Conceção de sistemas de captação de energia para dispositivos IoT autoalimentados
Introdução
O mercado da IoT atingirá 30 mil milhões de dispositivos conectados até 2027 (Gartner), com o 43% a utilizar a captação de energia para eliminar as pilhas (dados da IDTechEx de 2024). Os principais desafios incluem:
- Disponibilidade intermitente de energia (intervalo de 10 a 1000 μW)
- Limitações de armazenamento (Compromissos entre supercondensadores e baterias de película fina)
- Requisitos para o arranque a frio (potência de arranque <20 μW)
O laboratório de captação de energia da Briltech validou estas arquiteturas em mais de 120 instalações reais.
Secção 1: Otimização da fonte de colheita
1.1 Comparação de fontes e densidade de potência
| Fonte de energia | Resultado típico | Melhor caso de utilização |
|---|---|---|
| Energias solares para interiores | 10-100 μW/cm² | Sensores inteligentes |
| Vibração | 50-300 μW/g² | IoT industrial |
| Térmico | 20 μW/°C/cm² | Sistemas de climatização |
| RF | 1-10 μW/m² | Rastreamento de ativos |
Estudo de caso: O nosso coletor híbrido solar-térmico para termóstatos inteligentes:
- Sustenta uma potência média de 250 μW em ambientes de escritório
- Recarga em 3 segundos a partir da descarga total
1.2 Rastreio do ponto de potência máxima (MPPT)
void mppt_algorithm() {
if (dV/dI > 0) {
increase_duty_cycle();
} else {
decrease_duty_cycle();
}
} *Aumenta a eficiência em 18-271 TP3T em comparação com o carregamento direto*
Secção 2: Conceção de sistemas de consumo energético ultrabaixo
2.1 Seleção de circuitos integrados de gestão de energia
| IC | Corrente de repouso | Arranque a frio | Eficiência |
|---|---|---|---|
| BQ25570 | 330 nA | 20 μW | 85% |
| LTC3108 | 450 nA | 15 μW | 78% |
| SPV1050 | 1,2 μA | 5 μW | 92% |
Configuração recomendada pela Briltech:
- Recolhedor de dupla entrada (energia solar + vibração)
- Comparador de nanopotência para a comutação de fontes
2.2 Compromissos no armazenamento de energia
| Tecnologia | Densidade energética | Ciclo de vida | Fuga |
|---|---|---|---|
| Supercapacitor | 5 Wh/L | 500 mil | 5%/dia |
| Li-Polímero | 300 Wh/L | 1 mil | 11 horas e 30 minutos por mês |
| Camada fina | 50 Wh/L | 10 km | 31 horas por mês |
Secção 3: Estratégias para um funcionamento fiável
3.1 Ciclo de trabalho adaptativo
Exemplo de nó de sensor sem fios:
- Fase de colheita: 10 ms a 1 mA
- Processamento: 5 ms a 5 mA
- Transmitir: 2 ms a 20 mA
- Sono: 23,983 s a 1 μA
3.2 Resistência ambiental
- Funcionamento entre -40 °C e +85 °C (Testado de acordo com a norma MIL-STD-810G)
- Vedação IP67 para instalações no exterior
- Células solares resistentes aos raios UV (20 anos de vida útil)
