Gdzie mogę zbierać energię w domu, aby zasilać czujniki bezprzewodowe?

Czytałem ten artykuł zatytułowany „Pięć elementów samozasilających się bezprzewodowych węzłów czujnikowych” (udostępnionych w Meta ) na temat pozyskiwania energii w IoT.

Wymienia kilka źródeł energii do zbioru, na przykład:

• energia termiczna
• energia wibracji

Planuję wdrożyć prototyp, zbierając urządzenia, aby zbadać możliwości. Aby uzyskać dane eksperymentalne o tym, ile energii można zebrać w moim domu. Obecnie próbuję zidentyfikować możliwe miejsca w moim domu, w których można by umieścić i efektywnie wykorzystać te urządzenia do zbierania energii.

Co myślałem o:

• Być może do pralki w łazience można podłączyć urządzenie do gromadzenia energii wibracyjnej . Ryzykowne środowisko, ponieważ wilgotność może być dość wysoka, dlatego konieczna jest odpowiednia ochrona.
• Zbieracz energii cieplnej można umieścić w pobliżu piekarnika w kuchni.
• Urządzenia do zbierania energii cieplnej można umieścić w pobliżu elementów grzejnych w sypialniach.

Jakie inne części mieszkania powinienem umieścić w dalszych eksperymentach kombajny?

Czy na przykład kuchenka mikrofalowa może być potencjalnym źródłem lub innym często używanym sprzętem kuchennym?

Nad moją łazienką (w mieszkaniu) mam kocioł elektryczny, więc może fajki z gorącą wodą biegnące do łazienki również są dobrym źródłem.

Co jeszcze może tam być? Czy są jeszcze jakieś możliwości pozyskiwania energii wibracyjnej w domu?

DRZWI !!!

Nie wiem, czy jest to przedmiotem twojego pytania, ale nie możesz sobie wyobrazić zmarnowanej energii otwierania / zamykania drzwi!

Francuski komiks o imieniu Gaston Lagaffe napisany w 1970 roku przedstawił osobę, która zebrała energię otwierających się drzwi, aby wycisnąć pomarańcze, wydrukować zdjęcie, zrobić kawę ...

EDYCJA , dzięki komentarzowi Oliviera Dulaca udało mi się znaleźć pasek bez konieczności czytania całej mojej kolekcji Gastona! Tłumaczenie, jeśli ode mnie, ale nie mogę przetłumaczyć ostatniego zdjęcia, to francuski słówka słów o rozwikłaniu się, gdy jesteśmy szaleni.

Aby pozostać w zakresie twojego pytania, myślę o kilku scenariuszach:

• Kroki? Zbieranie wibracji za pomocą tabliczki, na której najczęściej chodzą ludzie: wejście, gdzie wkładasz płaszcze, w pobliżu boiska Kinect.
• Komputery, serwery: zbieraj ciepło.
• Wykonaj kocioł zewnętrzny za pomocą paneli dachowych z ciepłą wodą (oczywiście potrzebujesz zgody właściciela) i zbierz ciepło.
• Są buty do ładowania!

Energia słoneczna jest nawet w pomieszczeniu alternatywą dla pozyskiwania energii cieplnej i wibracyjnej. Ta fotowoltaika wewnętrzna wykorzystuje zarówno światło naturalne, jak i sztuczne.

W sprawie wykonalności wewnętrznego pozyskiwania energii świetlnej dla bezprzewodowych sieci czujników (Carlos Carvalho i Nuno Paulino) omawia pozyskiwanie energii świetlnej w pomieszczeniu z osłabionego naturalnego oświetlenia. Autorzy opisują zasilanie węzła czujnika bezprzewodowego niskiej mocy o średnim poziomie mocy 11,51 µW. Ten niski średni poziom mocy osiągany jest przez bardzo niski cykl pracy systemu wykonującego tylko jedną transmisję co godzinę.

Określanie wielkości urządzeń do pozyskiwania energii słonecznej dla bezprzewodowych sieci czujnikowych (nota aplikacyjna Murata M1002) porównuje różne źródła energii otoczenia:

Oczywiście użycie światła otoczenia w pomieszczeniu daje mniejszy zwrot niż w przypadku innych źródeł, ale w niektórych przypadkach może się to przydać.

