Di mana saya dapat memanen energi di rumah saya untuk memberi daya pada sensor nirkabel saya?

Saya sedang membaca artikel ini, "Lima Blok Bangunan Node Sensor Nirkabel Nirkabel" (dibagikan di Meta ) tentang pemanenan energi di IoT.

Ini mencantumkan beberapa sumber energi yang dapat dipanen misalnya:

• energi termal
• energi getaran

Saya berencana untuk mengimplementasikan beberapa prototipe, perangkat pemanen untuk mengeksplorasi kemungkinan. Untuk mendapatkan beberapa data percobaan tentang berapa banyak energi yang dapat dipanen di rumah saya. Saat ini saya sedang mencoba mengidentifikasi tempat-tempat yang mungkin ada di rumah saya di mana pemanen energi ini dapat ditempatkan dan digunakan secara efisien.

Apa yang saya pikirkan:

• Mungkin pemanen energi getaran bisa dipasang ke mesin cuci di kamar mandi. Lingkungan berisiko karena kelembabannya bisa sangat tinggi sehingga diperlukan perlindungan yang tepat.
• Pemanen energi termal dapat ditempatkan di dekat oven di dapur.
• Pemanen energi termal dapat ditempatkan di dekat elemen pemanas di kamar tidur.

Apa bagian lain dari apartemen yang harus saya tempatkan pemanen lebih lanjut untuk percobaan?

Jadi misalnya, apakah oven microwave bisa menjadi sumber yang memungkinkan atau peralatan dapur lainnya yang sering digunakan?

Saya memiliki ketel listrik di atas kamar mandi saya (di dalam apartemen), jadi mungkin pipa air panas mengalir ke kamar mandi adalah sumber yang baik juga.

Apa lagi yang bisa ada di sana? Apakah ada kemungkinan untuk memanen energi getaran di rumah?

PINTU !!!

Saya tidak tahu apakah itu dalam lingkup pertanyaan Anda, tetapi Anda tidak dapat membayangkan energi terbuang untuk membuka / menutup pintu!

Sebuah komik strip Perancis bernama Gaston Lagaffe yang ditulis pada tahun 1970 memperkenalkan seseorang yang memanen energi pintu pembuka untuk menekan jeruk, mencetak gambar, membuat kopi, ...

EDIT , terima kasih untuk komentar Olivier Dulac, saya dapat menemukan strip tanpa harus membaca semua koleksi Gaston saya! Terjemahan jika dari saya, tetapi saya tidak bisa menerjemahkan gambar terakhir, itu adalah kata Prancis pada kata-kata tentang unhinging diri kita sendiri ketika kita marah.

Untuk tetap berada dalam ruang lingkup pertanyaan Anda, saya memikirkan beberapa skenario:

• Langkah kaki? Memanen getaran dengan plakat tempat orang berjalan paling banyak: pintu masuk, tempat Anda meletakkan mantel, di dekat lapangan bermain Kinect.
• Komputer, server: memanen panasnya.
• Buat boiler luar ruangan menggunakan panel atap air panas (tentu saja Anda membutuhkan persetujuan pemilik Anda) dan panen panas.
• Ada sepatu pengisian!

Energi matahari bahkan di dalam ruangan merupakan alternatif dari pemanenan energi termal dan getaran. Fotovoltaik dalam ruangan ini menggunakan cahaya alami dan cahaya buatan.

Mengenai Kelayakan Pemanenan Energi Cahaya Dalam Ruangan untuk Jaringan Sensor Nirkabel (Carlos Carvalho dan Nuno Paulino) membahas pemanenan energi cahaya dalam ruangan dari pencahayaan alami yang dilemahkan. Para penulis menggambarkan pemberian daya dari simpul sensor nirkabel daya rendah dengan tingkat daya rata-rata 11,51 μW. Tingkat daya rata-rata yang rendah ini dicapai oleh siklus tugas sistem yang sangat rendah sehingga hanya satu transmisi setiap jam.

Mengukur Pemanen Energi Surya untuk Jaringan Sensor Nirkabel (Murata Application Note M1002) membandingkan berbagai sumber energi sekitar:

Jelas penggunaan lampu ambient dalam pengaturan indoor menghasilkan pengembalian yang lebih rendah dari sumber lain, masih bisa bekerja untuk kasus penggunaan tertentu.

