Què és l’Energy Harvesting?

30 de gener de 2021

Què és l’Energy Harvesting?

Què és l’Energy Harvesting?
Revolució tecnològica per generar energia sostenible

L’Energy Harvesting o recol·lecció d’energia (també coneguda com a captació d’energia ambiental) fa referència al procés de capturar energia de l’entorn o ambient pròxim i convertir-la en energia elèctrica. L’energia recol·lectada es pot fer servir immediatament o emmagatzemar-se per a ús futur per mitjà de diferents tècniques, entre les quals no hi ha, necessàriament, l’ús de bateries convencionals. L’Energy Harvesting funciona aprofitant quantitats ínfimes d’energia ambiental que, si no s’utilitza, com ha passat fins ara, es dissipa o malgasta en forma de calor, vibració, llum, etc. De forma agregada i constant en el temps, aquestes petites quantitats d’energia poden acabar sent suficients per alimentar petits dispositius elèctrics o electrònics que tinguin funcionalitats importants per a les persones i la indústria.

L’Energy Harvesting, com a tecnologia, està encara en una etapa incipient de maduresa i de cap manera és la resposta a tots els nostres problemes energètics. No obstant això, és molt prometedora quan es tracta d’alimentar, com comentem, dispositius electrònics de baix consum que, per a la seva aplicació, poden treballar totalment sense fil. El mercat de la tecnologia d’Internet de les Coses (IoT), en ràpida expansió, implica un enorme potencial per a aquesta tecnologia. Les comunicacions sense fils eliminen la necessitat de cables per utilitzar l’equip, però l’energia ha d’arribar a l’equip d’alguna manera. Amb l’Energy Harvesting, fins i tot es poden visionar sistemes amb consums relativament importants, sense cables per fer-los arribar energia, sense piles i sense bateries.

Què és l’energia ambiental?

En qualsevol moment i lloc on ens trobem, al voltant nostre hi ha energia que podria arribar a ser canalitzada i utilitzada. Per exemple, donada la preponderància de l’electrònica i els dispositius mòbils, estem constantment banyats en un oceà d’ones de ràdio i senyals wifi, els quals contenen una quantitat d’energia intrínseca. Per tot el nostre entorn hi ha energia potencialment utilitzable que podria alimentar sistemes si s’aprofités i/o emmagatzemés correctament. De fet, les ones electromagnètiques representen només una forma d’energia ambiental; a més, tenim energia en forma de llum, calor, so, moviment o vibració.

La tecnologia bàsica de l’Energy Harvesting

Hi ha molts tipus diferents de tecnologies d’Energy Harvesting segons la font d’energia. No obstant això, tots els sistemes de captació d’energia, en la seva forma més simple, consten de tres components principals, a més d’una font d’energia:

  • Transductor/recol·lector: aquesta és la part del sistema que converteix l’energia ambiental de la font en energia elèctrica.
  • Circuit d’interfície: El circuit d’interfície extreu la màxima quantitat possible d’energia del transductor i fa que aquesta sigui adequada per al seu ús condicionant-la de manera que s’adapti a l’aplicació desitjada.
  • Càrrega: La càrrega és la part del sistema que podria incloure dispositius electrònics que consumeixen l’energia recol·lectada (com ara xips, circuits, actuadors, sensors, etc.) o components d’emmagatzematge d’energia com condensadors, supercondensadors, etc.

Tipus de recol·lecció d’energia

Aquestes són algunes fonts comunes d’energia ambiental: energia lluminosa, energia cinètica (vibracions, estrès mecànic, etc.), energia tèrmica i energia de radiofreqüència (RF, ones electromagnètiques).

Harvesting d’energia solar

L’energia solar s’acostuma a obtenir per mitjà de cèl·lules fotovoltaiques. Les cèl·lules fotovoltaiques converteixen l’energia lluminosa del sol directament en electricitat mitjançant un principi conegut com a “efecte fotovoltaic”. L’efecte fotovoltaic fa referència essencialment al procés en què els fotons (unitats d’energia lluminosa) exciten els electrons a un estat de major energia, la qual cosa provoca la generació d’un corrent elèctric. Sens dubte, de totes les tecnologies que veurem, aquesta és la més avançada i la seva implantació permet generar energia per a cases, indústries i grans aplicacions. Amb una reducció del preu dels panells fotovoltaics en un 80% durant els últims 5 anys, la seva implantació avui dia ja és totalment viable i està sent massiva a tot el món.