Mając tak wiele cennych odpowiedzi na moje pytanie, przeprowadziłem również dalsze badania na ten temat.

Znalazłem dodatkowe rozwiązanie do zbioru, a także świetny projekt referencyjny na temat bezprzewodowego węzła czujnikowego zasilanego energią słoneczną, bez użycia baterii.

Najpierw dodatkowa metoda firmy Texas Instruments, która nazywa się techniką gromadzenia przełączników RF . (Film jest wart obejrzenia, część przełącznika RF zaczyna się o 2:29.) Opiera się na przełączniku magnetycznym, którego strukturę widać na poniższym obrazku.

Na rysunku tutaj na czerwono jest część przełącznika, którą użytkownik naciska. W środku mamy magnes z dwoma biegunami. I to tworzy pole magnetyczne przez ten rdzeń z powrotem do drugiego bieguna.

Gdy użytkownik naciśnie przełącznik, zobaczysz zmiany w polu. Rdzeń idzie w przeciwnym kierunku. I wiemy z równań Maxwella, że ​​ta zmiana pola magnetycznego przez te uzwojenia wytworzy prąd. Jest to energia, którą możemy zebrać i wykorzystać.

Przełącznik wytwarza prąd przemienny, który należy przekształcić w prąd stały, który może ładować kondensator. Następnie energia zgromadzona w kondensatorze może zostać wykorzystana do zasilania bezprzewodowego MCU o niskiej mocy.

Firma TI zdała sobie z tego sprawę i była w stanie dostarczyć wystarczającą ilość energii przez 21 milisekund dla bezprzewodowego MCU.

Projekt referencyjny to kości słoneczne, które mogą bezprzewodowo przesyłać dane akcelerometru do smartfona. Rozwiązanie nie wykorzystuje baterii i jest dość kompaktowe. Warto przeczytać lub przejrzeć dostarczone dane testowe , schematy i inne dokumenty.

To pomysł, który tu wyrzucę ...

Wydaje się, że powinno być możliwe posiadanie małego urządzenia, które po prostu owijamy kilkakrotnie przewód sieciowy (lub owijamy urządzenie wokół przewodu zasilającego, nie jestem pewien który). Gdy urządzenie „hosta” jest włączone i płynie prąd, „pasożyt” na przewodzie zasilającym zostałby zasilony - oczywiście niewiele. Ale być może wystarczy, aby okresowo wysyłać bezprzewodowe „ping” z identyfikatorem (np. Adresem MAC) do jakiegoś odbiornika. To, co by ci to dało, to czujnik, który informowałby cię za każdym razem, gdy włączano „głupie” urządzenia. Na podstawie częstotliwości pingów możesz nawet stwierdzić, ile mocy zużywało głupie urządzenie.

Ponieważ mechanizm byłby prosty i niedrogi i nie wymagałby zgody organów nadzoru na podłączenie do zasilania sieciowego (UL / CE itp.), Być może ktoś mógłby je sprzedać w paczkach za cenę docelową ~ 5 USD za sztukę. Kiedy zdobędziesz ich wystarczająco dużo (co by było na tyle, aby mieć ich dużo), system uczenia maszynowego może dowiedzieć się różnych rzeczy o twoich nawykach: suszarka do włosów jest włączona, prawdopodobnie około 30 minut przed snem. Ekspres do kawy jest włączony, włącz radio ... tego typu rzeczy. I nie musisz kupować inteligentnej suszarki do włosów lub ekspresu do kawy, który kosztuje 30-40 razy więcej niż czujnik 5 USD, aby uzyskać te dane dotyczące użytkowania.

Grzejniki powinny być źródłem wibracji (napędzanym z pompy), chociaż prawdopodobnie trzeba by dość dokładnie zbadać częstotliwości rezonansowe.

Możliwe jest również osadzenie pozyskiwania energii kinetycznej w przełącznikach , chociaż może to nie być całkiem taki przypadek, jaki sobie wyobrażasz.

