Де я можу набрати енергію в своєму будинку, щоб живити бездротові датчики?

Я читав цю статтю, "П'ять будівельних блоків безжичних датчиків бездротових датчиків" (поділилася на Meta ) про збирання енергії в IoT.

У ньому перелічено пару найрізноманітніших джерел енергії, наприклад:

• термальна енергія
• енергія вібрації

Я планую впровадити деякий прототип, збираючи прилади для вивчення можливостей. Щоб отримати експериментальні дані про те, скільки енергії можна зібрати в моєму будинку. В даний час я намагаюся визначити можливі місця у своєму будинку, де можна було б розмістити ці ефективні комбайни та ефективно їх використовувати.

Що я хоч:

• Можливо, комбайн з енергією вібрації міг би бути прикріплений до пральної машини у ванній. Ризикове середовище, оскільки вологість може бути досить високою, тому необхідний відповідний захист.
• Комбайни для теплової енергії можна було б розмістити біля печі на кухні.
• Комбайни теплової енергії можна розмістити біля нагрівальних елементів у спальнях.

У яких інших частинах квартири я повинен розмістити подальші комбайни для експериментів?

Так, наприклад, чи може мікрохвильова піч бути можливим джерелом чи іншими часто використовуваними кухонними приладами?

У мене є електричний котел над моєю ванною кімнатою (всередині квартири), тому, можливо, труби з гарячою водою, що спускаються до ванної кімнати, також є хорошими джерелами.

Що ще там може бути? Чи є більше можливостей набрати енергію вібрації в будинку?

ДВЕРІ !!!

Я не знаю, чи входить у сферу вашого питання, але ви не можете уявити марну енергію відкривання / закривання дверей!

Французький комікс на ім'я Гастон Лагафф, написаний в 1970 році, представив людину, яка збирала енергію вхідних дверей, щоб натиснути на апельсини, надрукувати картинку, приготувати каву, ...

EDIT , завдяки коментарю Олів'є Дулака, я зміг знайти смужку без того, щоб прочитати всю мою колекцію Gaston! Переклад, якщо від мене, але я не можу перекласти останню картину, це французький каламбур на слова про розслаблення себе, коли ми зле.

Щоб залишитися в межах вашого питання, я думаю про деякі сценарії:

• Сліди? Збирання вібрації з нальотом, куди найбільше гуляють люди: вхід, де ви одягаєте пальто, біля ігрового майданчика Kinect.
• Комп'ютери, сервери: збирають тепло.
• Зробіть котел на відкритому повітрі, використовуючи панелі для даху з гарячою водою (звичайно, вам потрібна згода господаря) та збирайте тепло.
• Є взуття для зарядки!

Сонячна енергія навіть в приміщенні є альтернативою збору теплової та вібраційної енергії. Ця внутрішня фотоелектрика використовує як природне, так і штучне світло.

Про доцільність вбирання світлової енергії в приміщенні для бездротових сенсорних мереж (Карлос Карвальо та Нуно-Пауліно) обговорюється заготівля світлової енергії в приміщенні ослабленого природного освітлення. Автори описують живлення бездротового бездротового датчика із середнім рівнем потужності 11,51 мкВт. Цей низький середній рівень потужності досягається дуже низьким робочим циклом системи, що робить одну передачу щогодини.

Розміри комбайнів сонячної енергії для бездротових сенсорних мереж (Примітка щодо застосування Murata M1002) порівнює різні джерела енергії навколишнього середовища:

Очевидно, що використання навколишнього світла в приміщенні дає нижчу віддачу, ніж інші джерела, але це може спрацювати для певних випадків використання.

Маючи настільки багато цінних відповідей на моє запитання, я також провів деякі подальші дослідження з цієї теми.

Я знайшов додаткове рішення щодо збирання врожаю, а також чудовий довідковий дизайн щодо бездротового сонячного вузла, що працює на сонячній енергії, без використання акумулятора.

Спочатку додатковий метод від Texas Instruments, який називається методом збирання ВЧ-вимикачів . (Відео варто переглянути, частина радіоперемикача починається о 2:29.) Він заснований на магнітному перемикачі, структуру якого можна побачити на зображенні нижче.

На кресленні тут червоним кольором знаходиться частина комутатора, яку користувач натисне. У нас є магніт всередині двох полюсів. І це створює магнітне поле через це ядро ​​назад до іншого полюса.