Harvesting d’energia cinètica

L’energia cinètica s’obté mitjançant transductors piezoelèctrics. Els transductors piezoelèctrics produeixen electricitat a partir d’energia cinètica en forma de vibracions, sons o moviments. El transductor converteix l’energia cinètica en un corrent altern que després es condiciona d’una forma adequada i s’emmagatzema en una bateria, condensador o supercondensador. Alguns exemples de recol·lecció piezoelèctrica:

  • Sensors de pressió en pneumàtics d’automòbils: els sensors de recol·lecció d’energia piezoelèctrics estan instal·lats dins dels pneumàtics dels automòbils. Controlen la pressió de l’aire en els pneumàtics i transmeten aquesta informació al tauler.
  • Unitats de control remot sense bateria: unitats de control remot on els transductors piezoelèctrics converteixen la força dels botons que es pressionen en energia que alimenta el senyal d’infrarojos del control remot.
  • Rajoles piezoelèctriques: Paviments revestits amb rajoles piezoelèctriques que converteixen l’energia cinètica dels passos de vianants en energia elèctrica utilitzable que després es destina a alimentar qualsevol nombre d’aplicacions com a pantalles i sistemes de venda d’entrades.

Harvesting d’energia tèrmica

La recol·lecció d’energia termoelèctrica es basa en un principi anomenat efecte Seebeck, que es refereix al fenomen pel qual una diferència de temperatura en la unió entre dos semiconductors/conductors dona lloc a un voltatge.

Un sistema de recol·lecció termoelèctrica consisteix en un generador termoelèctric que consta de diversos termoparells connectats en sèrie a una font de calor comuna. Aquesta font de calor podria ser un escalfador d’aigua, un motor, un panell solar, etc. La quantitat d’energia generada és directament proporcional a la diferència de temperatura, així com a la grandària del generador.

La recol·lecció termoelèctrica troba aplicació en l’alimentació de nodes de sensors sense fils en entorns industrials i altres entorns d’alta temperatura on es perden grans quantitats de calor en processos de transformació energètica.

Harvesting d’energia de radiofreqüència

L’energia de radiofreqüència està literalment convivint amb nosaltres les 24 hores del dia al nostre voltant. Les ones de RF es transmeten constantment al medi ambient a través de telèfons mòbils, emissores de ràdio, televisió i altres dispositius electrònics que s’han convertit en una part tan indispensable de les nostres vides.

La tecnologia de recol·lecció d’energia de RF és molt prometedora i la raó del seu atractiu massiu és molt simple: en un món on el nombre de transmissors de ràdio està augmentant a un ritme desmesurat, les ones de RF representen essencialment “energia lliure” que espera ser aprofitada. S’estima que el nombre de subscripcions a telèfons mòbils ha superat els 5 mil milions a tot el món. I a aquesta xifra ja sorprenent, podem afegir-hi molts altres dispositius: emissores de ràdio, encaminadors wifi, ordinadors portàtils, televisió i forns microones, etc., cosa que permet entendre d’alguna manera quanta energia hi ha al nostre voltant en forma de radiofreqüència, esperant, potencialment, ser aprofitada.

El Harvesting de radiofreqüència té una sèrie d’aplicacions potencials: a curta distància d’un transmissor, l’energia de les ones electromagnètiques es pot utilitzar en dispositius de baixa potència com etiquetes o “tags” RFID, sensors mèdics portàtils sense bateria i per carregar sense fil productes electrònics de consum de baixa potència. En un rang més ampli, hi podria haver moltes altres aplicacions, com l’automatització d’edificis, el monitoratge estructural i el control industrial.

Per què és tan interessant l’Energy Harvesting?

El mercat de IoT (Internet de les Coses) està a punt d’explotar de manera massiva. En tan sols uns anys hi haurà milers de milions de sensors de IoT. El IIoT (Industrial Internet of Things) té com a principal objectiu automatitzar processos i fer-los més eficients. No obstant això, si els milers de milions de sensors i dispositius perifèrics que s’implementaran han de funcionar amb bateries o cablejats cap a una font d’energia o instal·lació elèctrica, en moltes ocasions perdria “la gràcia” utilitzar aquest tipus de nova tecnologia.

Aquests sensors poden implementar-se en llocs de difícil accés i, per tant, substituir les bateries o piles, pot ser una tasca complexa. Sense esmentar que substituir les bateries representa un cost a llarg termini que és absolutament limitador i serà vist com un gran problema pels usuaris i el medi ambient.

Confia en ACCIONA Energía per a la instal·lació del teu sistema solar d’autoconsum. Coneixements tècnics i experiència professional des de la fase de disseny fins al desmantellament de la instal·lació. El coneixement dels millors enginyers i instal·ladors del sector a la teva disposició. No dubtis a contactar amb nosaltres >>

UNEIX-TE A LA NOSTRA COMUNITAT