Walaupun memiliki begitu banyak jawaban berharga untuk pertanyaan saya, saya juga telah melakukan penelitian lebih lanjut tentang topik ini.

Saya telah menemukan solusi pemanenan tambahan dan juga desain referensi yang bagus tentang nirkabel, simpul sensor bertenaga energi surya, tanpa menggunakan baterai.

Pertama metode tambahan dari Texas Instruments, yang disebut teknik panen saklar RF . (Video layak ditonton, bagian sakelar RF dimulai pukul 2:29.) Video ini didasarkan pada sakelar magnetik yang strukturnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Pada gambar di sini yang berwarna merah adalah bagian sakelar yang akan ditekan pengguna. Kami memiliki magnet di dalam dengan dua kutub. Dan ini menciptakan medan magnet melalui inti ini kembali ke kutub lainnya.

Saat pengguna membalik sakelar, Anda dapat melihat bidang berubah. Ia pergi ke arah yang berlawanan melalui inti. Dan kita tahu dari persamaan Maxwell bahwa perubahan medan magnet melalui belitan ini akan menghasilkan arus. Ini adalah energi yang dapat kita panen dan manfaatkan.

Saklar menghasilkan arus AC yang perlu dikonversi ke arus DC yang dapat mengisi daya kapasitor. Kemudian energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat digunakan untuk menyalakan MCU nirkabel berdaya rendah.

TI sebenarnya telah menyadari hal ini dan mereka mampu memasok energi yang cukup untuk 21 milidetik untuk MCU nirkabel.

Desain referensi adalah Solar Dice yang secara nirkabel dapat mengirimkan data accelerometer ke telepon pintar. Solusinya tidak menggunakan baterai dan cukup kompak. Layak dibaca atau browsing data tes yang disediakan , skema dan dokumen lainnya.

Ini adalah ide yang saya punya bahwa saya akan membuang di sini ...

Sepertinya itu mungkin untuk memiliki perangkat kecil yang Anda hanya membungkus kabel listrik sekitar beberapa kali (atau membungkus perangkat di sekitar kabel listrik, saya tidak yakin yang mana). Ketika perangkat "host" dihidupkan dan arus mengalir, "parasit" pada kabel listrik akan menjadi bertenaga - tidak banyak, jelas. Tapi, mungkin cukup untuk secara berkala mengirim "ping" nirkabel dengan ID (seperti alamat MAC) ke beberapa penerima. Apa yang Anda dapatkan ini adalah sensor yang akan memberi tahu Anda setiap kali perangkat "bisu" dihidupkan. Berdasarkan frekuensi ping, Anda bahkan dapat menyimpulkan seberapa besar daya yang digunakan perangkat bodoh.

Karena mekanismenya akan sederhana dan murah, dan tidak memerlukan persetujuan pengaturan untuk menyambungkan daya listrik (UL / CE dll.), Mungkin seseorang dapat menjualnya dalam kemasan dengan harga target masing-masing ~ $ 5. Ketika Anda mendapatkan cukup banyak dari mereka (yang akan menjadi titik untuk memiliki banyak), sistem pembelajaran mesin dapat mempelajari hal-hal tentang kebiasaan Anda: Pengering rambut aktif, mungkin ~ 30 menit sebelum tidur. Mesin kopi hidup, nyalakan radio ... hal semacam itu. Dan Anda tidak perlu membeli pengering rambut pintar atau mesin kopi yang harganya 30-40 kali lipat dari sensor $ 5 hanya untuk mendapatkan data penggunaan itu.

Radiator harus menjadi sumber getaran (didorong dari pompa), meskipun Anda mungkin perlu memeriksa frekuensi resonansi dengan cukup hati-hati.

Dimungkinkan juga untuk menanamkan pemanenan energi kinetik dalam sakelar , meskipun itu mungkin bukan kasus penggunaan yang Anda bayangkan.

Sisi lain dari persamaan ini adalah menentukan berapa banyak energi yang Anda butuhkan untuk suatu transmisi, yang akan memberi Anda beberapa informasi tentang seberapa sering mungkin untuk mentransmisikan, bersama dengan saluran kebocoran / siaga Anda.

