Sustavi za upravljanje energijom koji prikupljaju energiju iz okoline napajat će milijarde malenih uređaja na Internetu stvari. Očekuje se da će biti značajni čimbenici u revolucioniziranju društva
ČETVRTA INDUSTRIJSKA REVOLUCIJA
Pametni uređaji bez baterija prikupljat će energiju iz okoline
Sićušni elektronički uređaji povezani s internetom postaju sveprisutni. Takozvani Internet stvari (IoT) omogućuje da naši pametni uređaji u domu i tehnologija koju nosimo na sebi poput pametnih satova međusobno komuniciraju i surađuju. IoT uređaji sve se više upotrebljavaju u svim industrijama kako bi poticali međusobnu povezanost i pametnu automatizaciju kao dio 'četvrte industrijske revolucije'.
Četvrta industrijska revolucija zasniva se na već raširenoj digitalnoj tehnologiji poput povezanih uređaja, umjetne inteligencije, robotike i 3D printa. Očekuje se da će ona biti značajan čimbenik u revolucioniziranju društva, gospodarstva i kulture.
Ti maleni, autonomni, međusobno povezani i često bežični uređaji već imaju ključnu ulogu u našim svakodnevnim životima time što nam pomažu da budemo učinkovitiji u upotrebi resursa i energije, organiziraniji, sigurniji i zdraviji.
Međutim, ključan je izazov kako napajati te malene uređaje. Očigledan odgovor glasi 'baterije'. No, nije baš tako jednostavno.
Maleni uređaji
Mnogi od tih uređaja premaleni su da bi upotrebljavali dugotrajne baterije i smješteni na udaljenim ili teško dostupnim mjestima – primjerice, usred oceana gdje prate lokaciju brodskog kontejnera ili na vrhu silosa sa žitaricama gdje prate njihove razine. Na takvim lokacijama servisiranje nekih IoT uređaja ekstremno je izazovno te komercijalno i logistički neizvedivo.
Voditelj IKT-a za energetsku učinkovitost na Nacionalnom institutu Tyndall u Irskoj Mike Hayes ukratko je opisao stanje na tržištu.
- Očekuje se da ćemo do 2025. u svijetu imati trilijun senzora. To je tisuću milijardi senzora - kaže on.
Ta brojka nije toliko luda kao što se na prvi pogled čini, kaže Hayes, koordinator projekta EnABLES (Europska infrastruktura koja napaja Internet stvari), koji se financira iz programa Obzor.
Ako pomislite na senzore u tehnologiji koju osoba može nositi na sebi ili imati u automobilu, domu, uredu te tome dodate senzore ugrađene u infrastrukturi oko njih poput cesta i željeznica, lako ćete vidjeti odakle dolaze te brojke, objašnjava on.
- Uz trilijun IoT senzora koji se predviđaju za svijet 2025. svakoga dana na odlagališta otpada bacat ćemo više od 100 milijuna baterija, osim ako im bitno ne produžimo životni vijek - kaže Hayes.
Životni vijek baterija
Odlagališta otpada nisu jedina stavka Također moramo razmotriti odakle ćemo nabaviti sav materijal za proizvodnju baterija. Projektom EnABLES pozivamo EU i predvodnike u industriji da razmisle o životnom vijeku baterija od samog početka, kada izrađuju nacrte IoT uređaja, te osiguraju da baterije ne ograničavaju životni vijek uređaja.
- Nije nam potrebno da uređaj traje vječno. Trik je u tome da mora nadživjeti aplikaciju koju poslužuje. Primjerice, ako želite nadzirati dio industrijske opreme, vjerojatno želite da vam uređaj traje pet do 10 godina. A u nekim slučajevima, ako ionako provodite redovito servisiranje svake tri godine, vjerojatno je dovoljno dobro da baterija traje više od tri ili četiri godine - kaže Hayes.
Iako mnogi uređaji imaju operativni vijek dulji od 10 godina, trajanje baterije u bežičnim senzorima obično je jednu do dvije godine.
Prvi korak prema duljem vijeku trajanja baterije je povećati količinu energije koja se crpi iz baterija. Također, smanjenje količine energije koju uređaj troši produljit će životni vijek baterije. No, projekt EnABLES seže dalje od toga.
