liệu thử nghiệm về bao nhiêu năng lượng có thể được thu hoạch trong nhà của tôi. Hiện tại tôi đang cố gắng xác định các điểm có thể có trong nhà của tôi, nơi những máy thu năng lượng này có thể được đặt và sử dụng hiệu quả.

Những gì tôi mặc dù:

• Có lẽ một máy gặt năng lượng rung có thể được gắn vào máy giặt trong phòng tắm. Môi trường rủi ro vì độ ẩm có thể khá cao nên cần có sự bảo vệ thích hợp.
• Máy gặt năng lượng nhiệt có thể được đặt gần lò nướng trong bếp.
• Máy thu năng lượng nhiệt có thể được đặt gần các bộ phận sưởi ấm trong phòng ngủ.

Những phần khác của căn hộ tôi nên đặt máy gặt tiếp theo để thử nghiệm?

Vì vậy, ví dụ lò vi sóng có thể là một nguồn có thể hoặc các thiết bị nhà bếp được sử dụng thường xuyên khác?

Tôi có một nồi hơi điện phía trên phòng tắm của tôi (bên trong căn hộ), vì vậy có lẽ các ống nước nóng chảy xuống phòng tắm cũng là nguồn tốt.

Những gì khác có thể ở đó? Có nhiều khả năng để thu hoạch năng lượng rung trong nhà không?

Cửa cuốn !!!

Tôi không biết nó có nằm trong phạm vi câu hỏi của bạn không nhưng bạn không thể tưởng tượng được năng lượng lãng phí khi mở / đóng cửa!

Một bộ truyện tranh Pháp có tên Gaston Lagaffe viết năm 1970 đã giới thiệu một người thu hoạch năng lượng của một cánh cửa mở để ép cam, in một bức tranh, pha cà phê, ...

EDIT , nhờ nhận xét của Olivier Dulac, tôi đã có thể tìm thấy dải mà không cần phải đọc tất cả bộ sưu tập Gaston của mình! Dịch nếu từ tôi nhưng tôi không thể dịch bức tranh cuối cùng, đó là một cách chơi chữ của người Pháp về những lời nói không hay về bản thân khi chúng ta điên.

Để ở trong phạm vi câu hỏi của bạn, tôi nghĩ đến một số tình huống:

• Bước chân? Thu hoạch rung động với một mảng bám nơi mọi người đi bộ nhiều nhất: lối vào, nơi bạn đặt áo khoác, gần sân chơi Kinect.
• Máy tính, máy chủ: thu hoạch nhiệt của họ.
• Làm một lò hơi ngoài trời bằng cách sử dụng các tấm mái nước nóng (tất nhiên bạn cần thỏa thuận của chủ nhà) và thu hoạch nhiệt.
• Có giày sạc!

Năng lượng mặt trời thậm chí còn ở trong nhà thay thế cho thu hoạch năng lượng nhiệt và rung động. Quang điện trong nhà này sử dụng cả ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo.

Về tính khả thi của việc thu hoạch năng lượng ánh sáng trong nhà cho các mạng cảm biến không dây (Carlos Carvalho và Nuno Paulino) thảo luận về việc thu hoạch năng lượng ánh sáng trong nhà của sự chiếu sáng tự nhiên bị suy giảm. Các tác giả mô tả việc cung cấp năng lượng cho nút cảm biến không dây công suất thấp với mức năng lượng trung bình là 11,51 166. Mức năng lượng trung bình thấp này đạt được bằng một chu kỳ nhiệm vụ rất thấp của hệ thống chỉ thực hiện một lần truyền mỗi giờ.

Định cỡ máy thu năng lượng mặt trời cho mạng cảm biến không dây (Ứng dụng Murata Lưu ý M1002) so sánh các nguồn năng lượng xung quanh khác nhau:

Rõ ràng việc sử dụng ánh sáng xung quanh trong môi trường trong nhà mang lại lợi nhuận thấp hơn các nguồn khác, nhưng nó vẫn có thể giải quyết được trong một số trường hợp sử dụng nhất định.

Trong khi có rất nhiều câu trả lời có giá trị cho câu hỏi của tôi, tôi cũng đã thực hiện một số nghiên cứu sâu hơn về chủ đề này.

Tôi đã tìm thấy một giải pháp thu hoạch bổ sung và cũng là một thiết kế tham khảo tuyệt vời về một nút cảm biến năng lượng mặt trời không dây, không sử dụng pin.