Drugą stroną równania jest określenie, ile energii potrzebujesz do transmisji, co dostarczy ci informacji o tym, jak często można ją przesyłać, wraz z twoim wyciekiem / drenażem rezerwowym.

To świetny pomysł na pozyskiwanie energii z naszego codziennego zużycia energii. Ale musisz wziąć pod uwagę, że skądś zbierasz energię. Jeśli chcesz pobierać trochę ciepła z elementów grzewczych pomieszczenia, musisz pamiętać, że całe ciepło przetworzone w energię elektryczną za pośrednictwem urządzenia nie ogrzeje pomieszczenia. Tak więc grzejnik pokojowy będzie musiał zużywać więcej energii elektrycznej, jeśli chcesz, aby Twój pokój był tak wygodny, jak to było przed skonfigurowaniem kombajnu.

• Odbieraj ciepło z urządzeń, w których marnuje się ciepło (tj. Każdy obiekt, którego główną rolą nie jest ogrzewanie, jak komputery serwerów, jak wspomniano powyżej) wydaje się być bardziej w duchu tego, co chcesz osiągnąć.
• W stylu Gaston-Lagaffe możesz ustawić małe urządzenia na drzwiach, schodach itp., Aby wytwarzać energię za każdym razem, gdy przechodzisz. Pomysł między innymi, możesz ustawić małe dynamo na szczycie schodów, a za każdym razem, gdy zejdziesz na dół, złapiesz nylonowy sznur i uruchomisz dynamo. Na dole puszczasz przewód i przewija się on do tyłu. Przewód nylonowy będzie biegł przez około 20 m, jeśli twoje schody mają 10 m długości, więc dzięki dobremu przełożeniu i wydajnemu prądnicowi możesz wygenerować moc potrzebną do każdego małego urządzenia w pobliżu.

1. Sygnały WiFi

   Zapomnij o kradzieży Wi-Fi sąsiada, aby surfować po Internecie. Korzystając z tanich materiałów codziennego użytku, naukowcy z Pratt School of Engineering Duke University opracowali niezwykłe urządzenie, które może przetwarzać sygnały mikrofalowe, takie jak te używane do bezprzewodowego przesyłania Internetu, na użyteczną energię elektryczną. Dlatego w przyszłości możesz zamiast tego korzystać z sieci Wi-Fi sąsiada, aby zasilać dom.

2. Pola EM od przewodów prądu przemiennego za ścianą (jeśli są zamontowane w pobliżu przewodu elektrycznego).

   Streszczenie - Zainteresowanie pozyskiwaniem energii w bezprzewodowych sieciach czujników było duże. Zaproponowano pozyskiwanie energii ze źródeł termicznych, takich jak ciepło ciała i źródeł mechanicznych, takich jak ruch człowieka. Istnieją również systemy sieci czujników, które zbierają energię z widzialnej części widma elektromagnetycznego. Jednak poziomy oświetlenia w otoczeniu w pomieszczeniach są zazwyczaj znacznie niższe niż te znajdujące się na zewnątrz i są wysoce zależne od charakteru rozważanego środowiska wewnętrznego. Ostatnio zaproponowano synchronizację zegara małej mocy z wykorzystaniem energii elektromagnetycznej promieniującej z linii prądu przemiennego. W tym artykule idziemy o krok dalej i próbujemy odpowiedzieć na pytanie: Czy energię można zebrać z energii elektromagnetycznej promieniującej z linii elektroenergetycznych prądu przemiennego i wykorzystać ją do sterowania bezprzewodową siecią czujników o niskim cyklu pracy? Uważamy, że takie pozyskiwanie energii wydaje się obiecujące.

