能量收集：智能建筑的可持续能源

物联网正在进入住宅和公寓、办公楼、机场和医院。基于无线电的照明、供暖和安全系统以及新型服务提供更舒适、更高效和更好的建筑服务，并降低能源消耗。能量收集为电池提供了一种有吸引力的替代品，通常用于为这些应用中的传感器提供能量，这要归功于几个好处。

电池供电的无线传感器和控制器的成功并非巧合，因为它们具有多种优势。由于它们独立于电缆和插座，它们可以放置在任何地方并在房间之间灵活移动。但他们的能量不是无穷无尽的。

对于较大的系统，设施管理人员必须计划和执行电池的采购和更换。在这里，就像在工业应用中一样，监控大量电池并作为预防措施或在必要时立即更换它们无疑是一项挑战。对于消费者来说，如果电池没电了，他们需要立即更换，并且家里总是有备用电池。

另一个方面是环境污染：据估计，未来几年将有数十万亿个物联网无线电传感器投入使用。同样数量的电池需要 100 万吨锂——相当于 10 年的生产量。但即使可用的锂足够，它的消耗也会造成相当大的环境污染。到目前为止，还没有回收工艺可以提取足够的纯锂用于电池中重复使用。这同样适用于电池中的其他有毒重金属，例如汞、铅、镉和镍。

电池的替代方案是通过电缆供电。然而，尤其是在改造和扩展的情况下，这意味着大量的工作和高昂的成本。与电池供电的无线传感器和控件一样简单且灵活的是那些使用能量收集直接从环境中产生能量的传感器和控件——来自运动、光线或温度差异。这意味着传感器和开关可以免维护运行，自供电，并且可以安装在建筑物的任何地方。

来自运动的能量

通过动能收集，电力是从动能产生的。例如，按下开关可以激活机电能量转换器，该转换器通过按下按钮产生足够的能量来打开和关闭家用电器或灯，或者调用灯光场景或控制卷帘。

该原理可用于创建不需要与传统型号不同的开关——从简单的开/关或上/下开关到用于控制光强度和颜色、加热、家庭娱乐或安全系统的滑动和旋转控件。它们随时可以立即使用，家庭中的任何人都可以使用它们。这使得它们比必须在智能手机或平板电脑上打开和激活的应用程序更容易使用。

同样的方法也适用于窗户接触传感器，它会在窗户打开时进行报告。此外，例如，水传感器使用可膨胀材料，当它膨胀时，会激活机电能量转换器。这种传感器安装在洗衣机或浴缸下方，会向阀门发送无线电信号，当与水接触时会中断供水。

来自光的能量

为了从阳光中产生能量，安装在传感器模块上的小型太阳能电池将光转化为电能。这使得传感器能够运行，例如，湿度、温度、窗户接触或存在传感器。能量存储在内部，即使没有新的能源供应，也能确保传感器的能源供应长达四天。

来自温度的能量

使用 Peltier 元件和 DC/DC 转换器，只需 2˚C 的温差即可产生能量，这足以运行无线传感器。这种方法是理想的，例如，对于使用加热器和环境之间的温差来更改设置并通过无线电与太阳能房间控制器通信的自供电加热阀。

高效的楼宇管理

基于能量收集的无线传感器可完成完全免维护和自供电的典型楼宇自动化任务，例如门窗的状态消息。在办公大楼或火车站或机场等基础设施建筑中，它们可以根据需要对电梯、供暖和空调系统或任何其他技术设备进行维护和维修工作，从而提高效率。为此，他们通过物联网网关通过互联网向相关服务提供商发送某些状态消息。

其他建筑应用包括存在和活动传感器，用于记录会议室的使用频率和人数。这同样适用于卫生设施，以便它们可以根据需要进行清洁，并且可以重新填充卫生纸、肥皂和毛巾等消耗品。这减少了工作量和成本，同时提高了用户满意度。设施经理反过来可以确保已经提供了商定的服务。

这些传感器与 Microsoft、T-Systems 和 IBM 等公司的物联网平台联网，为建筑物和建筑服务的数字化提供实时数据。

能量收集提供了自供电传感器和开关的灵活性，这些传感器和开关免维护，可以安装在任何地方。此外，它们还消除了有毒电池材料对环境的影响。

关于作者

Raoul Wijgergangs 于 2021 年 8 月被任命为EnOcean的首席执行官。这位荷兰物联网专家在物联网行业拥有超过 20 年的经验，曾领导两次通过收购成功退出以及一次通过合资企业退出。在加入 EnOcean 之前，他曾担任奥斯陆 Disruptive Technologies 的首席执行官，并曾担任 Silicon Labs 的副总裁/总经理以及哥本哈根 Sigma Designs 的 Z-Wave 业务部门的副总裁/总经理等职位。 . 他还是 Z-Wave 联盟的联合创始人。

审核编辑 黄昊宇