Đầu tiên phương pháp bổ sung từ Texas Cụ, được gọi là kỹ thuật thu hoạch chuyển đổi RF . (Video đáng xem, phần chuyển đổi RF bắt đầu lúc 2:29.) Nó dựa trên một công tắc từ mà cấu trúc có thể được nhìn thấy trên hình ảnh bên dưới.

Trên bản vẽ ở đây màu đỏ là phần chuyển đổi người dùng sẽ đẩy. Chúng tôi có một nam châm bên trong với hai cực. Và điều này đang tạo ra một trường nam châm thông qua lõi này trở lại cực khác.

Khi người dùng lật công tắc, bạn có thể thấy trường thay đổi. Nó đi theo hướng ngược lại thông qua lõi. Và chúng ta biết từ các phương trình của Maxwell rằng sự thay đổi trong từ trường thông qua các cuộn dây này sẽ tạo ra một dòng điện. Đây là năng lượng mà chúng ta có thể thu hoạch và sử dụng.

Công tắc tạo ra dòng điện xoay chiều cần được chuyển đổi thành dòng điện một chiều có thể sạc tụ điện. Sau đó, năng lượng được lưu trữ trong tụ điện có thể được sử dụng để cấp nguồn cho MCU không dây công suất thấp.

TI đã thực sự nhận ra điều này và họ có thể cung cấp đủ năng lượng trong 21 mili giây cho MCU không dây.

Thiết kế tham chiếu là Dice Solar có thể truyền không dây dữ liệu của máy gia tốc đến điện thoại thông minh. Giải pháp không sử dụng pin và khá nhỏ gọn. Đáng đọc hoặc duyệt các dữ liệu thử nghiệm , sơ đồ và các tài liệu khác được cung cấp .

Đây là một ý tưởng mà tôi đã có mà tôi sẽ ném ra đây ...

Có vẻ như có thể có một thiết bị nhỏ mà bạn chỉ cần quấn dây nguồn chính một vài lần (hoặc quấn thiết bị quanh dây nguồn, tôi không chắc là cái nào). Khi thiết bị "máy chủ" được bật nguồn và dòng điện đang chảy, "ký sinh trùng" trên dây nguồn sẽ trở nên hoạt động - rõ ràng là không nhiều. Nhưng, có lẽ đủ để định kỳ gửi "ping" không dây có ID (như địa chỉ MAC) đến một số người nhận. Những gì điều này sẽ mang lại cho bạn là một cảm biến sẽ cho bạn biết bất cứ khi nào thiết bị "câm" được bật. Dựa trên tần số của các lệnh ping, bạn thậm chí có thể suy ra mức năng lượng mà thiết bị câm đang sử dụng.

Vì cơ chế này sẽ đơn giản và không tốn kém, và không yêu cầu sự chấp thuận theo quy định để cắm vào nguồn điện chính (UL / CE, v.v.) nên có thể ai đó có thể bán chúng trong các gói với giá mục tiêu ~ 5 đô la mỗi cái. Khi bạn có đủ chúng (đó sẽ là điểm cần có), một hệ thống máy học có thể học được những điều về thói quen của bạn: Máy sấy tóc được bật, có lẽ là ~ 30 phút trước khi đi ngủ. Máy pha cà phê đang bật, bật radio ... đại loại thế. Và bạn không cần phải mua máy sấy tóc thông minh hoặc máy pha cà phê có giá gấp 30 - 40 lần so với cảm biến 5 đô la chỉ để có được dữ liệu sử dụng đó.

Bộ tản nhiệt phải là một nguồn rung (được điều khiển từ máy bơm), mặc dù bạn có thể cần phải điều tra tần số cộng hưởng khá cẩn thận.

Cũng có thể nhúng thu hoạch động năng trong các công tắc , mặc dù đó có thể không hoàn toàn là trường hợp sử dụng mà bạn đang tưởng tượng.

Mặt khác của phương trình là xác định lượng năng lượng bạn cần cho một lần truyền, điều này sẽ cung cấp cho bạn một số thông tin về mức độ thường xuyên có thể truyền, cùng với sự rò rỉ / thoát nước dự phòng của bạn.