1. Rower treningowy / bieżnia przymocowana do dynama. To da ci również motywację do ćwiczeń.
2. Zamiast korzystać z kuchenki mikrofalowej / pieca konwekcyjnego, które zjedzą swoją funkcję, możesz umieścić mały komin nad miejscem do gotowania (chociaż uciekające opary mogą stanowić problem).
3. Nie wiem dokładnie jak, ale ludzie siedzą na kanapie cały dzień. Wiem, że to energia potencjalna, ale coś można tam osiągnąć.
4. Pomysł drzwi z powyższych odpowiedzi jest świetny.
5. Małe wiatraki na patio.
6. Ogniwa słoneczne (teraz dostępne w niskiej cenie) mogą być używane na zewnątrz.
7. Najbardziej szalony : za pomocą małej turbiny pod prysznicem / kranem

Jedną z często dostępnych różnic temperatur, które można zebrać, byłoby:

Różnica między temperaturą wewnętrzną i zewnętrzną domu .

W środowisku mieszkalnym z kontrolowaną temperaturą często istniałaby nietrywialna różnica, w ten czy inny sposób. Nawet bez tego temperatura zewnętrzna często zmienia się przez 24 godziny, podczas gdy staramy się utrzymać temperaturę wewnętrzną na stałym poziomie - tak duża część dnia może być różna. Wiem, że różnica jest niewielka, - Ale chodzi o to, że istnieje ona przez większość czasu.

Ogromną zaletą tego, jak mi się wydaje, w przypadku czujników iOT jest to, że źródło energii jest dostępne na większości obrzeży przestrzeni życiowej - sufit, okna, ściany, podłoga (być może).

Z drugiej strony, może myślę, że to rozsądne, ponieważ mieszkam w Australii i mamy dni powyżej 40 stopni Celsjusza. ;-)

Nie wykonałem żadnych obliczeń, aby dowiedzieć się, czy możesz zebrać wystarczającą ilość energii ... Ale oczywiście - Zależy, ile potrzebujesz.

Jedną zaletą jest to, że będąc takim pasywnym urządzeniem i płaskim kształtem, prawdopodobnie mógłbyś zaprojektować coś dość dużego, powiedzmy, 6 cali kwadratowych? ale nadal estetycznie nadaje się do montażu sufitowego lub ściennego.

Jednym minusem jest to, że możesz mieć dni z rzędu, w których nie ma dużej różnicy - jeśli temperatura zewnętrzna oscyluje wokół komfortowej temperatury w pomieszczeniu.

Tylko myśl. Twoje zdrowie.

DODATEK: Tak, wiem, że to nie jest darmowa energia, ale OP nie poprosił o to wprost. Częstym problemem związanym z urządzeniami IoT jest wszędzie prowadzenie przewodów. Być może PO, przynajmniej częściowo, chce tego uniknąć?

Ty.

Przeciętny człowiek wytwarza 100 watów mocy w spoczynku . To wystarczy, aby moc około 6 laptopów (zakładając, że oszacowanie 15 W do laptopa low-end), jeśli można przekonwertować 100% mocy pan produkować na energię elektryczną. Oczywiście nie możemy pokonać praw fizyki i nieuchronnie nie możesz zamienić 100% swojej energii w elektryczność; w końcu potrzebujesz energii do metabolizmu i funkcji organizmu.

Są startupy, które tworzą filc, który wytwarza energię z ciepła twojego ciała (z tego można wytworzyć około 1 lub 2 watów).

Alternatywnie, możesz użyć roweru treningowego do generowania elektryczności, jak pokazano na tej naprawdę ładnej infografice IEEE .

A jeśli wszystko inne zawiedzie, zawsze możesz ręcznie pedałować czujniki:

^{Źródło: Wikipedia (domena publiczna)}

Ta metoda polega na tym, że jesteś w środku (a niektóre metody polegają na tym, że faktycznie jesteś obecny przy sterowaniu korbą / pedałem / dynamem), więc nie jest całkowicie niezawodny.

Wspominasz o wytwarzaniu energii elektrycznej z ciepła. Wszystkie urządzenia, które zamieniają energię cieplną w pracę, mają gorącą i chłodną stronę. Teoretyczna maksymalna energia dostępna z ciepła pochodzi z różnicy między tymi temperaturami. Oznacza to, że zimne rzeczy są tak samo dobre do generowania energii, jak ciepłe - ale zrobisz to jeszcze lepiej, jeśli możesz dostać gorącą rzecz bardzo blisko zimnej rzeczy i umieścić generator termoelektryczny pomiędzy nimi.

