Cosecha de energía por radiofrecuencia

Hay muchos dispositivos inalámbricos que funcionan en todo el mundo, lo que hace la vida de las personas más fácil y cómoda de muchas maneras, pero todos estos dispositivos inalámbricos deben cargarse una y otra vez para usarlos. Pero, ¿y si podemos usar la misma radiofrecuencia que transfiere datos para cargar los dispositivos? Esta tecnología reduciría u omitiría el uso de baterías para alimentar el circuito dentro del dispositivo. La idea es recolectar energía de la radiofrecuencia utilizando las antenas en lugar de generar energía a partir del movimiento o la energía solar. Este artículo tratará en detalle la recolección de energía de RF.

¿Cómo funciona la recolección de energía de RF?

Hay muchas fuentes de RF disponible, pero lo importante entender primero es, ¿Cómo convertir la RF en energía o electricidad ? El proceso es bastante simple, es como el proceso normal de una antena que recibe una señal. Entonces, entendamos el proceso de conversión usando un diagrama simple.

La fuente (puede ser cualquier dispositivo o circuito electrónico que) transmite señales de RF y el circuito de aplicación, que tiene un circuito incorporado para la conversión de energía, recibe la RF, que luego causa una diferencia de potencial a lo largo de la antena y crea un movimiento de portadores de carga a través de la antena. Los portadores de carga se mueven al circuito de conversión de RF a CC, es decir, la carga ahora se convierte en corriente CC utilizando el circuito que se almacena temporalmente en el condensador. Luego, utilizando el circuito de acondicionamiento de energía, la energía se amplifica o se convierte al valor potencial según lo desee la carga.

Hay muchas fuentes que transmiten señales de RF como estaciones de satélite, estaciones de radio, internet inalámbrico. Cualquier aplicación que tenga un circuito de recolección de energía de RF adjunto, recibiría la señal y la convertiría en electricidad.

El proceso de conversión comienza cuando la antena receptora recibe la señal y provoca una diferencia de potencial a lo largo de la antena que además hace un movimiento en los portadores de carga de la antena. Estos portadores de carga de la antena se mueven al circuito de adaptación de impedancia conectado a través de los cables. La red de adaptación de impedancia (IMN) asegura que la transferencia de potencia desde la antena (fuente de RF) al Rectificador / Multiplicador de voltaje (Carga) sea máxima. La impedancia en un circuito de RF es tan importante como la resistencia en el circuito de CC para una transferencia de potencia óptima entre la fuente y la carga.

La señal de RF recibida en la antena tiene una forma de onda sinusoidal, es decir, es una señal de CA y debe convertirse en una señal de CC. Después de pasar por IMN, el circuito rectificador o multiplicador de voltaje rectifica y amplifica la señal según la necesidad de la aplicación. El circuito rectificador no es un rectificador de media onda, onda completa o puente, sino un circuito multiplicador de voltaje (un rectificador especial) que rectifica la señal y también aumenta la señal rectificada según el requisito de la aplicación.

La electricidad convertida de CA a CC usando un multiplicador de voltaje se mueve al circuito de administración de energía que usa un capacitor o batería para almacenar la electricidad y la suministra a la carga (aplicación) cuando sea necesario.

¿Cuáles son las s

Como se mencionó anteriormente, hay muchos dispositivos que usan señales de RF, lo que significa que habría muchas fuentes para recibir la señal de RF para recolectar la energía.

Las fuentes de RF que se pueden utilizar como fuente de energía son:

• Estaciones de radio: Antiguas pero dignas, las estaciones de radio emiten regularmente señales de RF que pueden usarse como fuente de energía.
• Estaciones de TV: Esta también es una fuente antigua pero valiosa que envía señales 24/7 y se considera una buena fuente de energía.
• Teléfonos móviles y estaciones base: miles de millones de teléfonos móviles y sus estaciones base emiten señales de RF que, como resultado, son una buena fuente de energía.
• Redes inalámbricas: hay una serie de enrutadores Wi-Fi y dispositivos inalámbricos presentes en todas partes y también deben considerarse como una buena fuente para recolectar energía de la RF.

Estos son los principales dispositivos presentes en todo el mundo que son las principales fuentes de RF que pueden utilizarse para recolectar energía, es decir, generar energía eléctrica.

Aplicaciones prácticas de la captación de energía por radio

Algunas de las aplicaciones de Energy Harvester que utilizan el sistema de RF se enumeran a continuación:

• Tarjetas RFID: La tecnología RFID (identificación por radiofrecuencia) utiliza el concepto de recolección de energía que carga su 'etiqueta' al recibir la señal de RF del propio lector de RFID. La aplicación se puede ver en centros comerciales, metros, estaciones de tren, industrias, universidades y muchos otros lugares.
• Investigación o evaluación: La empresa Powercast ha lanzado un tablero de evaluación, el “tablero de evaluación P2110” que se puede utilizar para fines de investigación o para evaluaciones de algunas aplicaciones nuevas considerando el poder requerido y recibido y los cambios que se realizarán después de la evaluación.

Además de estas aplicaciones prácticas, hay muchos campos en los que la tecnología de recolección de energía se puede utilizar, como en el monitoreo industrial, la industria agrícola, etc.

