Сбор энергии
Сбор энергии — по-английски energy harvesting — обозначает получение небольших количеств электричества из непосредственного окружения. Не из электростанции, не из батареи, а из того, что и так есть: свет, тепло, движение, радиоволны.
Нейтриновольтаика принадлежит к этому семейству. Кто хочет её оценить, тому следует знать остальных его членов.
Мысль, стоящая за этим
В классической энергетике речь идёт о количестве: электростанция должна давать как можно больше. При сборе энергии речь идёт о другом — о независимости.
Датчик, которому нужен один милливатт, — это не проблема энергии. Это проблема обслуживания. Батареи хватает на несколько лет, потом кто-то должен туда поехать. При десяти датчиках это задача, при десяти тысячах — деловая модель, которая не работает.
Поэтому в этой области измеряют не в киловаттах, а в микроваттах на квадратный сантиметр — и решающий вопрос звучит не «сколько?», а «как долго без вмешательства?».
Устоявшиеся источники
| Источник | Принцип | Порядок величины |
|---|---|---|
| Свет под открытым небом | фотовольтаика | несколько милливатт на см² |
| Свет в помещении | фотовольтаика | от 10 до 100 микроватт на см² |
| Градиент температуры | термоэлектричество | около 100 микроватт на см² при разности 5 K |
| Колебания | пьезоэлектричество | несколько сотен микроватт на см³ |
| Радиоволны | выпрямительная антенна | доли микроватта на см² |
| Бета-распад | бетавольтаика | микроватты, зато десятилетия |
Разброс на пять порядков величины и есть собственно вывод. Не существует той самой энергии окружения, а есть весьма по-разному щедрые каналы — и у каждого своё условие. Фотовольтаике нужен свет, термоэлектричеству — градиент, пьезоэлектричеству — движение.
Почему хранение относится сюда же
Едва ли какой-нибудь источник даёт равномерно. Поэтому система сбора энергии почти всегда состоит из трёх частей: преобразователя, схемы подготовки и накопителя.
Накопитель — часто суперконденсатор, а не батарея: он переносит сотни тысяч циклов заряда и почти не стареет.
К этому добавляется приём из электроники: скважность. Датчик измеряет не постоянно, а спит и просыпается каждые несколько минут на миллисекунды. Так хватает источника, который в среднем лежит намного ниже того, что прибор потребляет в работе.
Где это работает сегодня
Сбор энергии — не техника будущего, а повседневность. Радиовыключатели для света обходятся без батареи и берут свою энергию от нажатия пальца. Датчики давления в шинах используют вибрацию. RFID-метки живут энергией считывающего устройства. Наручные часы уже десятилетиями заряжаются от движения запястья.
Во всех этих случаях действует один и тот же образец: энергии мало, но альтернатива — послать туда кого-нибудь — дороже.
Притязание нейтриновольтаики
Подход Neutrino® Energy Group отличается от всего названного в двух пунктах.
Источником. Вместо одного-единственного канала группа называет целый пучок: нейтрино, космические мюоны, электромагнитные колебания и тепловые движения. Привлекательность в том, что эти потоки присутствуют повсюду — в темноте, под землёй, внутри прибора.
Порядком величины. Для Neutrino Power Cube группа называет от 5 до 6 киловатт и обозначает эти значения как проектные цели в разработке. Это на много порядков выше всего, что до сих пор принято при сборе энергии.
Именно в этом состоит вызов данного начинания — и именно поэтому отнесение к этой области полезно: оно делает видимым, чем позже придётся мерить успех.
Родственные понятия
- Термоэлектричество — электричество из градиента температуры
- Бетавольтаика — электричество из бета-распада
- Фотовольтаика в сравнении
- Эффект храповика — выпрямление теплового движения
- Neutrino Power Cube
Источники
- Neutrino® Energy Group: Energy Harvesting, neutrino-energy.com/technology/energy-harvesting/.