对于我们的物联网系统，如何收集少量的能量作为动力分析

爱因斯坦的相对论描述了引力波的物理性质。它们带来能量，非常低的能量值，不像太阳免费发送给我们的光子(量子)，无需任何额外费用来为我们的房屋供电。太阳本身代表了最重要的无限来源，它使我们能够使用免费电力或收集太阳能来发电。新的设计和制造方法使现代太阳能电池板更实惠、更高效。活力收集收集少量的能量，为现在接近物联网的各种小型设备提供动力。

光伏电池 (PV) 是一种能量收集技术，通过称为“光伏效应”的过程将太阳能转化为有用的电能(归因于光电效应——光伏和光电可以追溯到相同的概念)。有几种类型的光伏电池使用半导体与来自太阳的光子相互作用以产生电流。在实践中，光子激发材料中的电子，使它们脱离轨道以产生电流。光伏电池由多层材料组成，每一层都有特定的用途。光伏电池中最重要的层是经过特殊处理的半导体层。它由两个不同的层(P 型和 N 型)组成，实际上是将太阳能转化为有用的电能。半导体的两侧是一层导电材料，可以“收集”产生的电力。电池的背面或阴影面可以完全覆盖，而正面或光照面必须利用太阳的位置来收集尽可能多的光子。仅涂在电池受光面的最后一层是抗反射涂层。由于所有半导体都是自然反射的，因此反射损耗可能很大。仅涂在电池受光面的最后一层是抗反射涂层。由于所有半导体都是自然反射的，因此反射损耗可能很大。仅涂在电池受光面的最后一层是抗反射涂层。由于所有半导体都是自然反射的，因此反射损耗可能很大。

接触带电是一种在两种不同材料直接接触并随后分离时在它们上产生表面电荷的过程。在接触过程中，每种材料都会产生相反极性的电荷。近年来，摩擦电能量收集系统的开发取得了重大进展，称为摩擦电纳米发电机(TENG)。这些系统需要最少数量的组件：至少两层摩擦电材料、两层材料之间的物理分离、用于电力收集的电极和一个调节电路，以最大限度地提高能量收集效率。

热能收集包括从环境中获取可自由利用的热量，或转换和利用发动机、人体和其他来源排放的废能。热能直接转换为电能可以通过塞贝克效应实现，其中通过适当设计的热电装置感应的热流产生电压和电流。热电器件 (TEG) 的基本组件包括单个结构的 P 和 N 型热电材料，正如我们在太阳能中看到的那样，每个结构都串联电连接。通过在热和电方面将许多 PN 对并联，可以构建一个典型的 TEG 模块，该模块产生与热梯度(温差)成比例的电压。热电发电模块或 TEG 已在许多应用中使用，例如收集由放射性物质衰变发出的热量的宇宙飞船。用于临床的可穿戴电子产品的新兴领域还提供了通过体热为设备供电来收集热电能量的可能性。

从振动中收集能量使用与旋转机器相关的低水平自然资源，例如电动机或人体运动，以产生几百微瓦或几毫瓦的功率。用于此目的的压电换能器是非对称晶体的一个子类。材料晶胞中的不对称性建立了晶体变形导致小的电位差的机制。然而，为了细化压电换能器的特性，有必要充分了解振动物体的频率分布并确定谐振频率。对于某些应用，例如电机，可以很容易地确定振动的特性和共振频率。在其他情况下，为了获得足够的理解，有必要用加速度计测量物体的振动(我们将在下一章中看到)并分析通过快速傅里叶变换(FFT)算法获取的数据的频率特性。然后我们获得共振频率。

无线射频 (RF) 能量收集可延长便携式设备的电池寿命。电磁波来自多种来源，例如卫星站、GSM/5G 和 Wi-Fi 互联网网络。射频能量收集系统可以捕获电磁能量并将其转换为可用于为负载供电的直流电压。主要布局由天线和整流器电路组成，可让您将射频功率或交流电(AC 或 AC)转换为直流电信号。阻抗匹配网络 (IMN) 确保射频源和负载之间的最大功率传输。收集射频能量只是利用太阳能、振动和风能等其他来源可以完成的工作的一个例子。收集射频能量使用捕获传输的电磁波并将其存储以供以后使用的想法。天线的效率主要取决于其阻抗和调节电路的阻抗。如果两个阻抗不匹配，则不可能从自由空间接收所有可用功率。阻抗匹配定义天线阻抗是调理电路(倍压电路)阻抗的复共轭。该领域专家的适应和调节电路使能量收集变得高效。在这种类型的应用中已经采用了各种天线，从简单的偶极子到更复杂的设计，例如螺旋配置。虽然后者提供了良好的偏振性能，它通常仅限于宽度为几百兆赫兹的宽带设计。目前，由于每个天线元件需要复杂的供电机制，多频窄带设计通常受到限制。市场上有很多 900 MHz 天线，只需注意适配器类型(SMA、BNC 等)选择一种即可。没有什么能阻止您直接在 PCB(印刷电路板)中构建天线。天线必须有一个接地平面以优化效率。接地平面的大小会影响天线的增益、谐振频率和阻抗。只需选择一个注意适配器类型(SMA、BNC 等)。没有什么能阻止您直接在 PCB(印刷电路板)中构建天线。天线必须有一个接地平面以优化效率。接地平面的大小会影响天线的增益、谐振频率和阻抗。只需选择一个注意适配器类型(SMA、BNC 等)。没有什么能阻止您直接在 PCB(印刷电路板)中构建天线。天线必须有一个接地平面以优化效率。接地平面的大小会影响天线的增益、谐振频率和阻抗。

谈到太阳能存储，首先想到的是越来越多地使用电池与光伏系统相结合，无论是小规模还是大规模使用。然而，可以储存的不仅仅是电力。当前能源转型中一个同样重要的因素是捕获和储存太阳能热能的能力。这个目标并不容易实现，尤其是当您需要一个可以长时间储存热量的系统时。近年来，这一挑战导致了新研究方向的发展，完全旨在根据要求创建太阳能蓄电池。有效收集和储存太阳热能是利用到达地球表面的丰富太阳辐射的重要步骤。最现代的系统使用具有高光学浓度的昂贵材料，这会导致大量热损失。该设备将分子能物理与潜热储存相结合，为太阳能的 24/7 收集和储存提供集成解决方案。混合范式使用白天的热量定位，在小范围内提供 73% 的收集效率，在大范围内提供约 90% 的收集效率。与最新一代系统不同，在夜间，混合动力系统积累的能量以 80% 的效率和比白天更高的温度回收。与依靠光伏技术直接发电的太阳能电池板和电池不同，这种混合设备从太阳中捕获热量并将其存储为热能。经典的硅光伏系统当然可以算是成熟的技术，这可以进一步提高，但接近性能的理论极限。目前，双面太阳能电池板是一个值得关注的有趣设备，因为它们不仅从太阳中捕获能量，而且还间接地从反照率中捕获能量，即从岩石、沥青等反射的光。可再生能源的缺点之一风能和太阳能等，正是它们的间歇性，因此需要能够安全、经济地储存大量电力的电池。

集成系统还减少了热损失，因为不需要通过管道传输存储的能量。低成本、高效率的太阳能存储技术已成为一个非常重要的关注课题，许多好的想法正在涌现。人工智能可以对可再生资源产生若干积极影响。例如，通过智能电网，可以调节和优化电网流量，以最大限度地减少与太阳能和风能间歇性相关的问题，并减少使用热电厂补偿电网失衡的需要。