科学评估物联网设备的太阳能供电可行性——Otii应用案例

物联网产品开发人员花费大量时间考虑电源问题：从哪里获取、如何更高效利用、电力耗尽时的应急预案。

在规模化物联网部署场景中，电力问题尤为关键——若需每两个月更换电池，就没有人会愿意在数百公里范围内安装设备。

为应对这一挑战，开发者可能会采取多种策略，如提升设备能效，或选择更高性能、更适配应用场景的电池。然而，要确保远距离设备获得稳定供电，最有效的方式之一，或许就是让它们从周围环境中自主采集能量。

这就是能量采集技术能够发挥作用的关键场景。对于智慧农业、智慧公用事业、环境监测等户外部署场景，太阳能是最常见也最成熟的环境能量采集方式。因此，太阳能电池板在物联网市场中持续活跃。

但问题随之而来：如何判断当前开发的物联网产品是否适合采用太阳能供电？又该如何选择最适合应用场景的太阳能电池板？

答案很简单：通过测试评估太阳能板性能。本文将详细讲解在物联网开发项目中，如何科学评估太阳能供电方案的可行性。

不止太阳能：多元化能量采集技术

当前物联网领域提及"能量采集"时，人们几乎都会首先想到太阳能——它的普及率最高、技术也最为成熟。但这并不是唯一的选择。以下几种能量采集方式，亦正逐渐在物联网应用中崭露头角：

• 动能采集（如通过按压动作采集能量的智能按钮）

• 热能采集（如从热水管道捕获热量的水表）

• 射频能量采集（如利用环境射频波中获取能量的穿戴设备）

  这些技术处在快速发展期，但就目前现阶段，物联网业内讨论“能量采集”时，十有八九仍是关于太阳能。

物联网产品开发中评估太阳能电池板

构建太阳能物联网设备的第一步，是理解太阳能电池板的电气特性。具体来说，需要了解基于不同光照条件和电压条件下，电池板能够提供的功率（电流）。这一特性即为伏安特性曲线（也称IV曲线），其中I代表电流，V代表电压。为物联网设备评估太阳能电池板时，评估IV曲线是第一步。

只需要合适的设备，操作其实相当简单。以下为测试设备清单：

• 一台便携式电源分析仪（需支持读取电压/电流）
• 配套软件（推荐具备脚本功能，以便对硬件进行编程控制）
• 一台笔记本电脑
• 一支光照强度计
• 万用表测试线

如果想要配置实现完全可便携，建议选择可通过USB供电的电源分析仪。由于大多数物联网设备为户外部署而设计，因此建议在户外进行测试。

使用这套设备，您可以根据不同的光照条件，生成一系列不同光照场景下的IV曲线. 本视频将为您详细演示操作过程。

解读 IV 曲线与设备能耗匹配性

IV曲线可揭示太阳能电池板在阳光充足、部分日照、多云等条件下能够采集多少能量。但单有 IV 曲线还不够，我们还必须了解设备的功耗特性。建议开发者在此之前已经对设备进行了能效优化，并完成了相关测量。

这里的关键指标是设备在一次完整的工作周期中消耗的能量。我们将一次工作周期定义为设备唤醒→ 执行主要操作→ 传输数据→ 重新进入休眠状态的全过程。

IV 曲线可以显示出，在特定条件下，太阳能电池板随时间吸收的能量。将这一数值与设备单次工作周期的能耗进行对比，就能确定你需要采集太阳能多长时间，才能支持一次信号传输。 同时也能得出结论，设备在两次工作周期之间需要休眠多久。

通过数日、数周乃至数月的持续测试获取平均性能数据。如果所需的能量采集/休眠周期满足应用场景，那说明该太阳能电池板是合适的。如果不满足，那你有两个选择：

• 换一个不同（通常更大）的太阳能电池板
• 重新设计设备以提高能效

无论哪种方式，用户都可获得物联网设备在户外的实际应用中性能的可靠数据。该过程是将产品推向市场的关键。

持续部署中的能量采集测试

产品上线后也不应停止对太阳能供电系统的测试。太阳能供电测试应当成为持续部署周期的一部分。确保物联网设备能够在每次OTA升级之后、以及电池板更新换代之后，都依旧正常工作。毕竟，每次不同的生产批次之间可能会有变化。

缺乏持续测试，太阳能供电设备难以保持高可靠性——而可靠性，是物联网设备能否真正规模化落地的关键。因此，毫不夸张地说，IV曲线分析不仅对于物联网技术发展，而且在我们向可持续能源未来推进的过程中，更是至关重要。

关于Qoitech与Otii解决方案

瑞典Qoitech公司推出的低功耗测量创新方案Otii，以μs微秒级测量精度、便携式硬件与软件平台，在行业内首次实现七项核心功能深度集成（可编程电源/ 高精度数字万用表/ 动态电子负载/ 逻辑分析仪/ 电池性能分析仪/ 多模式电池模拟器/自动化电池测试系统）。

目前，Otii 已服务全球 3500+ 企业，覆盖半导体、智慧农业、智能家居、智能仪表等多个领域。其客户既包括世界 500 强，也有众多高速成长的中小型创新企业。借助精准的功耗分析能力与全生命周期测试方案，Otii 成为大规模物联网部署过程中，能效优化与能源管理的关键利器。

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