Ini adalah ide bagus untuk memanen energi dari penggunaan energi harian kita. Tetapi Anda harus mempertimbangkan bahwa energi yang Anda panen berasal dari suatu tempat. Jika Anda ingin memanen panas dari elemen pemanas ruangan Anda, Anda harus sadar bahwa semua panas yang diubah menjadi listrik melalui perangkat Anda tidak akan memanaskan ruangan. Jadi, pemanas ruangan Anda harus mengkonsumsi lebih banyak listrik jika Anda ingin menjaga kamar Anda senyaman dulu sebelum Anda mengatur pemanen panas Anda.

• Mengambil panas dari perangkat di mana panas terbuang (yaitu benda apa pun yang peran utamanya bukan untuk memanaskan, seperti komputer server seperti yang disebutkan di atas) tampaknya lebih semangat apa yang ingin Anda capai.
• Dalam gaya Gaston-Lagaffe, Anda dapat mengatur perangkat kecil di pintu, tangga dll ... untuk menciptakan energi setiap kali Anda lewat. Sebuah ide antara lain, Anda dapat mengatur dinamo kecil di bagian atas tangga Anda, dan setiap kali Anda turun, Anda mengambil tali nilon dan menjalankan dinamo. Setelah downstair, Anda melepaskan kabelnya dan mundur. Tali nilon akan berjalan sekitar 20m jika tangga Anda memiliki panjang 10m, jadi dengan rasio roda gigi yang baik dan dinamo yang efisien Anda dapat menghasilkan jumlah daya yang Anda butuhkan untuk perangkat kecil di sekitarnya.

1. Sinyal WiFi

   Lupakan mencuri Wi-Fi tetangga Anda untuk menjelajahi internet. Menggunakan bahan sehari-hari yang murah, para peneliti di Pratt School of Engineering Duke University telah mengembangkan perangkat luar biasa yang dapat mengubah sinyal gelombang mikro, seperti yang digunakan untuk mentransmisikan internet secara nirkabel, menjadi listrik yang dapat digunakan. Jadi di masa depan, Anda mungkin bisa menggunakan jaringan Wi-Fi tetangga Anda untuk memberi daya pada rumah Anda.

2. Bidang EM dari kabel AC di belakang dinding (jika dipasang di dekat kabel listrik).

   Abstrak - Ada banyak minat dalam pemanenan energi untuk jaringan sensor nirkabel. Pemanenan energi dari sumber panas seperti panas tubuh dan sumber mekanis seperti gerak manusia telah diusulkan. Ada juga sistem jaringan sensor yang memanen energi dari bagian yang terlihat dari spektrum elektromagnetik. Namun, tingkat cahaya sekitar di lingkungan dalam ruangan biasanya jauh lebih rendah daripada yang ditemukan di luar ruangan dan sangat tergantung pada sifat lingkungan dalam ruangan yang dipertimbangkan. Baru-baru ini, sinkronisasi jam berdaya rendah menggunakan energi elektromagnetik yang dipancarkan dari saluran listrik AC diusulkan. Dalam tulisan ini, kami melangkah maju dan mencoba menjawab pertanyaan: Dapatkah energi dipanen dari energi elektromagnetik yang terpancar dari saluran listrik AC dan menggunakannya untuk mengoperasikan jaringan sensor nirkabel dengan siklus tugas rendah? Kami menemukan bahwa pemanenan energi seperti itu tampak menjanjikan.

1. Sepeda olahraga / treadmill yang dirancang untuk dinamo. Ini juga akan memberi Anda insentif untuk berolahraga.
2. Daripada menggunakan oven microwave / oven konveksi yang akan memakan fungsinya, Anda dapat menempatkan cerobong kecil di atas tempat memasak (meskipun uap yang keluar mungkin menimbulkan masalah).
3. Saya tidak tahu persis bagaimana, tetapi orang-orang duduk di sofa sepanjang hari. Saya tahu itu energi potensial, tetapi ada sesuatu yang bisa dicapai di sana.
4. Gagasan pintu dari jawaban di atas sangat bagus.
5. Pabrik angin kecil di teras.
6. Sel surya (tersedia dengan harga murah sekarang) dapat digunakan di luar.
7. Teraneh : Menggunakan turbin kecil di bawah pancuran / keran

Satu perbedaan temperatur yang sering tersedia yang mungkin dipanen adalah:

perbedaan antara suhu internal rumah, dan eksternal .

