Técnicas de Recuperação de Energia para Alimentação de Sensores de IoT

Publicado por Marketing Mkt em março 24, 2022março 24, 2022

O rápido crescimento da Internet das Coisas (IoT) acelerou os fortes interesses no desenvolvimento de sensores sem fios de baixa potência. Atualmente, os sensores sem fio estão integrados nos sistemas IoT para coletar informações de uma forma confiável e prática, com o objetivo de monitorar processos e atividades de controle em vários nichos, tais como: transportes, energia, infra-estruturas civis, edifícios inteligentes, monitorização ambiental, cuidados de saúde, defesa, dentre outros.[1]

O funcionamento a longo prazo e auto-sustentável destes dispositivos IoT deve ser considerado desde cedo, quando o projeto ainda está nas suas etapas iniciais. Tradicionalmente, os sensores sem fios têm sido frequentemente alimentados por baterias, o que, apesar de permitir baixos custos globais do sistema, pode afetar negativamente a vida útil e o desempenho de toda a rede em que são utilizados. Uma solução para este tipo de problemática é a implementação de tecnologias de recuperação de energia.[1]

“Recuperação de energia” é o termo utilizado para designar o processo pelo qual parte da energia de uma fonte primária, essencialmente, pode ser recuperada na forma de outro tipo de  energia, usualmente, elétrica. Geralmente, esta energia é recuperada e empregada na alimentação de dispositivos eletrônicos voltados para aplicações de baixa potência (low power) ou de extrema baixa potência (extreme low power).[2]

As fontes de energia para a maioria das aplicações são: energia cinética na forma de força, deslocamentos ou vibrações, energia termal em que há um gradiente de temperatura, energia sob a forma de luz incidente, e ondas eletromagnéticas. O método para transformar essas energias dependerá das aplicações [3], [4], [5], [6] : 

    I. Vibrações: Há muito interesse na utilização de MEMS piezoelétricos (sistemas microeletromecânicos) para obter energia do ambiente e transferir para algum tipo de carga. 

    II. Fontes termais: Algumas aplicações são realizadas com células piroelétricas baseadas em PZT (titanato de zirconato de chumbo) e PVDF (polivinilideno).

    III. Solar: Dispositivos de gerenciamento de potência integrados a painéis solares.

    IV. Fontes eletromagnéticas de radiofrequência: O uso de um tipo especial de antenas, chamadas de rectennas, vem ganhando muito espaço dentro da engenharia. Com elas, é possível recuperar energia por meio das ondas eletromagnéticas.

Como as fontes de energia na natureza são muito diversificadas, também são as aplicações e métodos de transformação. As técnicas, sistemas e processos de recuperação de energia estão se expandindo cada vez mais e tornando-se mais atrativas para as mais diversas aplicações, por reduzirem emissões poluentes à natureza, reaproveitar uma fonte de energia já em uso e diminuírem os custos finais de projeto.

Referências

[1] Sanislav, Teodora, et al. “Energy harvesting techniques for internet of things (IoT).” IEEE Access 9 (2021): 39530-39549.

[2] Zeadally, Sherali, et al. “Design architectures for energy harvesting in the Internet of Things.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 128 (2020): 109901.

[3] Harb, Adnan. “Energy harvesting: State-of-the-art.” Renewable Energy 36.10 (2011): 2641-2654.

[4] Shafique, Kinza, et al. “Energy harvesting using a low-cost rectenna for Internet of Things (IoT) applications.” IEEE access 6 (2018): 30932-30941.

[5] Eltresy, Nermeen A., et al. “Smart home IoT system by using RF energy harvesting.” Journal of Sensors 2020 (2020).

[6] Kim, Sang-Gook, Shashank Priya, and Isaku Kanno. “Piezoelectric MEMS for energy harvesting.” MRS bulletin 37.11 (2012): 1039-1050.