新时代能量收集应用无处不在

传送范围

工作占空比

       

当然，由能量收集源所提供的能量取决于它处于操作状态的时间。因此，比较能量收集电源的主要衡量标准是功率密度，而不是能量密度。能量收集一般会遇到低的、可变的和不可预测的可用功率，因而通常采用了一种与能量收集器和一个辅助电能储存器相连的混合结构。收集器由于其无限的能量供应和功率不足而成为系统能源。辅助电能储存器 (一个电池或一个电容器) 可产生较高的功率，但储存的能量较少，它在需要的时候供电，其他情况下则定期从收集器接收电荷。所以，在没有可供收集功率的环境能量时，必须采用辅助电能储存器给 WSN 供电。当然，从系统设计人员的角度而言这将导致复杂程度的进一步增加，因为他们现在必须考虑这样一个问题"为了对缺乏环境能量源的情况下提供补偿，应在辅助储存器中存储多少能量?"究竟需要储存多少能量将取决于诸多因素，包括：

1. 缺乏环境能量源的时间长度

2. WSN 的占空比 (即数据读取和传输操作必须具备的频率)

3. 辅助储存器 (电容器、超级电容器或电池) 的大小和类型

4. 是否可提供既能充当主能量源、同时又拥有充分剩余能量 (用于当其在某些特定时段内不可用时为辅助电能储存器充电) 的足够环境能量?

最先进和现成有售的能量收集技术 (例如振动能量收集和室内光伏技术) 在典型工作条件下产生毫瓦量级的功率。尽管这么低的功率似乎用起来很受限，但是若干年来收集组件的工作可以说明，无论就能量供应还是就所提供的每能量单位的成本而言，这些技术大体上与长寿命的主电池类似。此外，采用能量收集的系统一般能在电能耗尽后再充电，而这一点主电池供电的系统是做不到的。

 

正如已经讨论的那样，环境能源包括光、温差、振动波束、已发送的 RF 信号，或者其他任何能通过换能器产生电荷的能源。下面的表 2 说明了从不同能源可产生多少能量。

 

表 2：能源以及它们可产生多少能量

能源	所产生的典型能量值	典型应用
小型太阳能电池板	数百 mW/cm2 (太阳光直接照射)	手持式电子设备
小型太阳能电池板	数百 µW/cm2 (太阳光间接照射)	远程无线传感器
Seebeck (席贝克) 器件 (将热能转换成电能)	数十 µW/cm2 (器件本身的热量)	远程无线传感器
仍然是席贝克器件	数十 mW/cm2 (炉子废气烟道)	远程无线传动器
压电器件 (通过器件的挤压或挠曲产生能量)	数百 µW/cm2	手持式电子设备或远程无线启动器
来自天线的 RF 能量	数百 pW/cm2	远程无线传感器