Limitaciones de la recolección de energía de RF

Con buenas aplicaciones y una serie de ventajas, también hay algunas desventajas y estas desventajas se deben a la limitación existente en eso.

Entonces, las limitaciones para el sistema de recolección de energía de RF son:

• Dependencia: La única dependencia del sistema de recolección de energía de RF es la calidad de las señales de RF recibidas. El valor de RF se puede reducir debido a cambios atmosféricos u obstáculos físicos y puede resistir la transmisión de la señal de RF, lo que resulta en una baja potencia como salida.
• Eficiencia: Dado que el circuito está formado por componentes electrónicos que pierden su funcionalidad con el tiempo y dan malos resultados si no se cambian en consecuencia. Como resultado, esto afectaría la eficiencia del sistema en su conjunto y proporcionaría una salida inadecuada a cambio.
• Complejidad: el receptor del sistema debe diseñarse en función de sus aplicaciones y el circuito de almacenamiento de energía, lo que lo hace más complejo de construir.
• Frecuencia: Cualquier circuito o dispositivo que esté diseñado para recibir una señal de RF para recolectar energía puede diseñarse para operar solo en una banda de frecuencia y no en varias. Por lo tanto, solo se limita a ese espectro de banda.
• Tiempo de carga: la potencia máxima de salida de la conversión está en milivatios o microvatios. Por lo tanto, la potencia requerida por la aplicación necesitaría mucho tiempo para producirse.

Aparte de estas limitaciones, la captación de energía mediante radiofrecuencia (RF) tiene muchas ventajas, por lo que tiene aplicación en la industria de la automatización, agricultura, IOT, industria sanitaria, etc.

Hardware de recolección de energía de RF disponible en el mercado

El hardware disponible en el mercado que admite la recolección de energía por radiofrecuencia son:

• Powercast P2110B: la empresa Powercast ha lanzado P2110B que se puede utilizar tanto para evaluación como para uso basado en aplicaciones.

• Aplicaciones:
  • Sensores inalámbricos sin batería
    • Monitoreo industrial
    • Red inteligente
    • Defensa
    • Automatización de edificios
    • Gas de petróleo
  • Recarga de batería
    • Pilas de monedas
    • Células de película fina
  • Electrónica de baja potencia

• caracteristicas:
  • Alta eficiencia de conversión
  • Convierte señales de RF de bajo nivel que permiten aplicaciones de largo alcance
  • Salida de tensión regulada hasta 5.
  • Corriente de salida de hasta 50 mA
  • Indicador de intensidad de la señal recibida
  • Amplio rango operativo de RF
  • Funcionamiento hasta una entrada de -12 dBm
  • Reiniciable externamente para control por microprocesador
  • Rango de temperatura industrial
  • RoHS

• Powercast P1110B: Similar al P2110B, Powercast P1110B tiene las siguientes características y aplicaciones.

• caracteristicas:
  • Alta eficiencia de conversión,> 70%
  • Bajo consumo de energía
  • Salida de voltaje configurable para soportar la recarga de baterías de iones de litio y alcalinas
  • Operación desde 0V para soportar la carga del capacitor
  • Indicador de intensidad de la señal recibida
  • Amplio rango operativo
  • Funcionamiento hasta una potencia de entrada de -5 dBm
  • Rango de temperatura industrial
  • RoHS

• Aplicaciones:
  • Sensores inalámbricos
    • Monitoreo industrial
    • Red inteligente
    • Vigilancia de la salud estructural
    • Defensa
    • Automatización de edificios
    • Agricultura
    • Gas de petróleo
    • Servicios de localización
  • Disparador inalámbrico
  • Electrónica de baja potencia.

Estos son los dos dispositivos de captación de energía basados ​​en RF disponibles en el mercado y desarrollados por la empresa Powercast.

Uso de la recolección de energía de RF en aplicaciones IOT

Con la creciente popularidad de Internet de las cosas (IoT) en la automatización de dispositivos electrónicos, se están desarrollando aplicaciones de IoT para hogares e industrias, que podrían permanecer alimentadas durante años esperando un disparador. Con la capacidad de recolección de energía, estos dispositivos pueden literalmente extraer energía del aire para recargar sus propias baterías o recolectar suficiente energía del medio ambiente para que una batería ni siquiera requiera ninguna fuente de energía externa para cargarse. Estos sensores autoamplificados ahora se denominan normalmente " energía cero".sensores inalámbricos por su capacidad de proporcionar datos de sensores directamente en una nube de IoT, utilizando una puerta de enlace inalámbrica sin una fuente aparente de energía. Al recolectar energía de las fuentes de energía de RF disponibles, se puede desarrollar una nueva generación de dispositivos inalámbricos de energía ultrabaja (ULP), como los sensores de IoT, para aplicaciones de bajo mantenimiento como el monitoreo remoto.

La recolección de energía se considera como una tecnología "complementaria" de las comunicaciones inalámbricas, ya que puede permitir una mayor duración de la batería para dispositivos móviles y posiblemente un funcionamiento sin batería para algunos dispositivos electrónicos.