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用能量收集實現智能家居的可持續性和綠色未來

2022/7/31 10:53:22

在國家新基建的背景下，隨著5G、人工智能等新興技術快速應用與普及，萬物互聯互通已成為經濟社會的發展趨勢，智能家居也迎來發展機遇。據中研網發布的《2022智能家居行業現狀與市場發展前景趨勢分析》報告預測，2022年我國智能家居市場規模預計達6515.6億元。中國將成為全球最大的智能家居市場消費國，占據全球50%-60%的智能家居市場消費份額。

隨著消費者對于智能家居消費需求進一步升級，不斷增長的智能家居設備對環境的可持續性也持續造成影響。人們越來越多地關注物聯網/智能家居的可持續性，因而產品對環境的影響成為消費者購買的重要考慮因素。

智能家居的可持續性

在過去一年中，全球電力需求增長了6%，給很多地區的供應鏈帶來了壓力，同時推高了電價。不斷增長的能源需求正在加快全球變暖的速度，并引發氣候危機。我們可以通過許多方法阻止氣候變化，比如從使用化石燃料轉向使用可再生能源、保護亞馬遜等雨林。但作為個人，我們能做什么呢？

每個人都可以做到的一件事情就是節約用電。當然這并非要求人們不使用電能，完全關掉家里的燈具等設備，而是說我們要盡量避免浪費電。大幅減少能源的使用可以帶來巨大的變化，而智能設備有助于降低家庭的用電量。

例如，在智能家居中，智能恒溫系統的用戶能夠在手機上輕松設置偏好、調節空調溫度，不論身處家中，還是正在路上。隨著AI技術的進步，智能恒溫系統甚至能夠學習如何根據使用模式來更好地預測用戶對暖風和冷風的偏好。這些智能系統能夠大幅減少用戶的用電量和電費，給消費者帶來雙贏；還可以幫助用戶發現冷暖空調系統中的問題，并在需要更換空氣過濾器時發出提醒。

智能照明也能幫助提高可持續性。在智能照明系統中，管理員可以為不同位置、不同時間、以及系統偵測室內人員等設置不同的照明偏好。這種高自適性配合高效的LED燈泡，可以大幅減少用電量。

能量收集需求

為了提高可持續性，物聯網行業亟需解決蓄電池問題——每年有數十億蓄電池被丟棄，導致有害化學物質泄漏到垃圾填埋場。能量收集技術為解決這個問題提供了方法。

智能設備可以同時使用能量收集技術與超低功耗射頻、按需喚醒技術等其他低功耗增強功能來延長電池壽命，使一塊電池可以一直使用到智能產品報廢為止。在某些情況下，能量收集技術甚至可以使設備在沒有電池的情況下運行，消除更換電池的不便利性，并為用戶帶來成本的節約。可以預期，假設搭載能量收集技術的智能設備能夠形成規模，將有效地幫助物聯網行業變得更加可持續。

能量收集來源

目前，智能設備可以使用的能量收集途徑有很多，包括光伏（PV）、射頻（RF）、機械動能和熱能。光伏是物聯網行業中最流行的能量收集來源之一，尤其是對于鍵盤、鼠標等人機接口設備。現代光伏電池不需要太多的光來收集能量，能夠在普通室內光線水平下，甚至從紅外線等非可見光源中收集能量。目前，制造光伏電池最常見的材料是玻璃基板，但隨著光伏技術的不斷創新，未來將可以使用更靈活的材料來制造光伏電池。這些新材料將使環境傳感器、信標等能量收集裝置的物理形狀和尺寸變得更加小巧，從而更容易集成到更多的物聯網設備中。

射頻能量通過射頻源（即發射器）為附近設備供電。發射器的頻率、發射功率和占空比都會影響設備與發射器之間的距離限制。雖然我們可以使用任何頻率來傳輸能量，但當使用較低的射頻頻率（如900兆赫）時，設備與射頻源之間的最大距離不能超過5至6米。射頻能夠為多個設備同時供電，因此非常適合用于零售或工業環境（包括工廠）。

機械動能能量收集技術的另一種能量來源。這種能量的來源有很多，比如按下按鈕的動作或電機的振動。跑鞋鞋底上的壓力也可以成為機械動能的來源。機械動能收集裝置包括電機共振振動收集器、能夠對機械壓力做出反應的壓電發電機等。

熱能也是一種可以為無線監測器和傳感器供電的能源。熱能的來源包括電機、熱水管，甚至人體。依靠熱能的物聯網設備使用熱電發電機（TEG）將熱源和環境之間的溫度差轉換為電能。

Atmosic提供的受控能量收集技術為物聯網和其他設備的電池和成本問題提供了多種解決方案，能夠從光伏、射頻、機械動能、熱能等多個來源收集應用運行所需的能量。同時，Atmosic推出的SoC產品結合了超低功耗藍牙技術（Bluetooth LE）與集成式的電源管理單元(PMU)，能夠與光伏電池和射頻(RF)天線等能量收集元件直接連接，可降低物料成本，同時提高所收集能量的使用效率。

當然，能量收集并非一種“全有或全無”的技術路線。我們仍然可以將電池技術與能量收集技術結合起來，以大幅度延長電池的使用壽命；或者在某些情況下，使物聯網設備完全擺脫對電池的依賴。

本文作者：Atmosic產品營銷高級總監Nick Dutton。查詢進一步信息，請訪問官方網站