Đây là một ý tưởng tuyệt vời để thu hoạch năng lượng từ việc sử dụng năng lượng hàng ngày của chúng tôi. Nhưng bạn phải xem xét rằng năng lượng bạn thu hoạch đến từ đâu đó. Nếu bạn muốn thu hoạch một lượng nhiệt từ các bộ phận sưởi ấm trong phòng, bạn phải lưu ý rằng tất cả nhiệt được chuyển đổi thành điện qua thiết bị của bạn sẽ không làm nóng phòng. Vì vậy, máy sưởi phòng của bạn sẽ phải tiêu thụ nhiều điện hơn nếu bạn muốn giữ cho căn phòng của mình thoải mái như trước đây trước khi bạn thiết lập máy gặt nhiệt.

• Lấy nhiệt từ các thiết bị mà nhiệt bị lãng phí (tức là bất kỳ đối tượng nào có vai trò chính không phải là nhiệt, như máy tính của máy chủ như đã nói ở trên) dường như tập trung hơn vào tinh thần của những gì bạn muốn đạt được.
• Theo kiểu Gaston-Lagaffe, bạn có thể thiết lập các thiết bị nhỏ trên cửa ra vào, cầu thang, v.v ... để tạo năng lượng mỗi khi bạn đi ngang qua. Một ý tưởng khác, bạn có thể thiết lập một máy phát điện nhỏ ở đầu cầu thang và mỗi khi bạn đi xuống, bạn lấy một sợi dây nylon và chạy máy phát điện. Sau khi xuống cầu thang, bạn buông dây và nó tua lại. Dây nylon sẽ chạy trong khoảng 20m nếu cầu thang của bạn dài 10m, vì vậy với tỷ lệ bánh răng tốt và máy phát điện hiệu quả, bạn có thể tạo ra lượng điện năng cần thiết cho bất kỳ thiết bị nhỏ nào xung quanh.

1. Tín hiệu WiFi

   Hãy quên việc ăn cắp Wi-Fi của hàng xóm để lướt internet. Sử dụng các vật liệu rẻ tiền hàng ngày, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Pratt của Đại học Duke đã phát triển một thiết bị đáng chú ý có thể chuyển đổi tín hiệu vi sóng, giống như các thiết bị được sử dụng để truyền internet không dây, thành điện có thể sử dụng. Vì vậy, trong tương lai, thay vào đó, bạn có thể sử dụng mạng Wi-Fi của hàng xóm để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của mình.

2. Trường EM từ dây AC phía sau tường (nếu được gắn gần dây điện).

   Tóm tắt - Đã có sự quan tâm đáng kể trong việc thu hoạch năng lượng cho các mạng cảm biến không dây. Thu hoạch năng lượng từ các nguồn nhiệt như nhiệt cơ thể và các nguồn cơ học như chuyển động của con người đã được đề xuất. Ngoài ra còn có các hệ thống mạng cảm biến thu hoạch năng lượng từ phần nhìn thấy của phổ điện từ. Tuy nhiên, mức độ ánh sáng xung quanh trong môi trường trong nhà thường thấp hơn đáng kể so với mức ánh sáng ngoài trời và phụ thuộc nhiều vào bản chất của môi trường trong nhà được xem xét. Gần đây, đồng bộ hóa đồng hồ công suất thấp sử dụng năng lượng điện từ tỏa ra từ các dòng điện AC đã được đề xuất. Trong bài báo này, chúng tôi đi trước một bước và cố gắng trả lời câu hỏi: Năng lượng có thể được thu hoạch từ năng lượng điện từ tỏa ra từ các đường nguồn AC và sử dụng nó để vận hành mạng cảm biến không dây với chu kỳ nhiệm vụ thấp? Chúng tôi thấy rằng thu hoạch năng lượng như vậy xuất hiện đầy hứa hẹn.

1. Một chiếc xe đạp tập thể dục / máy chạy bộ được trang bị cho một máy nổ. Điều này cũng sẽ cung cấp cho bạn một động lực để làm việc.
2. Thay vì sử dụng lò vi sóng / lò đối lưu sẽ ăn vào chức năng của chúng, bạn có thể đặt một ống khói nhỏ trên nơi nấu nướng (mặc dù hơi thoát ra có thể gây ra vấn đề).
3. Tôi không biết chính xác làm thế nào, nhưng mọi người ngồi trên ghế dài cả ngày. Tôi biết rằng đó là năng lượng tiềm năng, nhưng một cái gì đó có thể đạt được ở đó.
4. Ý tưởng cửa từ các câu trả lời trên là tuyệt vời.
5. Cối xay gió nhỏ trong hiên nhà.
6. Pin mặt trời (có sẵn với giá rẻ bây giờ) có thể được sử dụng bên ngoài.
7. Craziest : Sử dụng một tuabin nhỏ dưới vòi hoa sen / vòi

Một chênh lệch nhiệt độ thường có sẵn có thể được thu hoạch sẽ là:

sự khác biệt giữa nhiệt độ bên trong nhà và bên ngoài .

