橋梁的安全監(jiān)控、零瓦待機(jī)、智能照明控制……等這些看似風(fēng)馬牛不相及的領(lǐng)域，今天，它們都將和一個(gè)概念——“微型能量收集(EnergyHarvesting)”技術(shù)聯(lián)系在一起。微型能量收集技術(shù)雖然現(xiàn)在還沒有得到大規(guī)模商用，但已經(jīng)取得了重大技術(shù)突破，這為討論已久的“無電池”、“半永久續(xù)航”應(yīng)用的廣泛普及奠定了基礎(chǔ)。

富士通半導(dǎo)體最新推出的在微光條件下也可以實(shí)現(xiàn)97%轉(zhuǎn)換效率的光環(huán)境發(fā)電pMIC，并且此電源管理IC還可以實(shí)現(xiàn)低至0.35V的超低電壓?jiǎn)?dòng)。這些技術(shù)上的突破使得以往處于概念階段的“無電池”、“半永久”應(yīng)用場(chǎng)景即將成為現(xiàn)實(shí)，并且為綠色節(jié)能應(yīng)用供應(yīng)了更廣闊的想象空間。

微型能量收集市場(chǎng)現(xiàn)狀與趨勢(shì)

“事實(shí)上，微型能量收集并不是一個(gè)全新的概念，它之所以一直沒有被真正的廣泛應(yīng)用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其實(shí)際能夠推動(dòng)的能量消耗端所消耗的能量之間一直處于不平衡的狀態(tài)，簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是其收集的能量不夠用。可喜的是隨著傳感器、MCU、RF等器件功耗的不斷降低，以及微型能量收集電源管理IC技術(shù)的突破，使得系統(tǒng)能量收支逐漸趨于平衡。”富士通半導(dǎo)體市場(chǎng)部高級(jí)經(jīng)理王韻介紹說。

而據(jù)測(cè)算，這類應(yīng)用的能量收集和能量消耗情況在2010年和2011年階段的時(shí)候已經(jīng)非常接近，而2011年以后，他們認(rèn)為微型能量收集技術(shù)所能收集的能量已經(jīng)完全可以用于能量消耗的部分。

另?yè)?jù)美國(guó)InnovativeResearchandproducts(iRAp)公司的調(diào)查顯示，到2014年，整個(gè)微型能量收集的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到12.54億美元。而從2009年開始，其市場(chǎng)一直保持每年73%的高上升率。

英國(guó)的IDTechEx公司也曾供應(yīng)數(shù)據(jù)：“能量收集與能源類相關(guān)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將由2010年的4.4億美元上升至2020年的6.05億美元”，微型能量收集技術(shù)將成為一個(gè)非常有潛力的市場(chǎng)。

將無電池應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

我們的生活圈中存在各種能量，如光、熱、無線電波和振動(dòng)等。這些能量以太陽(yáng)能、電磁、壓電等形式輸入能量收集電源管理IC(pMIC)，用于能量收集。輸出功率可以用于傳感器、低功耗MCU或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)元件中，如雙電層電容和全固態(tài)二次電池。

富士通半導(dǎo)體及合作伙伴們一直在設(shè)想有什么應(yīng)用方法可以使這些生活中隨處可見的能源被收集起來。王韻例舉了幾種非常有意思的能量收集應(yīng)用。這些應(yīng)用包括：無需鑰匙就能打開車門、水管理系統(tǒng)、無電池遙控、自定位系統(tǒng)等。

日常生活中，這些應(yīng)用假如使用電池，就要手動(dòng)更換電池。電池確實(shí)是非常便宜，但是很多情況下對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的電池進(jìn)行更換的費(fèi)用往往代價(jià)昂貴，而且廢舊電池屬于污染物。那么，此時(shí)能量收集方法就是解決方法。

“關(guān)于微型能量收集的無電池應(yīng)用(batteryless)，富士通半導(dǎo)體關(guān)注的重要領(lǐng)域之一就是在物聯(lián)網(wǎng)即所謂的傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensornetwork)的應(yīng)用，幫助這類系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensornode)以及用于通信的RF模塊實(shí)現(xiàn)半永久的供電。”王韻進(jìn)一步指出。