Коли користувач перемикає комутатор, ви можете побачити зміни поля. Він іде в протилежному напрямку через серцевину. І ми знаємо з рівнянь Максвелла, що ця зміна магнітного поля через ці обмотки призведе до струму. Це енергія, яку ми можемо збирати та використовувати.

Вимикач виробляє струм змінного струму, який потрібно перетворити на струм постійного струму, який може зарядити конденсатор. Потім енергія, що зберігається в конденсаторі, може бути використана для живлення бездротового бездротового MCU.

TI насправді зрозумів це, і вони змогли поставити достатню кількість енергії на 21 мілісекунд для бездротового MCU.

Опорний дизайн - це сонячна кістка, яка може бездротово передавати дані акселерометра на смартфон. Рішення не використовує акумулятор і досить компактне. Варто прочитати чи переглядати надані тестові дані , схеми та інші документи.

Це моя ідея, яку я викину сюди ...

Схоже, має бути можливість мати невеликий пристрій, щоб ви просто кілька разів обмотували мережевий шнур живлення (або обмотували пристрій навколо шнура живлення, я не впевнений, який). Коли пристрій «хост» увімкнено та протікає струм, «паразит» на шнурі живлення стане живитись - очевидно, не багато. Але, можливо, достатньо періодично надсилати бездротовий "пінг" з ідентифікатором (як MAC-адреса) на якийсь приймач. Що з цього ви отримаєте - це датчик, який підкаже вам кожного разу, коли «німі» пристрої були включені. Виходячи з частоти пінгів, ви навіть можете зробити висновок, яку потужність використовує німий пристрій.

Оскільки механізм був би простим і недорогим і не потребував нормативного дозволу на підключення до електромережі (UL / CE тощо), можливо, хтось міг би продати їх у пакетах за цільовою ціною ~ 5 доларів кожен. Коли ви їх отримуєте достатньо (що було б сенсом багато), система машинного навчання могла б дізнатися про ваші звички: фен увімкнений, ймовірно, ~ 30 хвилин до сну. Кавоварка увімкнена, увімкніть радіо ... таку річ. І вам не доведеться купувати смарт-фен або кавову машину, яка коштує в 30-40 разів більше, ніж сенсор у 5 доларів, щоб отримати ці дані про використання.

Радіатори повинні бути джерелом вібрації (керується від насоса), хоча, напевно, вам доведеться досліджувати резонансні частоти досить ретельно.

Можна також вбудовувати збирання кінетичної енергії в комутатори , хоча це може бути не зовсім корисним випадком, який ви уявляєте.

Інша сторона рівняння визначає, скільки енергії вам потрібно для передачі, яка дасть вам інформацію про те, як часто можна передавати, разом з вашим витоком / резервуванням.

Це відмінна ідея для отримання енергії з нашого щоденного використання енергії. Але ви повинні врахувати, що енергія, яку ви збираєте, збирається звідкись. Якщо ви хочете зібрати трохи тепла з нагрівальних елементів вашої кімнати, ви повинні пам’ятати, що все тепло, перетворене на електрику за допомогою вашого пристрою, не буде нагрівати приміщення. Отже, вашому кімнатному обігрівачу доведеться споживати більше електроенергії, якщо ви хочете зберегти свою кімнату такою ж зручною, як раніше, ніж встановити свій тепловий комбайн.

• Забирати тепло від пристроїв, де витрачається тепло (тобто будь-який об’єкт, головна роль якого не нагріватись, як комп'ютери серверів, як сказано вище), здається, більше відповідає духу того, чого ви хочете досягти.
• У стилі Гастона-Лагаффе ви можете встановити невеликі пристрої на дверях, сходах тощо ..., щоб створювати енергію щоразу, коли проходите мимо. Ідея серед інших: ви можете встановити невелике динамо у верхній частині сходів, і кожен раз, коли спускаєтесь, ви захоплюєте нейлоновий шнур і запускаєте динамо. Опустившись вниз, ви відпускаєте шнур і він перемотується назад. Нейлоновий шнур буде пробігати близько 20 м, якщо ваша сходи завдовжки 10 м, тому при хорошому передавальному відношенні та ефективному динамо ви можете генерувати необхідну кількість енергії для будь-якого невеликого пристрою навколо.