Chcesz również uważać, aby nie zbierać energii, którą płacisz za wytworzenie. Możesz uzyskać trochę energii między rurami ciepłej wody a rurami zimnej wody - ale wtedy po prostu sprawiasz, że podgrzewacz wody pracuje ciężej - równie dobrze możesz po prostu użyć zasilania sieciowego i zapłacić bezpośrednio.

Z drugiej strony, jeśli wykorzystasz różnicę energii między rurą ściekową (załóżmy, że ktoś bierze gorący prysznic lub spuszcza makaron) a zimną rurą, wtedy twoja zimna woda staje się nieco cieplejsza, a twoje ścieki stają się nieco chłodniejsze - żadne z nich prawdopodobnie będą stanowić problem (chyba że konkretna zimna rura, której używasz, zasila lodówkę).

Śnieg zsuwa się z dachu

Jest to szczególnie północna odpowiedź, ale jeśli masz metalowy dach o dość stromym zboczu i dostaniesz przyzwoitą ilość śniegu w ciągu roku, zużywa się sporo energii, gdy zsuwa się.

Alternatywnie, dla osób, które w ciągu roku spadają mniej śniegu, woda opadowa z dachu jest dobrym miejscem do pozyskiwania energii. Elektryczne dynamo można podłączyć do rynien, wytwarzając energię za każdym razem, gdy pada deszcz.

Można go również podłączyć do połączenia internetowego i monitora:

1. Ilość opadów
2. Ilość wytworzonej energii
3. Porównanie przewidywanych opadów (z prognozy pogody) i rzeczywistych opadów

Potencjalnie możesz mieć nawet czujniki w rynnach, aby dostosować moc generowania dynamo na podstawie ilości przepływającej wody.

Twoja linia stacjonarna.

Na dowolnej linii naziemnej w domu dostępnych jest około 48 V. Wiele złych artykułów w internecie na ten temat, choć to wydaje się być najlepszy, jaki widziałem.

Część 68 przepisów telekomunikacyjnych Federalnej Komisji Stanów Zjednoczonych stanowi, że każde urządzenie, które łączy się z linią telefoniczną i nie komunikuje się aktywnie, musi wykazywać rezystancję co najmniej 5 MΩ

Wiele urządzeń kuchennych i innych urządzeń gospodarstwa domowego ma również znaczące wibracje. Pomyśl o zmywarce i kuchence mikrofalowej w kuchni. Pralka i suszarki do ubrań. Każda elektronika z silnikiem (wentylatory chłodzące? Gramofony?) Prawdopodobnie ma znaczącą moc wyjściową wibracji.

Istnieje wiele możliwych opcji, ale pod względem najłatwiejszego sposobu zebrania mojej listy byłoby:

1. Energia cieplna wychwytywana przez termoelektryczne elementy Peltiera . Elementy termoelektryczne są niedrogie i dostępne w Europie na Alibaba.COM i Amazon.COM .

   Należy pamiętać, że w 1930 r. Elementy termoelektryczne były używane w radiach w ZSRR w tundrach zbierających energię z lamp węglikowych .

2. Energia słoneczna ma obecnie bardzo wyrafinowane i fajne produkty. Na przykład coś takiego jak SolarWindow może być motywacją do korzystania z niego.

3. Polimery piezoelektryczne (odkryte w 1880 r. Przez Pierre'a Curie i jego brata) to naprawdę fascynujące materiały. Od kilku lat mój zespół bawi się materiałem PolyPower wprowadzonym przez duńską firmę Danfoss .

Nieco niejasna odpowiedź brzmi „z czujnika”. Dzięki sterowaniu zdarzeniami sprzętowymi możesz potencjalnie poprawić moc czuwania o tak dużą wartość, że akumulator można uznać za niewymienną część sprzętu.

Zobacz te badania z Uniwersytetu w Bristolu, gdzie zoptymalizowano element przełączający pod kątem wycieku pA. Chociaż widziałem to wcześniej, nie doceniłem praktycznej wartości, dopóki nie obejrzałem filmu, w którym opisano zakres korzystania z urządzenia.