三角形顯示了微型能量收集的無電池應(yīng)用在云業(yè)務(wù)中的3個(gè)層級(jí)，可以看到三角形的底層即是我們所講的傳感器節(jié)點(diǎn)，在中間層是一些網(wǎng)關(guān)，而這個(gè)三角形的頂部是云業(yè)務(wù)。

“在這個(gè)系統(tǒng)中要數(shù)量龐大的傳感器節(jié)點(diǎn)，并且對(duì)其中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都要求能夠自由維護(hù)，并可以安裝在任何地方。這就決定了必須是無電池的解決方法。”王韻解釋道。

橋梁安全監(jiān)控等“半永久”傳感器網(wǎng)絡(luò)

文章開頭提及的橋梁安全監(jiān)控也是傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)例。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，最近五年內(nèi)我國(guó)倒塌的橋梁總共達(dá)有三十七座之多。其實(shí)不光是在我國(guó)，在美國(guó)、日本、歐洲，很多橋梁因?yàn)榻ㄔ斓膯栴}，因?yàn)榈刭|(zhì)變動(dòng)的問題，因?yàn)槔闲嗷膯栴}，多多少少都會(huì)存在一定的危險(xiǎn)性。

橋梁的安全性問題迫使人們不得不對(duì)橋梁進(jìn)行定期的或?qū)崟r(shí)的監(jiān)控。而現(xiàn)在能夠?qū)蛄哼M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式之一就是將傳感器安放在橋梁上。但是新的問題又出現(xiàn)了，因?yàn)樵跇蛄荷喜茧娫淳€是非常不方便的，傳感器必須實(shí)現(xiàn)無線，按照現(xiàn)在的方式只能在傳感器內(nèi)部放一顆電池，可是放電池又遇到一個(gè)問題，即當(dāng)電池電量耗完后，必須有人到橋梁可能人都沒辦法爬進(jìn)去的地方去換電池，這就逼迫大家必須考慮將環(huán)境能量收集過來實(shí)現(xiàn)“半永久”工作的傳感器網(wǎng)絡(luò)。

王韻認(rèn)為，除了橋梁的安全監(jiān)控，能量收集技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用最多的還將體現(xiàn)在其它一些基礎(chǔ)設(shè)施或建筑物上面，

幫助實(shí)現(xiàn)“零瓦”待機(jī)這一新賣點(diǎn)

現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)節(jié)能的要求越來越高，特別是崇尚綠色生活的歐洲用戶，非常厭惡使用電池的應(yīng)用。因此在家用電器方面，很多廠商都在努力實(shí)現(xiàn)0W待機(jī)，以獲得一個(gè)新的賣點(diǎn)和產(chǎn)品差異化特性。如機(jī)頂盒待機(jī)是從20W到10W到5W，到目前實(shí)現(xiàn)1W待機(jī)，以后要實(shí)現(xiàn)0W待機(jī)，但是0W待機(jī)在物理上是有限制的，要跨過這一步就必須采用微型能量收集技術(shù)來幫助實(shí)現(xiàn)，這是市場(chǎng)應(yīng)用的機(jī)會(huì)所在。

富士通半導(dǎo)體本次展示的一款pMIC就屬于微光太陽(yáng)能采集芯片，能幫助實(shí)現(xiàn)0W待機(jī)。如在機(jī)頂盒或電視機(jī)上加上小小的一片太陽(yáng)能電池板，幫助收集室內(nèi)的微弱光照，讓一顆MCU維持待機(jī)的功能，另外的主系統(tǒng)就真正實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，這樣就真正實(shí)現(xiàn)了0W待機(jī)。“而以前的電視廠商都是通過電池來實(shí)現(xiàn)待機(jī)的，現(xiàn)在我們用太陽(yáng)能電池板替換了電池的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了無污染的零瓦待機(jī)。”王韻說。

用于智能照明控制，大幅降低樓宇耗電

“通常，我們會(huì)下意識(shí)的認(rèn)為大樓里面能耗最大的是空調(diào)，冷氣或暖氣系統(tǒng)，但當(dāng)我們進(jìn)行調(diào)查研究后，得出的結(jié)論竟然是樓宇里的照明才是耗電最大的部分。所以要降低整個(gè)大樓的能耗，就要首先從照明系統(tǒng)開始。”王韻介紹說。