1. Сигнали WiFi

   Забудьте про крадіжку Wi-Fi вашого сусіда, щоб переглядати Інтернет. Використовуючи дешеві повсякденні матеріали, дослідники Інженерної школи університету Дюка Пратт-Школи університету розробили чудовий пристрій, який може перетворювати мікрохвильові сигнали, як ті, що використовуються для бездротової передачі Інтернету, в придатну для використання електроенергію. Тож у майбутньому, можливо, ви зможете використовувати мережу Wi-Fi свого сусіда для живлення вашого будинку.

2. Поля ЕМ від проводів змінного струму за стіною (якщо вони встановлені біля електричного проводу).

   Анотація - Існує значний інтерес до збору енергії для бездротових сенсорних мереж. Запропоновано отримання енергії з теплових джерел, таких як тепло тіла та механічні джерела, такі як рух людини. Є також сенсорні мережеві системи, які збирають енергію з видимої частини електромагнітного спектру. Однак рівень освітленості в приміщенні в приміщенні, як правило, значно нижчий, ніж у відкритих, і сильно залежить від природи розглянутого приміщення. Нещодавно була запропонована синхронізація з низькою потужністю, використовуючи електромагнітну енергію, випромінювану від ліній електропередачі змінного струму. У цій роботі ми робимо крок вперед і намагаємось відповісти на запитання: Чи можна забирати енергію за рахунок електромагнітної енергії, що випромінюється від ліній електропередачі змінного струму, і використовувати її для роботи бездротової сенсорної мережі з низьким циклом роботи? Ми вважаємо, що таке збирання енергії видається перспективним.

1. Велотренажер / бігова доріжка, підроблені до динамо. Це також дасть стимул для відпрацювання.
2. Замість того, щоб використовувати мікрохвильову піч / конвекційну піч, яка ввімкнеться в їх функцію, ви можете розмістити невеликий димохід над місцем готування (хоча випаровуються пари можуть створювати проблеми).
3. Я точно не знаю як, але люди сидять на дивані цілий день. Я знаю, що це потенційна енергія, але чогось можна досягти.
4. Ідея дверей із наведених відповідей чудова.
5. Крихітні вітрові млини у дворі.
6. Сонячні батареї (доступні зараз дешево) можна використовувати зовні.
7. Божевільний : використання невеликої турбіни під душем / краном

Один часто доступний перепад температур, який можна зібрати, буде:

різниця між внутрішньою температурою будинку і зовнішньою .

З життєвим середовищем, яке контролюється температурою, часто виникає нетривіальний диференціал, так чи інакше. Навіть без цього зовнішня температура часто змінюється через 24 години, тоді як ми намагаємось підтримувати внутрішню температуру постійною - Так велика частина дня все ще може бути різною. Я знаю, що диференціал мінорний, - Але справа в тому, що - це там багато часу.

Величезна перевага цього, як мені здається, для датчиків iOT полягає в тому, що джерело енергії доступне на більшій частині периферії житлового простору - стелі, вікон, стін, підлоги (можливо).

Знову ж таки, можливо, я лише думаю, що це є розумним, бо я живу в Австралії і у нас дні вище 40 градусів Цельсія. ;-)

Я не робив жодних розрахунків, щоб визначити, чи зможете ви заробити достатньо енергії ... Але очевидно - Залежить, скільки вам потрібно.

Одним із головних моментів є те, що, будучи таким пасивним пристроєм та планарною формою, ви могли б, можливо, спроектувати щось досить велике, скажімо, 6 дюймів квадратних? але все ж естетично приємний для монтажу на стелю чи стіну.

Одним із мінусів є те, що у вас можуть з’являтися дні поспіль, коли немає великої різниці - Якщо зовнішня температура коливається навколо комфортної кімнатної температури.

Просто думка. Ура.

ДОДАТОК: Так, я знаю, що це не безкоштовна енергія, але ОП явно цього не просила. Поширена проблема пристроїв IoT - це провідники скрізь. Можливо, ОП, хоча б частково, просто хоче цього уникнути?

Ти.

Середня людина виробляє 100 ват енергії в спокої . Цього достатньо , щоб влада близько 6 ноутбуків (передбачається , що оцінка в 15 Вт з низьким рівнем кінця ноутбука) , якщо ви можете конвертувати 100% потужності ви виробляти в електрику. Звичайно, ми не можемо перемогти закони фізики, і неминуче ви не зможете перетворити 100% своєї енергії в електрику; зрештою, вам потрібна енергія для вашого метаболізму та тілесних функцій.

Існують стартапи, що створюють фетр, який генерує енергію від вашого тепла (приблизно 1 або 2 Вт можна отримати від цього).