Dengan lingkungan hidup yang dikendalikan suhu, sering kali ada perbedaan non-sepele, satu atau lain cara. Bahkan tanpa itu, suhu eksternal sering berubah hingga 24 jam, sedangkan kami mencoba untuk menjaga suhu internal tetap konstan - Sebagian besar hari mungkin masih ada perbedaan. Saya tahu perbedaannya kecil, - Tapi intinya adalah - Ada di sana untuk banyak waktu.

Keuntungan besar dari ini, bagi saya, untuk sensor iOT, adalah bahwa sumber energi tersedia di sebagian besar pinggiran ruang hidup - Langit-langit, jendela, dinding, lantai (mungkin).

Kemudian lagi, mungkin saya hanya berpikir ini masuk akal karena saya tinggal di Australia dan kami memiliki hari di atas 40 derajat celcius. ;-)

Saya belum melakukan perhitungan untuk mengetahui apakah Anda dapat memanen energi yang cukup ... Tapi jelas - Tergantung seberapa banyak yang Anda butuhkan.

Satu kelebihannya adalah menjadi perangkat pasif, dan bentuknya planar, Anda mungkin bisa merancang sesuatu yang cukup besar, katakanlah, 6 inci persegi? tapi tetap estetis untuk pemasangan di langit-langit atau dinding.

Salah satu downside adalah bahwa Anda mungkin mendapatkan berhari-hari berturut-turut di mana tidak ada banyak perbedaan - Jika suhu eksternal berada di sekitar suhu kamar yang nyaman.

Hanya pemikiran saja. Tepuk tangan.

ADDENDUM: Ya, saya tahu ini bukan energi gratis, tetapi OP tidak secara eksplisit meminta hal itu. Masalah umum dengan perangkat IoT adalah menjalankan kabel di mana-mana. Mungkin OP, setidaknya sebagian, hanya ingin menghindarinya?

Kamu.

Manusia rata-rata menghasilkan daya 100 watt saat istirahat . Itu cukup untuk memberi daya sekitar 6 laptop (dengan asumsi perkiraan 15 W untuk laptop low-end) jika Anda dapat mengubah 100% dari daya yang Anda hasilkan menjadi listrik. Tentu saja, kita tidak dapat mengalahkan hukum fisika, dan mau tidak mau Anda tidak dapat mengubah 100% energi Anda menjadi listrik; Bagaimanapun, Anda membutuhkan energi untuk metabolisme dan fungsi tubuh Anda.

Ada beberapa startup yang menciptakan perasaan yang menghasilkan tenaga dari panas tubuh Anda (sekitar 1 atau 2 watt dapat dihasilkan dari itu).

Atau, Anda dapat menggunakan sepeda olahraga untuk menghasilkan listrik, seperti yang ditunjukkan dalam infografis yang sangat bagus dari IEEE ini .

Dan, jika semuanya gagal, Anda selalu bisa mengayuh pedal sensor Anda:

^{Sumber: Wikipedia (Domain Publik)}

Metode ini bergantung pada Anda berada di dalam (dan beberapa metode bergantung pada Anda benar-benar hadir untuk mengoperasikan engkol / pedal / dinamo), sehingga tidak sepenuhnya aman.

Anda menyebutkan menghasilkan listrik dari panas. Semua perangkat yang mengubah energi termal menjadi kerja memiliki sisi panas dan sisi dingin. Energi maksimum teoretis yang tersedia dari panas berasal dari perbedaan antara suhu tersebut. Ini berarti bahwa benda-benda dingin sama baiknya untuk menghasilkan energi seperti halnya benda-benda panas - tetapi Anda akan melakukan yang lebih baik jika Anda bisa mendapatkan benda panas yang sangat dekat dengan benda dingin dan meletakkan generator termoelektrik di antaranya.