U projektu sudjeluje 11 vodećih europskih istraživačkih instituta. U suradnji s drugim dionicima, u sklopu projekta EnABLES nastoji se razviti inovativne načine za prikupljanje malenih količina energije iz okoline, poput energije svjetla, topline i vibracija.
Prikupljanjem takvih vrsta energije dodatno će se produljiti životni vijek baterije. Cilj je stvoriti baterije koje će se same puniti, a koje će trajati dulje ili u konačnici biti autonomne.
Prikupljači energije
Prikupljači energije iz okoliša, poput malenog prikupljača vibracija ili unutarnje solarne ploče koji stvaraju niske količine energije (u iznosima koji se mjere u milivatima) mogli bi značajno produljiti vijek trajanja baterije u mnogim uređajima, kaže Hayes. Oni uključuju predmete za svakodnevnu upotrebu poput satova, oznaka za radiofrekvencijsku identifikaciju (RFID), slušnih pomagala, detektora ugljičnog dioksida te senzora za temperaturu, osvjetljenje i vlažnost.
U sklopu projekta EnABLES također se stvaraju druge ključne tehnologije potrebne za sićušne IoT uređaje. Ne zadovoljavajući se samo poboljšanjem energetske učinkovitosti, projektom se također nastoji razviti okvir, kao i standardizirane i međusobno povezive tehnologije za te uređaje.
Jedan od ključnih izazova kod IoT alata s autonomnim napajanjem je upravljanje energijom. Izvor energije može biti povremen i vrlo niske razine energije (mikrovati), a različite metode prikupljanja daju različite oblike energije. Za njihovo pretvaranje u električnu energiju potrebne su različite tehnike.
Postojani mlaz
Huw Davies izvršni je direktor kompanije Trameto koja razvija upravljanje energijom za piezoelektrične uređaje. On naglašava da energija iz fotonaponskih uređaja najčešće dolazi u obliku postojanog slabog mlaza, dok energija iz piezoelektričnih uređaja, koji pretvaraju energiju kretanja (vibracija) iz okoline u električnu energiju, najčešće dolazi u izbojima.
- Potreban vam je način na koji ćete tu energiju skladištiti lokalno u trgovini prije no što se isporuči te su vam potrebni načini kako ćete time upravljati - kaže Davies.
On je koordinator projekta HarvestAll koji se financira iz programa Obzor, a u sklopu kojega je razvijen sustav za upravljanje energijom za energiju iz okoline nazvan OptiJoule.
OptiJoule radi s piezoelektričnim materijalima, fotonaponskim uređajima i termoelektričnim generatorima. Može funkcionirati s bilo kojim od tih izvora pojedinačno ili s više izvora za prikupljanje energije istovremeno.
Cilj je omogućiti da autonomni senzori postanu samoodrživi. U načelu je to posve jednostavno.
- Govorimo o senzorima kojima je dovoljna izrazito malena količina energije i koji provode digitalna mjerenja. Temperatura, vlažnost, tlak zraka, bez obzira, s tim da se podaci iz njih prenose na internet - kaže Davies.
Integrirani sklopovi
Uređaj za upravljanje energijom HarvestAll s integriranim sklopom prilagođava se kako bi odgovarao različitim uređajima za prikupljanje energije. On preuzima različitu i povremenu energiju koju stvaraju ti prikupljači i pohranjuje je, primjerice u bateriji ili kondenzatoru, a potom upravlja isporukom stabilnog izlaza energije prema senzoru.
Slično projektu EnABLES, ideja je stvoriti standardiziranu tehnologiju koja će omogućiti brzi razvoj IoT uređaja s dugovječnom ili autonomnom baterijom u Europi i svijetu.
Davies kaže da sklop za upravljanje energijom radi posve autonomno i automatski. Izrađen je tako da ga se može jednostavno uključiti u prikupljač energije ili njihovu kombinaciju te u senzor. Kao zamjena za bateriju ima značajnu prednost, kaže Davies, jer 'će jednostavno djelovati'.
Istraživanja u ovom članku financira EU. Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
Više informacija možete pronaći na poveznicama u nastavku.
Članak je izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu EU-a za istraživanje i inovacije.
Sve što je bitno, na dohvat ruke
Skini aplikaciju za najbolje iskustvo portala. Čitaj, komentiraj i budi uvijek u toku s najnovijim vijestima.
Odaberi temu koju želiš pratiti
Primaj sve nove vijesti o temi i budi u tijeku