Với môi trường sống được kiểm soát nhiệt độ, thường sẽ có một sự khác biệt không tầm thường, bằng cách này hay cách khác. Ngay cả khi không có điều đó, nhiệt độ bên ngoài thường thay đổi trong 24 giờ, trong khi chúng tôi cố gắng giữ nhiệt độ bên trong không đổi - Rất nhiều ngày vẫn có thể có sự khác biệt. Tôi biết sự khác biệt là nhỏ, - Nhưng vấn đề là - Nó ở đó rất nhiều thời gian.

Đối với tôi, một lợi thế rất lớn đối với cảm biến iOT là nguồn năng lượng có sẵn ở phần lớn ngoại vi của không gian sống - Trần, cửa sổ, tường, sàn (có lẽ).

Sau đó, một lần nữa, có lẽ tôi chỉ nghĩ rằng điều này là hợp lý bởi vì tôi sống ở Úc và chúng tôi có những ngày trên 40 độ C. ;-)

Tôi chưa thực hiện bất kỳ tính toán nào để tìm hiểu xem bạn có thể thu hoạch đủ năng lượng hay không ... Nhưng rõ ràng - Phụ thuộc vào mức độ bạn cần.

Một nhược điểm là trở thành một thiết bị thụ động và có hình dạng phẳng, bạn có thể thiết kế một cái gì đó khá lớn, ví dụ, 6 inch vuông? nhưng vẫn thẩm mỹ cho trần hoặc treo tường.

Một nhược điểm là bạn có thể nhận được nhiều ngày liên tiếp khi không có nhiều chênh lệch - Nếu nhiệt độ bên ngoài dao động quanh nhiệt độ phòng thoải mái.

Chỉ là một ý nghĩ. Chúc mừng.

ĐỊA CHỈ: Vâng, tôi biết đây không phải là năng lượng miễn phí, nhưng OP không yêu cầu rõ ràng về điều đó. Một vấn đề phổ biến với các thiết bị IoT là chạy dây ở khắp mọi nơi. Có lẽ OP, ít nhất là một phần, chỉ muốn tránh điều đó?

Bạn.

Con người trung bình tạo ra 100 watt năng lượng khi nghỉ ngơi . Thế là đủ để cung cấp năng lượng cho khoảng 6 máy tính xách tay (giả sử ước tính 15 W cho máy tính xách tay cấp thấp) nếu bạn có thể chuyển đổi 100% năng lượng bạn sản xuất thành điện năng. Tất nhiên, chúng ta không thể đánh bại các định luật vật lý và chắc chắn bạn không thể chuyển đổi 100% năng lượng thành điện năng; Rốt cuộc, bạn cần năng lượng cho sự trao đổi chất và các chức năng cơ thể của bạn.

Có những phần khởi động tạo cảm giác tạo ra sức mạnh từ nhiệt độ cơ thể của bạn (có thể tạo ra khoảng 1 hoặc 2 watt từ đó).

Ngoài ra, bạn có thể sử dụng một chiếc xe đạp tập thể dục để tạo ra điện, như được hiển thị trong infographic thực sự tuyệt vời này của IEEE .

Và, nếu thất bại, bạn luôn có thể đạp tay các cảm biến của mình:

^{Nguồn: Wikipedia (Miền công cộng)}

Phương pháp này phụ thuộc vào bạn ở bên trong (và một số phương pháp dựa vào bạn thực sự có mặt để vận hành tay quay / bàn đạp / máy phát điện), vì vậy nó không hoàn toàn không thể đánh lừa được.

Bạn đề cập đến việc tạo ra điện từ nhiệt. Tất cả các thiết bị biến năng lượng nhiệt thành công việc đều có mặt nóng và mặt mát. Năng lượng tối đa theo lý thuyết có sẵn từ nhiệt đến từ sự chênh lệch giữa các nhiệt độ đó. Điều này có nghĩa là những thứ lạnh cũng tốt để tạo ra năng lượng như những thứ nóng - nhưng bạn sẽ làm tốt hơn nữa nếu bạn có thể có được một thứ nóng rất gần với một thứ lạnh và đặt một máy phát nhiệt điện ở giữa.

