Energy Harvesting

kikonazoo

¿Que es 'Energy Harvesting'?

Llamamos Energy Harvesting al proceso de acumulación, almacenamiento y uso de energías externas (renovables, se detallan más adelante) en pequeños dispositivos autónomos.

Este método tiene un inconveniente importante, por el cual no era posible hasta hace pocos años: el consumo de la electrónica asociada debe ser menor a la energía disponible del exterior. Lógico, no? pues no tanto si hablamos de dispositivos con una captación irrisoria, así que imaginad los consumos de la electrónica mencionada.

Motivación

Con el auge de las 'Smart Cities' se plantea el problema de como alimentar 20.000 sensores repartidos por una ciudad. Opciones:

  1. Los conectas a la red general? Demasiado costoso.

  2. Les pones baterías? A ver quien es el guapo que cambia 20.000 baterías de aquí a 3, 4 o 5 años

La solución claramente es autoabastecimiento. Diseñas un pequeño dispositivo que se comunique por WI-FI o ZigBee y a la vez se alimente de éste. Fácil y limpio

Fuentes de energía

Hablamos de fuentes limpias y renovables.

Radiación electromagnética: básicamente, WI-FI o algún otro protocolo de comunicación wireless

Células fotoeléctricas: bastante populares pero poco eficientes

Piezoeléctricos: menos conocidos. Son elementos que transforman la energía mecánica de las vibraciones en energía eléctrica. Os sonará más si os hablo de cristales de cuarzo, por ejemplo.
Otro ejemplo que puede resultar familiar son los mecheros llamados 'eléctricos', los que no tienen piedra. A partir de la fuerza que ejercemos hacen saltar un arco (chispa) que prende con el gas. Generan altos voltajes en espacios cortos de tiempo

Termoeléctricos: las antiguas células Peltier. Generan un corriente eléctrico a partir de un gradiente de temperatura entre sus dos caras. Tienen un problema, y es que debido a la transferencia de calor entre las caras no es tan fácil conseguir una fría y una caliente

Aplicación

Ya he comentado un poco sobre esto. Tampoco es que esté muy muy metido, pero nos pasaron en clase un par de ejemplos. Primero el típico sensor conectado por WI-FI que se alimenta de éste, como he comentado antes. Otros dispositivos que se están empezando a ver bastante son los que aprovechan la fuerza que ejercen los coches sobre el asfalto mediante piezoeléctricos. Creo que en Israel han hecho algunas pruebas con esto. Aquí un artículo.

Realmente, los amos en cuestión de 'Power Management' son los amigos de Linear Technology. Tienen una gama de convertidores DC/DC y controladores para aburrirse. Si alguno quiere empaparse un poco aquí está toda la gama de productos.

El dispositivo que realmente me impresiona es el LT3108. Aquí su datasheet. No se como consiguen levantar una tensión desde 20mV. Puedo entender como conmuta cuando los condensadores están cargados, pero el start-up es todo un misterio para mí.

Fuentes de información

Algo de Wikipedia y yo mismo. Si alguien ve algún error que avise, tampoco es que sea un experto en el tema. Es un hilo meramente informativo.

3
kikonazoo

:O Que pasa con las barras y las imagenes que no salen? xD Creo que el código está bien

Edit: Solved

xCoNDoR

Puedes detallar un poco más la solución del auto-abastecimiento ?

Muy interesante todo

kikonazoo

Bueno, no tiene nada de complicado. Es como alimentarse a través de baterías o pilas pero con una energía disponible con características diferentes. Las pilas pueden dar mucha potencia, pero se agotan rápido. Las soluciones que se plantean son todo lo contrario, potencias muy reducidas pero energía prácticamente ilimitada.

Recordemos, energía es potencia por tiempo. Solo es cuestion de darle suficiente tiempo de carga. Claro que el sensor no va a coger energía directamente del WI-FI o el piezo eléctrico, simplemente no tienen suficiente energía disponible en un instante de tiempo.

Un sensor en una ciudad generalmente no necesita muestrear cada segundo, con que lo hagas cada 3-5 minutos suele ser suficiente. Lo que haces es acumular energía durante todo este tiempo cual hormiguita para poder alimentar el dispositivo cuando requiere un pico de potencia mayor.

Un ejemplo:

Uno de los problemas de la electrónica actual es que no se sabe como acumular energía de forma realmente eficiente. Las centrales eléctricas tienen que 'tirar' la energía que no se consume. Si agun día tienes que montar una fábrica, que trabaje de noche xD te va a salir bastante más barato.

Reth

Muy interesante, +1

De qué potencias hablamos con este rollo del energy harvesting, por ejemplo con piezoeléctricos?

No soy de potencia, más bien de señal, pero coincido contigo, ese convertidor DC-DC es impresionante...

#6 Bueno, no está mal, me esperaba menos xD De todos modos, para alimentar electonica de tan bajo consumo, quizá con pequeños paneles solares es posible que sí que sea suficiente, aplicando la misma filosofía de acumular pequeñas cantidades de energía y largos periodos de "powerdown" (o lo que toque).

1 respuesta
kikonazoo

Pues no te sabría decir datos exactos, pero no vas a generar más de 10mW o así con un piezoeléctrico, aunque también depende de tamaños y tal.

Por ejemplo en las fotovoltaicas y en los termoeléctricos lo que genera corriente no deja de ser una unión P-N, así que va a depender de los parámetros físicos.

#5 Al menos en el temas de sensores, parece que se tira para aprovechar la energía del WI-FI. Los paneles solares son bastante engorrosos. Como empieces a tener celulas solares a la sombra se te acaba el invento. Y cuando digo sombra tambien incluye polvo, suciedad, etc. Además, la eficiencia es realmente baja

2 respuestas
Reth

#6 Claro, lo del polvo y la suciedad no lo había pensado, es verdad... pero quitando eso me cuesta creer que dé más energía un piezoeléctrico (o una serie de ellos) que un panel solar (al margen del rendimiento electricidad/luz) con eso de acumular en actividad y bajos periodos de actividad xD Muy chulo el tema, sí.

#8 Vaya, pues es verdad, por lo del arco. Nada nada, le echaré un vistazo cuando tenga un ratete, que me está picando la curiosidad jeje

1 respuesta
kikonazoo

#7 Pues sin tener cifras a mano, yo diria que el piezoeléctrico debe dar bastante energía, lo que pasa que necesita una excitación mayor. Digamos que no es 'pasivo' como una placa solar.

En los mecheros, por ejemplo, lo que genera la chispa es un piezoeléctrico, y para que te salte un arco necesitas una tensión bastante elevada.

http://www.advancedcerametrics.com/
Esta gente están bastante puestos en el tema de los piezoeléctricos y parece que consiguen resultados bastante buenos

1 respuesta
julianin_tis

vamos a hablar de supercondensadores? alguien ha tenido alguna experiencia "casera" con condensadores? y no me refiero a cambiarles la polaridad y esperar a que revienten sino a frabicarlos con conductoras paralelas.

1 respuesta
Reth

#9 Dudo que sean útiles los supercondensadores en esta aplicación, tienen demasiada autodescarga y almacenan menos energía para lo que pesan, en relación con las baterías químicas (no sé ya lo que ocuparán).

25 días después
OvErL0aD

El tema lo tocamos por encima en clase y me pareció interesante.
gracias por la información.

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