ワイヤレスセンサーに電力を供給するために、自宅のどこでエネルギーを収集できますか？

私はこの記事、「自己給電ワイヤレスセンサーノードの5つのビルディングブロック」（Metaで共有）を読んで、IoTでのエネルギーハーベスティングについて読みました。

たとえば、収穫可能なエネルギー源がいくつかリストされています。

• 熱エネルギー
• 振動エネルギー

プロトタイプを実装して、可能性を探るためにデバイスを収集する予定です。私の家でどれだけのエネルギーを収穫できるかについての実験データを入手するため。現在、これらのエネルギーハーベスターを設置して効率的に使用できる可能性のある自宅の場所を特定しようとしています。

私が何をしたか：

• たぶん、振動エネルギーハーベスターを浴室の洗濯機に取り付けることができます。湿度が非常に高くなる可能性があるため、適切な保護が必要な危険な環境。
• 熱エネルギーハーベスターは、キッチンのオーブンの近くに配置できます。
• 熱エネルギーハーベスターは、寝室の発熱体の近くに配置できます。

実験のために、アパートの他のどの部分にさらにハーベスターを配置する必要がありますか？

それで、たとえば、電子レンジは、可能なソースまたは他の頻繁に使用されるキッチン家電になることができますか？

私はバスルームの上（アパート内）に電気ボイラーを持っています。

他に何がありますか？家庭で振動エネルギーを収穫する可能性はありますか？

ドア!!!

それがあなたの質問の範囲内にあるかどうかはわかりませんが、ドアを開閉する無駄なエネルギーを想像することはできません！

1970年に書かれたGaston Lagaffeという名前のフランスの漫画は、オレンジを押したり、写真を印刷したり、コーヒーを入れたりするために、開いたドアのエネルギーを収穫した人を紹介しました...

EDIT、Olivier Dulacのコメントのおかげで、私はすべてのGastonコレクションを読む必要なくストリップを見つけることができました！私からの翻訳ですが、最後の写真を翻訳できない場合、それは私たちが気が狂っているときの自分自身の繋がりについての言葉のフランス語のしゃれです。

あなたの質問の範囲にとどまるために、私はいくつかのシナリオを考えています：

• 足音？人々が最も歩く場所であるプラークで振動を収穫します。玄関、コートを置く場所、Kinectプレイフィールドの近く。
• コンピューター、サーバー：熱を収集します。
• 温水屋根パネルを使用して屋外ボイラーを作成し（もちろん家主の同意が必要です）、熱を収穫します。
• 充電靴があります！

太陽エネルギーは屋内でも熱および振動のエネルギー収穫に代わるものです。この屋内太陽光発電は、自然光と人工光の両方を使用します。

ワイヤレスセンサーネットワークの屋内光エネルギー収集の実現可能性（Carlos CarvalhoおよびNuno Paulino）は、減衰された自然照明の屋内光エネルギー収集について説明しています。著者は、平均電力レベルが11.51 µWの低電力ワイヤレスセンサーノードの給電について説明しています。この低い平均電力レベルは、システムのデューティサイクルが非常に低く、1時間に1回だけ送信されることによって実現されます。

ワイヤレスセンサーネットワーク向けのソーラーエナジーハーベスター（Murata Application Note M1002）のサイジングは、さまざまな周囲エネルギー源を比較します。

明らかに、室内環境で周囲光を使用すると、他の光源よりも低いリターンが得られますが、それでも特定のユースケースでうまくいく可能性があります。

私の質問に対して非常に多くの貴重な答えを持っている間、私はこのトピックについてさらに調査を行いました。

追加の収穫ソリューションと、バッテリーを使用しないワイヤレスの太陽エネルギー駆動センサーノードに関する優れたリファレンスデザインを見つけました。

最初に呼び出されたテキサス・インスツルメンツ、からの追加方法RFスイッチ収穫技術。（ビデオは見る価値があります。RFスイッチの部分は2:29から始まります。）以下の画像で見ることができる磁気スイッチに基づいています。

この図の赤い部分は、ユーザーが押すスイッチ部分です。内部には2つの極を持つ磁石があります。そして、これはこのコアを介して他の極に戻る磁場を作成しています。

ユーザーがスイッチを切り替えると、フィールドの変更を確認できます。コアを逆方向に通過します。そして、マックスウェルの方程式から、これらの巻線を通る磁場のこの変化が電流を生成することがわかります。これは私たちが収穫して利用できるエネルギーです。

スイッチは、コンデンサを充電できるDC電流に変換する必要があるAC電流を生成します。その後、コンデンサに保存されたエネルギーを使用して、低電力ワイヤレスMCUに電力を供給できます。

TIは実際にこれを実現し、ワイヤレスMCUに21ミリ秒の十分なエネルギーを供給することができました。

リファレンスデザインは、加速度計のデータをワイヤレスでスマートフォンに送信できるSolar Diceです。このソリューションはバッテリーを使用せず、非常にコンパクトです。提供されたテストデータ、回路図、その他のドキュメントを読んだり閲覧したりする価値があります。

これは私がここで捨てるというアイデアでした...

