Tråd og strømløst: Når man kan bruke energihøsting til å drive sensorer og brytere har man et veldig fleksibelt system som kan kobles til nettverk via huber og rutere. Men typisk koster det litt elle mye mer enn om man har systemer som går på batteri eller er kablet. (Bilde: Enocean)

MODERNE PARASITTER

Kan vi endelig få en batterifri mobiltelefon?

Et stadig større antall sensorer trenger energi og vil skaffe den selv. Disse blodløse parasittene suger strømmen de trenger fra omgivelsene.

Forskere ved University of Washington har vist fram en prototyp på en batterifri mobiltelefon. I stedet for å drives av et batteri som lades fra nettet, får den strøm fra energi som er fanget ved å «høste» radiobølger i ulike spektere som er over alt.

I det minste gjelder det der folk ferdes. Bølger fra radio- og TV-kringkasting, mobilnett på mange frekvenser, nødnett og en rekke andre radiofrekvenser kan generere energi. Hadde de ikke gjort det, ville det blitt stille i både radioer og mobiltelefoner. Det er energien som genereres i antennene som gjør at vi kan ta imot signaler.

Men er det så enkelt at høstet radiobølgeenergi er nok til å drive en mobil?

Nei, ikke de mobilene vi er vant til å bruke. En mobil trenger å stå i lytteposisjon hele tiden. Det er ikke så strømkrevende. Men noen ganger må man snakke og det kan koste over en watt. Det er ikke mye, men det er ekstremt «kostbart» hvis energien skulle høstes fra de radiobølgene som befinner seg rundt den.

Har allerede

Alle mobiler har flere antenner tilpasset ulike frekvenser som brukes for telefoni, wifi, bluetooth og GPS. En antenne er en form for energihøster, men det de fanger er et ekstremt svakt signal som forsterkes slik at det blir til lyd eller data.

Skulle man høste energien og lagre den som strøm, støter man på problemet at den utstrålte energien fra radiosenderne faller med radien i tredje potens i nærfeltet og andre potens i fjernfeltet.

Som regel er en mobil ganske langt unna senderne, kanskje med unntak av wifi-ruteren, men den sender til gjengjeld bare med maks 100 milliwatt. I alle retninger. Da er det ikke mye igjen i et punkt etter noen meter. I tillegg kommer antenne-effektiviteten. Den kan i spesielle tilfeller komme opp i 60 prosent, men er som regel mye dårligere.

Termisk energihøsting: Denne 14 x 14 mm store termogeneratoren produserer litt elektrisk energi ved å utnytte forskjellen mellom en kald og en varm side. 
Termisk energihøsting: Denne 14 x 14 mm store termogeneratoren produserer litt elektrisk energi ved å utnytte forskjellen mellom en kald og en varm side.  Foto: EnOcean

Skulle en mobiltelefon høste radioenergi måtte den ha antenner for flest mulig av radiokildene som er tilgjengelig. Og de måtte være svære. Langt større enn noen mobilbruker ville sette pris på.

Forskerne som utvikler telefonen, sier at man må bruke øretelefoner. Det er vel også vanskelig å tenke seg at man kan ha en vanlig skjerm. Det vil bruke for mye energi. Men selv som en ren snakkedings kan det bli tøft å hente nok energi.

I praksis må man ha direktive antenner som retningsstyrer radioenergien om det skal bli generert noe særlig energi. Og de må sende med stor effekt for å kompensere for den dårlige virkningsgraden.

Mindre behov

Mekanisk energihøsting: Et lite trykk på en tilsynelatende vanlig lysbryter er nok til å generere kraft for å sende et signal om tilstand. F. eks til å skru på lys eller til å rapportere tilstanden til en sensor, slik som om et vindu er åpent eller lukket.
Mekanisk energihøsting: Et lite trykk på en tilsynelatende vanlig lysbryter er nok til å generere kraft for å sende et signal om tilstand. F. eks til å skru på lys eller til å rapportere tilstanden til en sensor, slik som om et vindu er åpent eller lukket. Foto: EnOcean

Selv om mobiltelefoner som ikke trenger lading vil være science fiction lenge, er det andre anvendelser som ikke krever så mye strøm. Internet of Things (IoT) betyr at de aller fleste «ting» vil være sensorer som står og rapporterer en eller annen tilstand som trykk, temperatur, fuktighet, lysstyrke, berøring, nærhet, stilling, posisjon, endring, gass-sammensetning, hastighet, strømstyrke, vibrasjon, spenninger, etc..

