能量采集技術(shù)的革新
一般認(rèn)為,引發(fā)當(dāng)今能量采集技術(shù)發(fā)生基礎(chǔ)性變革的主要因素,是無線與低功耗電子器件的發(fā)展,以及傳感器、微電子機(jī)械能量系統(tǒng)(MEMS)等組件的不斷進(jìn)步。另外,建筑物監(jiān)控、測量工具以及專門監(jiān)測建筑物結(jié)構(gòu)狀態(tài)的所謂永久性裝置,需要微型能量采集技術(shù),也催生了這個(gè)市場。
能量采集并非全新的創(chuàng)意,多年前就有人發(fā)明了由運(yùn)動產(chǎn)生能量的手表。從廣義上講,能量采集包括各種能源來源,比如動能(風(fēng)、波、重力、振動等)、電磁能(光、電磁波等)、熱能(太陽熱能、地?zé)、溫度變化、燃燒等)、原子能(原子核能、放射性衰變等)或生物能(生物燃料、生物質(zhì)能等)。
但是,當(dāng)電子電路的能量消耗從毫瓦級降至微瓦級時(shí),一個(gè)嶄新現(xiàn)象出現(xiàn)了:為電路提供能量不再需要電網(wǎng)或電池,而是利用周圍的各種環(huán)境能源,如人們身邊微小的振動、光、熱和電磁波等。能量采集技術(shù)的變化產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響,其早期應(yīng)用,是在機(jī)械裝置和車輛上廣泛使用的、通過振動提供能量的無線傳感器。由于不再需要電池,這種傳感器沒有必要再進(jìn)行維護(hù)。 一般認(rèn)為,引發(fā)當(dāng)今能量采集技術(shù)發(fā)生基礎(chǔ)性變革的主要因素,是無線與低功耗電子器件的發(fā)展,以及傳感器、微電子機(jī)械能量系統(tǒng)(MEMS)等組件的不斷進(jìn)步。另一方面,建筑物監(jiān)控、測量工具以及專門監(jiān)測建筑物結(jié)構(gòu)狀態(tài)的所謂“永久性裝置”,需要微型能量采集技術(shù),也催生了這個(gè)市場。 由于能量采集技術(shù)廣泛而多樣,還有很多應(yīng)用尚待發(fā)現(xiàn),因此很難估計(jì)整個(gè)市場規(guī)模究竟有多大。目前,人們對微型能量采集技術(shù)市場的考察一般集中于該技術(shù)明確可替換電池的細(xì)分市場。美國市場調(diào)查公司Darnell Group的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,到2012年,將有22億個(gè)能量采集器與薄膜電池投入使用。汽車、家電、醫(yī)療、軍事以及航天等領(lǐng)域的能量采集應(yīng)用市場將從2008年的1350萬套增長到2013年的1.641億套。 未來10年將是該技術(shù)實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長的關(guān)鍵時(shí)期,它的應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大。據(jù)英國IDTechEx公司預(yù)測,能量采集技術(shù)的應(yīng)用范圍將遍及消費(fèi)性電子、軍事、航天、保健、石油與天然氣、建筑、大眾運(yùn)輸?shù)仁袌。它在飛機(jī)制造、個(gè)人健康監(jiān)視系統(tǒng)以及防盜檢測系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用,將形成一個(gè)規(guī)模可達(dá)數(shù)十億美元的市場。另外,它在新興應(yīng)用方面也取得了良好進(jìn)展,如德國Fraunhofer集成電路研究院開發(fā)了一個(gè)基于半導(dǎo)體的熱力發(fā)電機(jī),它能將溫差轉(zhuǎn)換成電能。該設(shè)備可以佩戴在身上,用人體的熱量作為能量來源,并為植入身體的醫(yī)療健康設(shè)備提供電力。IMEC荷蘭分部也在研究一個(gè)利用壓電效應(yīng)的能量采集設(shè)備,該設(shè)備能將機(jī)械振蕩轉(zhuǎn)換成大約40毫瓦的能量! 迄今為止,成功將能量采集技術(shù)商用化的領(lǐng)域包括,宇宙飛船中的太陽光電裝置、道路設(shè)備、手表、光開關(guān)和消費(fèi)性產(chǎn)品等?捎糜诖蟊姷拇笠(guī)模應(yīng)用,則包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)和筆記本電腦電池以及為欠發(fā)達(dá)國家提供幾乎免費(fèi)的電力和照明等。 在眾多的應(yīng)用中,哪些是能量采集技術(shù)的最佳應(yīng)用呢?答案不是唯一的,一些人認(rèn)為是智能建筑和智能監(jiān)測;另一些人則認(rèn)為是植入人體的醫(yī)療傳感器。也許未來的發(fā)展將證明,能量采集技術(shù)的最佳應(yīng)用是它與無線組件或傳感器的結(jié)合。 |
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