برداشت انرژی (Energy harvesting) چیست؟

برداشت انرژی (Energy harvesting) فرآیندی است که در آن انرژی موجود در محیط اطراف جمع‌آوری و به برق تبدیل می‌شود؛ این انرژی الکتریکی سپس برای تأمین توان دستگاه‌های مختلف الکترونیکی (Electronic devices) به کار می‌رود [1]. این مفهوم به جمع‌آوری انرژی از محیط اطراف اشاره دارد؛ انرژی‌ای که در غیر این صورت به صورت تلف می‏ شد. برای تمایز آن از منابع انرژی تجدیدپذیر در مفهوم کلی، برداشت انرژی را می‌توان به عنوان جمع‌آوری انرژی طبیعی موجود در محیط برای استفاده محلی (Local use) تعریف کرد. معمولاً این فناوری شامل سامانه‌های کوچکی است که مقادیر اندکی توان، در بازه‌ای از چند نانووات (Nanowatts) تا چند صد میلی‌وات (Milliwatts)، تولید می‌کنند [2]. سیستم برداشت انرژی از سه بخش اصلی تشکیل شده است: برداشت‌کننده انرژی (Energy harvester)، واحد مدیریت و تنظیم توان (Power management conditioning)، و بخش ذخیره‌سازی انرژی (Energy storage). در این سیستم، ابتدا انرژی از محیط اطراف مانند نور خورشید، لرزش، گرما یا باد گرفته می‌شود و توسط برداشت‌کننده به انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد؛ برای مثال، مواد پیزوالکتریک (Pieoelectric) انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می‌کنند، سلول‌های فتوولتائیک (Photovoltaic cell) از نور برق می‌سازند و مولدهای ترموالکتریک (Thermoelectric generator) از اختلاف دما برق تولید می‌کنند. سپس انرژی تولیدشده وارد بخش مدیریت توان می‌شود تا ولتاژ و جریان آن تنظیم و پایدار شود و انرژی به شکلی کارآمد به بار مصرفی یا باتری ذخیره‌سازی منتقل گردد. هدف از این مرحله این است که بیشترین توان ممکن با کمترین اتلاف انرژی از منبع به دستگاه مصرف‌کننده منتقل شود [3].

برداشت انرژی (Energy harvesting) یک فناوری مهم است که پتانسیل دگرگون‌سازی شیوه تأمین انرژی برای دستگاه‌ها و زیرساخت‌های ما را دارد [4]. با توجه به محدودیت ظرفیت باتری‌ها و نیاز به شارژ مکرر، استفاده از فناوری برداشت انرژی راه‌حلی برای کاهش تضاد میان ظرفیت محدود باتری و افزایش مصرف انرژی به شمار می‌رود [5]. برداشت انرژی در ایجاد راهکارهای انرژی پایدار و کارآمد نقش اساسی دارد؛ زیرا می‌تواند به کاهش وابستگی ما به منابع انرژی سنتی کمک کند و در عین حال، منبعی قابل اعتماد و مقرون‌به‌صرفه از انرژی را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها فراهم آورد [6].

منابع

[1]        S. Chalasani en J. M. Conrad, “A survey of energy harvesting sources for embedded systems”, in IEEE SoutheastCon 2008, 2008, bll 442–447. doi: 10.1109/SECON.2008.4494336.

[2]        M. E. Kiziroglou en E. M. Yeatman, “17 – Materials and techniques for energy harvesting”, in Woodhead Publishing Series in Energy, J. A. Kilner, S. J. Skinner, S. J. C. Irvine, en P. P. B. T.-F. M. for S. E. A. Edwards, Reds Woodhead Publishing, 2012, bll 541–572. doi: https://doi.org/10.1533/9780857096371.4.539.

[3]        Y. K. Tan en S. K. Panda, “Review of energy harvesting technologies for sustainable wireless sensor network”, Sustain. Wirel. Sens. networks, vol 2010, bll 15–43, 2010.

[4]        R. La Rosa, P. Livreri, C. Trigona, L. Di Donato, en G. Sorbello, “Strategies and Techniques for Powering Wireless Sensor Nodes through Energy Harvesting and Wireless Power Transfer”, Sensors, vol 19, no 12. 2019. doi: 10.3390/s19122660.

[5]        H. G. Lee en N. Chang, “Powering the IoT: Storage-less and converter-less energy harvesting”, in The 20th Asia and South Pacific Design Automation Conference, 2015, bll 124–129. doi: 10.1109/ASPDAC.2015.7058992.

[6]        M.-L. Ku, W. Li, Y. Chen, en K. J. R. Liu, “Advances in Energy Harvesting Communications: Past, Present, and Future Challenges”, IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol 18, no 2, bll 1384–1412, 2016, doi: 10.1109/COMST.2015.2497324.