根據(jù)IoT Analytics的報告數(shù)據(jù)，預估到 2030 年，全球互聯(lián)設備的數(shù)量預計將超過400 億臺。從健康可穿戴設備、智能恒溫器到工業(yè)、農(nóng)業(yè)和智慧城市傳感器，這些連接設備不斷通信并生成大量數(shù)據(jù)。這將需要消耗大量能源，而全球能源消耗的壓力現(xiàn)已十分嚴峻。因此，SiliconLabs（芯科科技）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品營銷經(jīng)理Tristan Cool先生通過本篇應用文章來探討如何可持續(xù)地為400億臺物聯(lián)網(wǎng)設備供電，并介紹芯科科技領先支持能量采集（EnergyHarvesting）技術的xG22E系列SoC，幫助開發(fā)人員迎合物聯(lián)網(wǎng)設計新趨勢。

需求驅動替代能源解決方案

持續(xù)的連接需求疊加全球能源使用的增長，迫切需要向可持續(xù)能源轉型。傳統(tǒng)供電方式，如電網(wǎng)供電和電池，存在固有的可擴展性和維護問題。無論哪種類型的電池，其使用壽命都有限，產(chǎn)生廢棄物的同時也帶來了后勤維護挑戰(zhàn)。例如，如果需要更換的電池位于橋梁、風力渦輪機或工業(yè)廠房等難以到達的區(qū)域，則維護難度會大幅增加。

為了解決這些問題，創(chuàng)新能源解決方案正在不斷涌現(xiàn)。例如，超級電容器（supercapacitors）是一種高容量的能量存儲設備，介于傳統(tǒng)電容器和可充電電池之間，其能量存儲容量遠高于傳統(tǒng)電容器。此外，薄膜電池（thin-filmbatteries）是一種由薄層材料構成的可充電電池，因其緊湊的外形和極低的漏電流而提高了效率并延長了設備壽命。

通過能量采集利用環(huán)境能源

能量采集系統(tǒng)利用超級電容器和薄膜電池等組件，將環(huán)境能量（如太陽能、振動、動能甚至無線電波）轉化為可用電能，并儲存以備后用。這種技術能夠推動更小、更具成本效益且?guī)缀趺饩S護的設備發(fā)展。能量采集正在成為連接未來的關鍵支柱之一，為自供電設備提供可行方案，并減少對傳統(tǒng)能源的依賴。

過去，能量采集技術僅限于為小型傳感器供電，如今，它已擴展到更復雜的應用，如智能建筑自動化、安全系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)、基礎設施和醫(yī)療設備等支持藍牙通信的設備。

隨著系統(tǒng)級芯片（SoC）技術的發(fā)展，能量采集系統(tǒng)的擴展性也得到了進一步提升。SoC 是物聯(lián)網(wǎng)設備的“智能核心”，像 Silicon Labs 這樣的解決方案提供商正在設計超低功耗SoC，以優(yōu)化硬件和軟件，從而提升能效并延長設備壽命。例如，芯科科技的BG22E SoC使物聯(lián)網(wǎng)設備制造商能夠構建節(jié)能型、高性能且安全的藍牙低功耗（BluetoothLE）和 15.4 無線連接解決方案，支持從簡單的遙控器和智能門鎖到復雜的資產(chǎn)追蹤系統(tǒng)等各種應用。

行業(yè)間的合作也在推動能量采集技術的發(fā)展。例如，SiliconLabs 與e-peas（一家專注于能量采集電源管理集成電路（PMIC）的公司）合作，共同開發(fā)xG22EExplorer Kit能量采集擴展板。這些擴展板幫助開發(fā)者更準確地測量和優(yōu)化能量采集應用，使其適用于各種環(huán)境能量來源和存儲技術，包括同時收集光能、熱梯度能量和無線電波能量。

這些重大技術突破使得物聯(lián)網(wǎng)設備可以依靠紐扣電池或收集的環(huán)境能量運行數(shù)年之久，從而大幅減少更換電池的需求。

全系統(tǒng)能源效率優(yōu)化策略

要實現(xiàn)可持續(xù)的物聯(lián)網(wǎng)部署，還需從系統(tǒng)層面進行優(yōu)化，例如數(shù)據(jù)壓縮與優(yōu)化、邊緣計算等方法，以減少數(shù)據(jù)傳輸量、帶寬需求和數(shù)據(jù)中心的能源消耗。

例如，在智能農(nóng)業(yè)應用中，如果在設備端對土壤濕度數(shù)據(jù)進行壓縮處理，再傳輸至云端，則可顯著降低網(wǎng)絡中的能源消耗。此外，使用可再生能源供電的云平臺和數(shù)據(jù)中心，也能確保物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的環(huán)保性。目前，許多主要的云計算服務商已承諾實現(xiàn)100% 可再生能源供電，從而直接減少物聯(lián)網(wǎng)應用的碳足跡。

另外，利用實時設備監(jiān)測進行預測性維護（PredictiveMaintenance），可以減少設備停機時間，并防止不必要的資源浪費。傳感器數(shù)據(jù)的分析能夠提前預測和預防潛在的設備故障，從而避免緊急維修帶來的高昂成本和資源浪費。

邁向更可持續(xù)的互聯(lián)未來

隨著 2030 年 400 億臺互聯(lián)設備目標的臨近，能源效率和可持續(xù)性正成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心關注點。通過采用能量采集技術、超低功耗SoC、智能電源管理解決方案以及系統(tǒng)級優(yōu)化策略，整個行業(yè)正致力于打造更環(huán)保、更高效的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

芯科科技等技術創(chuàng)新者正在推動物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向更加可持續(xù)的未來邁進，使全球互聯(lián)設備在降低能源消耗的同時，依然能提供穩(wěn)定的性能和強大的功能。

本文轉載自IoT insider網(wǎng)站