Anda juga ingin berhati-hati untuk tidak memanen energi yang Anda bayarkan untuk dibuat. Anda bisa mendapatkan energi antara pipa air panas dan pipa air dingin - tetapi kemudian Anda hanya membuat pemanas air Anda bekerja lebih keras - mungkin juga hanya menggunakan daya listrik dan membayarnya langsung.

Di sisi lain, jika Anda mengeksploitasi perbedaan energi antara pipa air limbah (misalkan seseorang mandi air panas atau mengeringkan pasta) dan pipa dingin, maka air dingin Anda menjadi sedikit lebih hangat, dan air limbah Anda menjadi sedikit lebih dingin - tidak satu pun dari ini cenderung menjadi masalah (kecuali pipa dingin spesifik yang Anda gunakan memberi makan ke lemari es Anda).

Salju meluncur dari atap

Ini adalah jawaban yang terutama utara, tetapi jika Anda memiliki atap logam dengan kemiringan yang cukup curam, dan Anda mendapatkan jumlah salju yang cukup di tahun itu, ada sedikit energi yang terbuang ketika datang meluncur.

Atau, bagi orang yang mendapatkan lebih sedikit salju di tahun itu, air hujan yang turun dari atap adalah tempat yang baik untuk memanen energi. Sebuah dinamo listrik dapat dihubungkan ke talang Anda, menghasilkan energi setiap kali hujan.

Itu juga bisa dihubungkan ke koneksi Internet Anda dan monitor:

1. Jumlah curah hujan
2. Jumlah energi yang dihasilkan
3. Perbandingan antara curah hujan yang diantisipasi (dari perkiraan cuaca) dan curah hujan yang sebenarnya

Secara potensial, Anda bahkan dapat memiliki sensor di selokan untuk menyesuaikan kapasitas pembangkitan dinamo berdasarkan jumlah air yang mengalir.

Garis tanah Anda.

Ada sekitar 48V yang tersedia di semua jalur tanah di rumah Anda. Banyak artikel buruk di internet tentang ini, meskipun ini sepertinya yang terbaik yang pernah saya lihat.

Bagian 68 dari peraturan telekomunikasi Komisi Komunikasi Federal Amerika Serikat menyatakan bahwa perangkat apa pun yang terhubung ke saluran telepon dan tidak secara aktif berkomunikasi harus memberikan perlawanan minimal 5 MΩ

Banyak dapur dan peralatan rumah tangga lainnya juga memiliki getaran yang signifikan. Pikirkan mesin cuci piring & microwave di dapur. Mesin cuci & pengering pakaian. Setiap bit elektronik dengan motor (kipas pendingin? Turntable?) Kemungkinan memiliki output getaran yang menonjol.

Ada banyak opsi yang mungkin tetapi dalam hal cara termudah untuk memanen daftar saya adalah:

1. Energi termal ditangkap oleh elemen Peltier termoelektrik . Elemen termoelektrik tidak mahal dan tersedia di Eropa , di Alibaba.COM dan Amazon.COM .

   Harap dicatat bahwa pada tahun 1930 elemen termoelektrik digunakan dalam radio di USSR dalam pengambilan energi tundra dari lampu karbida .

2. Energi matahari saat ini memiliki produk yang sangat canggih dan keren. Misalnya sesuatu seperti SolarWindow dapat menjadi motivator untuk menggunakannya.

3. Piezoelektrik (ditemukan pada tahun 1880 oleh Pierre Curie dan saudara lelakinya) polimer adalah bahan yang sangat menarik. Selama beberapa tahun tim saya bermain dengan bahan seperti PolyPower yang diperkenalkan oleh perusahaan Denmark Danfoss .

Jawaban yang sedikit kabur adalah 'dari sensor'. Dengan membuat acara perangkat keras digerakkan, Anda dapat berpotensi meningkatkan daya siaga dengan sedemikian besarnya sehingga baterai dapat dianggap sebagai bagian yang tidak dapat diganti dari perangkat keras Anda.

Lihat penelitian ini dari Universitas Bristol di mana mereka telah mengoptimalkan elemen switching untuk kebocoran pA. Meskipun saya telah melihat ini secara sepintas lalu, saya tidak menghargai nilai praktis sampai menonton video yang menggambarkan ruang lingkup untuk menggunakan perangkat.