Năng lượng cho IoT đang trở thành một thách thức cấp bách trong bối cảnh sự bùng nổ của mạng cảm biến không dây nhờ sự phát triển của công nghệ 5G. Các lĩnh vực như Công nghiệp 4.0, hậu cần thông minh, thành phố thông minh và nông nghiệp thông minh đang chứng kiến sự gia tăng đáng kể về số lượng thiết bị IoT, đòi hỏi một lượng năng lượng khổng lồ.
Việc cung cấp năng lượng ổn định và bền vững cho hàng tỷ nút cảm biến không dây là một bài toán nan giải. Giải pháp chỉ đơn thuần dựa vào pin sẽ không đủ hiệu quả, đòi hỏi các phương pháp thu thập năng lượng (EH) sáng tạo hơn để đảm bảo hoạt động liên tục và mở rộng quy mô của các hệ thống IoT.
Thách thức trong cung cấp năng lượng cho IoT
Việc cung cấp năng lượng cho hàng tỷ nút không dây IoT quy mô lớn đòi hỏi những yếu tố sau:
- Tốc độ dữ liệu: Tùy thuộc vào giao thức truyền thông không dây sẽ ảnh hưởng đến nhu cầu năng lượng.
- Phạm vi truyền tải: Khoảng cách giữa các nút ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng.
- Độ trễ: Thời gian phản hồi cần thiết cho các ứng dụng.
- Môi trường hoạt động: Các điều kiện môi trường có thể yêu cầu nguồn năng lượng khác nhau.
- Tác động môi trường và quản lý/hậu cần: Việc thải bỏ pin có thể gây hại cho môi trường.
Các yếu tố cần xem xét
Khi xác định xem thu thập năng lượng có thể cung cấp một giải pháp khả thi hay không, các nhà thiết kế cần xem xét năm yếu tố chính:
- Tốc độ dữ liệu: Ảnh hưởng đến nhu cầu năng lượng đỉnh và trung bình của nút.
- Phạm vi truyền tải: Tạo ra các thách thức về hiệu suất năng lượng.
- Độ trễ: Cần thiết cho các ứng dụng nhạy cảm với thời gian.
- Môi trường hoạt động: Ảnh hưởng đến chi phí và loại pin cần thiết.
- Tác động môi trường: Quản lý và bảo trì pin có thể gây ra những vấn đề lớn.
Ví dụ về thu thập năng lượng
Khi sử dụng Bluetooth năng lượng thấp, một tấm pin quang điện (PV) hình vuông 10 cm có thể hỗ trợ truyền định kỳ các gói dữ liệu trong các điều kiện khác nhau, như sau:
- Mỗi 100 mili giây (ms) trong điều kiện ánh sáng trong nhà.
- Mỗi 200 ms trong môi trường văn phòng.
- Mỗi 2 giây trong môi trường kho và nhà máy.
Giải pháp quản lý năng lượng
Để giải quyết vấn đề năng lượng, các kiến trúc hỗ trợ thu thập năng lượng (EH) có thể được lựa chọn, bao gồm:
- Nguồn pin sơ cấp với EH bổ sung: Kéo dài tuổi thọ pin và giảm tác động môi trường.
- Pin sạc kết hợp với EH: Cung cấp tuổi thọ dài hơn và loại bỏ việc thay pin.
- Tụ điện hoặc siêu tụ điện với EH: Tạo ra hệ thống không cần pin và tuổi thọ dài.
IC bộ điều khiển và quản lý năng lượng EH
Đối với các ứng dụng cần IC quản lý năng lượng (PMIC), EM8500 từ EM Microelectronic là một lựa chọn lý tưởng. PMIC này cung cấp theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) cho nguồn EH và bốn điện áp đầu ra độc lập cho các chức năng hệ thống khác nhau.
Bộ dụng cụ phát triển EM8500
Các nhà thiết kế có thể sử dụng bộ dụng cụ phát triển EMDVK8500 để định cấu hình và đánh giá EM8500, bao gồm phần mềm cần thiết và công cụ đo lường hiệu suất.
IC bộ điều khiển EH và bảng đánh giá
Nếu không cần giải pháp quản lý năng lượng hoàn chỉnh, NH2D0245 từ Nowi là bộ điều khiển EH nhỏ gọn, hiệu suất cao với MPPT cho các ứng dụng năng lượng thấp. Bảng đánh giá NH2D0245 được thiết kế để tăng tốc độ kiểm tra hiệu suất và các tính năng của bộ điều khiển EH.
Việc triển khai IoT quy mô lớn được kích hoạt bởi 5G sẽ mang đến cho các nhà thiết kế những thách thức và cơ hội thú vị. Nhiều yếu tố kỹ thuật, môi trường và kinh tế phải được xem xét để xác định kiến trúc năng lượng tối ưu cho từng ứng dụng. Sẽ cần phải sử dụng nhiều phương pháp dựa trên thu thập năng lượng khác nhau để nâng cao khả năng của pin. Trong nhiều trường hợp, EH sẽ được kết hợp với pin sơ cấp hoặc thứ cấp, tụ điện thông thường hoặc siêu tụ điện.
Tham khảo thêm các thông tin thú vị với Insight, lựa chọn sản phẩm đo lường với TECOTEC và đừng quên tìm đến chúng tôi khi bạn cần các giải pháp cho doanh nghiệp của mình!
