energiankeruu

Energiankeruu (energy harvesting) on prosessi, jossa ympäristöstä saatavaa energiaa kerätään, muunnellaan sähköenergiaksi ja varastoidaan käyttöön pienikokoisissa laitteissa. Se on keskeinen ratkaisu langattomien anturiverkkojen ja IoT-laitteiden tehonkulutuksen hallintaan erityisesti tilanteissa, joissa perinteinen virtalähde ei ole käytännöllinen tai kustannustehokas. Tavoitteena on pidentää laitteiden toimintaa sekä vähentää huoltokustannuksia, kuten paristojen vaihdon tarvetta.

Yleisimmät energianlähteet ja muunnosmenetelmät vaihtelevat. Aurinkoenergiaa hyödynnetään fotovoltaisilla kennoilla, kun taas kineettinen energia voidaan muuntaa piezoelektrisillä tai magnetoinduktiopohjaisilla ratkaisuilla tärinöistä ja liikkeestä. Lämpötilaerot sektionaalisissa rakenteissa mahdollistavat termoelektrisen generoinnin, ja RF-energiankeruu kerää radiotaajuusenergiaa vastaanottimilla kuten rectennaverkkoja hyödyntäen. Energianlähteet ovat usein vaihtelevia ja epäsäännöllisiä, mikä asettaa suunnittelulle haasteita.

Järjestelmä koostuu energiankeräysosasta, tehonhallinnasta ja energianvarastoinnista (paristo tai superkondensaattori). Tehohallinta muuntaa vastaanotetun energian käyttökelpoiseksi tasoksi ja ajoittaa laitteen toimintaa siten, että energian käyttö ja varastointi pysyvät tasapainossa. Tavoitteena on energian toimituksen vakaus pienessä koossa sekä mahdollistaa energiansäästötoimenpiteet, kuten pitkäkestoisen lepotilan ja tilannesidonnaisen aktiivisuuden vuorottelun.

Sovellukset vaihtelevat langattomista sensoriverkoista rakennusten energiankäytön seurantaan sekä teolliseen valvontaan ja kuluttajatuotteisiin. Energiankeruu voi merkittävästi vähentää huoltoja ja lisätä järjestelmien elinkaarta, mutta suunnittelussa tulee huomioida lähteiden vaihtelu, varastoinnin kapasiteetti sekä kokonaiskustannukset.