Bạn cũng muốn cẩn thận không thu hoạch năng lượng mà bạn đang trả tiền để tạo ra. Bạn có thể nhận được một số năng lượng giữa ống nước nóng và ống nước lạnh - nhưng sau đó bạn chỉ làm cho máy nước nóng của bạn hoạt động mạnh hơn - cũng có thể chỉ cần sử dụng nguồn điện và trả tiền trực tiếp.

Mặt khác, nếu bạn khai thác chênh lệch năng lượng giữa ống nước thải (giả sử ai đó tắm nước nóng hoặc xả mì ống) và ống lạnh, thì nước lạnh của bạn sẽ ấm hơn một chút và nước thải của bạn sẽ hơi lạnh hơn - có thể là một vấn đề (trừ khi đường ống lạnh cụ thể bạn đang sử dụng thức ăn vào tủ lạnh của bạn).

Tuyết trượt khỏi mái

Đây là một câu trả lời đặc biệt ở phía bắc, nhưng nếu bạn có một mái nhà kim loại với độ dốc khá cao và bạn nhận được một lượng tuyết kha khá trong năm, thì có khá nhiều năng lượng bị lãng phí khi trượt ra ngoài.

Ngoài ra, đối với những người nhận được ít tuyết trong năm, nước mưa chảy ra từ mái nhà là một nơi tốt để thu hoạch năng lượng. Một máy phát điện có thể được nối với máng xối của bạn, tạo ra năng lượng bất cứ khi nào trời mưa.

Nó cũng có thể được nối với kết nối và màn hình Internet của bạn:

1. Lượng mưa
2. Lượng năng lượng được tạo ra
3. So sánh giữa lượng mưa dự kiến ​​(từ dự báo thời tiết) và lượng mưa thực tế

Có khả năng, bạn thậm chí có thể có các cảm biến trong máng xối để điều chỉnh công suất phát điện dựa trên lượng nước chảy qua.

Đường đất của bạn.

Có khoảng 48V có sẵn trên bất kỳ đường đất trong nhà của bạn. Rất nhiều bài viết xấu trên internet về điều này, mặc dù đây có vẻ là bài viết hay nhất tôi từng thấy.

Phần 68 của các quy định viễn thông của Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ tuyên bố rằng bất kỳ thiết bị nào kết nối với đường dây điện thoại và không liên lạc tích cực đều phải có mức kháng cự ít nhất 5 MΩ

Nhiều nhà bếp và các thiết bị gia dụng khác cũng có rung động đáng kể. Hãy nghĩ rằng máy rửa chén và lò vi sóng trong nhà bếp. Máy giặt quần áo & máy sấy. Bất kỳ bit điện tử nào có động cơ (quạt làm mát? Bàn xoay?) Có khả năng có đầu ra rung đáng chú ý.

Có nhiều lựa chọn có thể nhưng về mặt cách dễ nhất để thu hoạch danh sách của tôi sẽ là:

1. Năng lượng nhiệt thu được bởi các yếu tố Peltier nhiệt điện . Các yếu tố nhiệt điện không đắt tiền và có sẵn ở châu Âu , trên Alibaba.COM và Amazon.COM .

   Xin lưu ý rằng trở lại vào năm 1930 yếu tố nhiệt điện được sử dụng trong radio ở Liên Xô trong tundras năng lượng thu hoạch từ Đèn cacbua .

2. Năng lượng mặt trời ngày nay có những sản phẩm rất tinh vi và mát mẻ. Ví dụ, một cái gì đó như SolarWindow có thể là một động lực để sử dụng nó.

3. Áp điện (được phát hiện vào năm 1880 bởi Pierre Curie và anh trai) là các vật liệu thực sự hấp dẫn. Trong vài năm, nhóm của tôi đang chơi với vật liệu PolyPower như vậy được giới thiệu bởi công ty Đan Mạch Danfoss .

Một câu trả lời hơi mơ hồ là 'từ cảm biến'. Bằng cách làm cho sự kiện phần cứng được điều khiển, bạn có khả năng có thể cải thiện năng lượng dự phòng với cường độ lớn đến mức pin có thể được coi là một phần không thể thay thế của phần cứng của bạn.

Xem nghiên cứu này từ Đại học Bristol nơi họ đã tối ưu hóa một yếu tố chuyển đổi cho rò rỉ pA. Mặc dù tôi đã thấy điều này khi đi qua, tôi không đánh giá cao giá trị thực tế cho đến khi xem video mô tả phạm vi sử dụng thiết bị.