Det finnes et vell av sensorer som i rask takt plasseres ut i verden og som gjør IoT stadig større. Slike sensorer må for det første ha strøm nok til å drive selve sensoren, men de må også kunne rapportere målingene tilbake.

I stadig større grad dreier det seg om å sende signalene tilbake til nettskyen hvor programvare bruker dem til å prosessere tilstander, trender og varsler. Skal vi realisere et samfunn hvor enorme mengder sensorer skaper trygghet og produktivitet kan ikke alle være avhengig av strømtilførsel eller batteridrift.

Lagre eller lage

Det som er helt sikkert, er at et fåtall av alle de nye sensorene vi plasserer ut kommer til å være kablet. Det vil bare skje i helt spesielle tilfeller slik som ved overvåkningskameraer som både krever mye strøm og som skal sende veldig store datamengder tilbake.

I de aller fleste tilfeller dreier det seg om sensorer, som enten må gå på eget batteri lik de norske Distruptive Technologies har utviklet som klarer seg opptil 15 år på det lille batteriet, eller om sensorer som kan fange nok energi fra omgivelsene til å forsyne strømbehovet.

Selv med en slik sensor som bruker ekstremt lite strøm i forhold til kravene fra en mobiltelefon, kan det være upraktisk å bruke radioantenner for å generere energien som trengs. En studie fra London har vist at det er mulig å generere strøm fra radiospekteret via ulike antenner, men det krever investeringer i antenner og elektronikk.

Sol

Den mest nærliggende måten å hente tilgjengelig energi på, er gjennom solceller. Det ville være mye enklere å lage en slik telefon og det finnes da også en lang rekke deksler til mobiler med solceller på utsiden. Så lenge de ligger eksponert for sollys så lader de batteriene, men neppe nok til å drive de kravene en moderne smarttelefon stiller.

En solcelle på 10 cm2 vil kunne produsere et par watt når sola lyser rett på. En moderne smarttelefon har et batteri på rundt 10Wh, og da trengs det teoretisk fem timer ladetid daglig. Om den vendes normalt på sola hele tiden.

Selv om det ikke er så lett å drive sensorer og annet utstyr på radiobølgeenergi, er det mange andre måter å hente energi på.

Fanger lys: Solceller behøver ikke være ute. De kan fange litt lys inne også og konvertere det til elektrisk energi. Med bare 200 lux lan denne 5 x 2 cm cellen genererer over 30 mikrowatt. Det er ikke mye, men nok til å drive temperatursensorer, CO2-sensorer og mange andre varianter og sende signalet til en hub med radio.
Fanger lys: Solceller behøver ikke være ute. De kan fange litt lys inne også og konvertere det til elektrisk energi. Med bare 200 lux lan denne 5 x 2 cm cellen genererer over 30 mikrowatt. Det er ikke mye, men nok til å drive temperatursensorer, CO2-sensorer og mange andre varianter og sende signalet til en hub med radio. Foto: EnOcean

Er det mulig å høste bevegelsesenergi, er det en åpenlys kilde. For eksempel kan en svingende vekt i et armbåndsur drive en generator og lade et batteri som driver klokka. Er det et termisk differensial kan man, om det er høyt nok, drive et termisk element som bruker halvledere til å generere strøm mellom den kalde og varme siden av elementet. Slike differensialer finner vi masse av i industrien.

Piezoelektriske krystaller er viktige i mange sammenhenger. Slike kan bruke strøm til å lage bevegelse direkte, men de kan også gjøre det motsatte, lage strøm av bevegelser. Hvis de festes på maskiner, bruer og andre ting hvor det oppstår vibrasjoner kan det gi nok strøm til å drive sensorer.

Det norske smarthusselskapet Future Home bruker funksjonsbrytere som genererer nok strøm når de trykkes inn til å sende det nødvendige signalet til den såkalte smarthub-en. De ser ut som vanlige lysbrytere, men kan klistres opp på den flate veggen.

Det er selvfølgelig også mulig å generere strøm fra mikroturbiner som fanger vind og strømmende vann, men det krever mekanikk som man gjerne vil unngå. Det er viktig at slike energikilder skal virke år ut og år inn uten tilsyn.

Kommentarer (13)

Kommentarer (13)