Крім того, ви можете використовувати велотренажер для отримання електроенергії, як показано в цій справді приємній інфографіці IEEE .

І якщо все інше виходить з ладу, ви завжди можете ручно педалювати свої датчики:

^{Джерело: Wikipedia (Public Domain)}

Цей метод покладається на те, що ви знаходитесь всередині (а деякі методи розраховують на те, що ви фактично присутні для управління кривошипом / педаллю / динамо), тому це не зовсім безглуздо.

Ви згадуєте про вироблення електрики від тепла. Усі пристрої, які перетворюють теплову енергію в роботу, мають гарячу і прохолодну сторону. Теоретична максимальна енергія, отримана від тепла, походить від різниці між цими температурами. Це означає, що холодні речі так само хороші для отримання енергії, як і гарячі речі, - але ви ще краще зробите, якщо зможете отримати гарячу річ дуже близько до холодної речі і поставити між собою термоелектричний генератор .

Ви також хочете бути обережними, щоб не збирати енергію, яку ви платите для створення. Ви можете отримати трохи енергії між трубами для гарячої води та трубами для холодної води, але тоді ви просто змушуєте роботу вашого водонагрівача - можна просто використовувати електромережу та платити за неї безпосередньо.

З іншого боку, якщо ви використовуєте різницю енергії між трубою для стічних вод (припустимо, хтось приймає гарячий душ або зливає макарони) і холодною трубою, то ваша холодна вода стає трохи теплішою, а ваші стічні води трохи прохолоднішими - жодне з них швидше за все, це буде проблемою (за винятком конкретної холодної труби, яку ви використовуєте для подачі в холодильник).

Сніг ковзає з даху

Це особливо північна відповідь, але якщо у вас металевий дах з досить крутим схилом, і ви отримуєте пристойну кількість снігу в рік, витрачається зовсім небагато енергії, коли вона ковзає.

Крім того, для людей, які отримують менше снігу в рік, дощова вода, яка виходить з даху, є хорошим місцем для отримання енергії. Електричне динамо може бути підключене до ваших жолобів, виробляючи енергію, коли буде дощ.

Він також може бути підключений до вашого Інтернету та монітору:

1. Кількість опадів
2. Кількість виробленої енергії
3. Порівняння між передбачуваною кількістю опадів (з прогнозу погоди) та фактичною кількістю опадів

Потенційно у вас можуть бути навіть датчики в жолобах, щоб регулювати потужність генерації динамо, виходячи з кількості води, що протікає.

Ваша земельна лінія.

На будь-якій наземній лінії вашого будинку є близько 48В. В Інтернеті про це багато поганих статей, хоча це, здається, найкраще, що я бачив.

Частина 68 Положення про телекомунікацію Федеральної комісії з питань зв’язку США говорить, що будь-який пристрій, який підключається до телефонної лінії та не активно спілкується, повинен чинити опір не менше 5 МОм.

Багато кухонних та інших побутових приладів також мають значні коливання. Подумайте, що посудомийна машина та мікрохвильова піч на кухні. Пральна машина та сушарки. Будь-який шматочок електроніки з двигуном (вентилятори охолодження? Вертушки?), Швидше за все, має помітний вихід вібрації.

Можливо багато варіантів, але з точки зору найпростішого способу збирання мого списку було б:

1. Теплова енергія, уловлювана термоелектричними елементами Пельтьє . Термоелектричні елементи недорогі і доступні в Європі на Alibaba.COM та Amazon.COM .

   Зверніть увагу, що ще в 1930 р. Термоелектричні елементи використовувались в радіо в СРСР в тундрах, що збирають енергію з карбідних ламп .

2. Сонячна енергія в наш час має дуже складні та круті продукти. Наприклад, щось на зразок SolarWindow може стати мотиватором його використання.

3. П'єзоелектричні (відкриті в 1880 році П'єром Кюрі та його братом) полімери - це справді захоплюючі матеріали. Уже кілька років моя команда грає з таким матеріалом PolyPower, представленим датською компанією Danfoss .

Трохи незрозуміла відповідь "від датчика". Виконуючи апаратні події, ви потенційно можете покращити потужність у режимі очікування на таку велику величину, що акумулятор можна розглядати як незамінну частину обладнання.

Дивіться це дослідження з Брістольського університету, де вони оптимізували перемикаючий елемент для витоку pA. Хоча я це бачив минулого і раніше, я не оцінив практичну цінність, переглянувши відео, в якому описано сферу використання пристрою.