Effinciency_and_Environment_05_2018

20 Efficiency & Environment - Maggio 2018 Speciale Energy Harvesting Fonte www.shutterstock.com La tecnologia di energy harvesting rappresenta già oggi un’ottima risposta alle problematiche di tipo energetico che stanno emergendo Stefano Maggi Catturiamo e salviamo l’energia • possibilità di installare sistemi elettronici dove l’energia è richiesta solo quando presente nell’ambiente. I sistemi di harvesting, grazie alla tendenza costante di miniaturizzare e integrare sempre più i dispositivi elettronici, hanno concesso l’introduzione di sistemi intelligenti ed energeticamente autonomi all’interno di diverse applicazioni, ad esempio: • impianti di automazione industriale: sensori e attuatori che in genere sfruttano le vibrazioni meccaniche presenti per alimentarsi; • monitoraggio e tracciamento di beni; • controllo remoto; • sicurezza di grandi edifici, controllo dell’illuminazione e del clima; • Wireless Sensor Network: rete di sensori (nodi) in grado di comunicare wireless la grandezza misurata localmente o trasmetterla in rete (Internet of Things); • Wireless Sensor and Actuator Network: rete di sensori (nodi) in grado di comunicare wireless la grandezza misurata e attuatori con la capacità di interagire con il sistema. Le applicazioni di energy harvesting non si limitano ovviamente all’elenco appena descritto, ma trovano utilizzo ovunque si trovi energia da raccogliere per sistemi a basso contenuto energetico. Sorgenti energetiche Come descritto inizialmente, il concetto di energy harvesting si basa sulla conversione di una fonte energetica disponibile nell’ambiente in energia elettrica; il processo viene reso disponibile da convertitori detti energy harvester. Le tipologie di sorgenti energetiche raccoglibili sono di molteplici entità: in questo contesto sono state elencate e descritte alcune delle principali I l concetto di ultra-bassa potenza è stato il più importante criterio di progettazione elettronica negli ultimi dieci anni: i livelli sono diminuiti drasticamente passando da mW a qualche μW in accordo alle modalità di funzionamento. Come diretta conseguenza, si sono sviluppate nuove tecniche di alimentazione per far fronte anche al problema energetico. La combinazione di MCU ultra-low power e raccolta di energia hanno dato luogo a una vasta gamma di applicazioni che in precedenza non erano possibili, aumentando così il livello di autonomia dei dispositivi elettronici. L’energy harvesting o energy scavenging è il processo nel quale si ha la conversione di energia dispersa nell’ambiente in energia elettrica. Questa energia dispersa è presente ovunque e si trova in differenti tipologie di sorgenti: solare, termica, elettromagnetica (campo magnetico variabile o RF), meccanica ecc… L’energia raccolta può essere utilizzata nei sistemi elettronici per ricaricare delle batterie secondarie (raccolta di energia continua o periodica) o per essere utilizzata totalmente (evento one shot) per alimentare un carico. In questo modo l’energy harvesting mette a disposizione i mezzi per costruire sistemi elettronici con alimentazione quasi o totalmente autonoma, fornendo diversi vantaggi: • possibilità di installare sistemi elettronici dove l’allacciamento energetico non è disponibile o troppo oneroso economicamente; • possibilità di installare sistemi elettronici dove le batterie sono difficili o troppo costose da sostituire;