主電源コードを数回巻き付けるだけの小さなデバイスを使用できるように思われます（または、デバイスを電源コードに巻き付けるかどうかはわかりません）。「ホスト」デバイスの電源がオンになり、電流が流れると、電源コードの「寄生虫」に電源が入ります。ただし、ID（MACアドレスなど）を使用してワイヤレス「ping」を何らかの受信者に定期的に送信するのにおそらく十分です。これにより、「ダム」デバイスのスイッチがオンになるたびに通知するセンサーが得られます。pingの頻度に基づいて、ダムデバイスが使用している電力量を推測することもできます。

メカニズムはシンプルで安価であり、主電源（UL / CEなど）に接続するための規制当局の承認を必要としないため、誰かがこれらをパックでそれぞれ〜5ドルの目標価格で販売できる可能性があります。あなたがそれらを十分に得ると（それは多くを持っているポイントになるでしょう）、機械学習システムはあなたの習慣について物事を学ぶことができます：ヘアドライヤーがオンになっている、それはおそらく就寝まで約30分です。コーヒーマシンがオンになっている、ラジオをオンにする...そのようなこと。また、使用量データを取得するためだけに、5ドルのセンサーの30〜40倍の価格のスマートヘアドライヤーやコーヒーマシンを購入する必要はありません。

ラジエーターは（ポンプから駆動される）振動源である必要がありますが、おそらく共振周波数を非常に慎重に調査する必要があります。

スイッチに運動エネルギーハーベスティングを埋め込むことも可能ですが、それはあなたが想像しているユースケースではないかもしれません。

方程式の反対側は、送信に必要なエネルギー量を決定することです。これにより、漏れ/スタンバイドレインとともに、送信が可能な頻度に関する情報が得られます。

これは、毎日のエネルギー使用からエネルギーを収穫するための素晴らしいアイデアです。しかし、あなたはあなたが収穫するエネルギーがどこかから来ることを考慮しなければなりません。部屋の発熱体からいくらかの熱を集めたい場合は、デバイスを介して電気に変換されたすべての熱が部屋を加熱しないことに注意する必要があります。そのため、ヒートハーベスターをセットアップする前と同じように部屋を快適に保ちたい場合、部屋のヒーターはより多くの電力を消費する必要があります。

• 熱が浪費されるデバイス（つまり、上記のサーバーのコンピューターのように、主な役割が熱ではないオブジェクト）から熱を奪うことは、達成したい精神にあるようです。
• Gaston-Lagaffeスタイルでは、ドアや階段などに小さなデバイスを設置して、通り過ぎるたびにエネルギーを作り出すことができます。とりわけ、階​​段の上部に小さな発電機を設置し、降りるたびにナイロンコードをつかんで発電機を動かすことができます。階下に行くと、コードを放すと巻き戻されます。ナイロンコードは、階段の長さが10mの場合、約20m走ります。そのため、ギア比が良好で効率的なダイナモを使用すると、周囲の小さなデバイスに必要な電力を生成できます。

1. WiFi信号

   インターネットをサーフィンするためにあなたの隣人のWi-Fiを盗むことを忘れてください。デューク大学のプラットスクールオブエンジニアリングの研究者は、安価な日常の材料を使用して、インターネットをワイヤレスで送信するために使用されるようなマイクロ波信号を使用可能な電気に変換できる優れたデバイスを開発しました。そのため、将来的には、代わりに隣人のWi-Fiネットワークを使用して家に電力を供給できるようになるかもしれません。

2. 壁の後ろのACワイヤからのEMフィールド（電線の近くに取り付けられている場合）。

   要約-ワイヤレスセンサーネットワークのエネルギーハーベスティングに大きな関心が寄せられています。体熱などの熱源および人間の動きなどの機械的源からのエネルギー収集が提案されています。電磁スペクトルの可視部分からエネルギーを収集するセンサーネットワークシステムもあります。ただし、屋内環境の周囲光レベルは通常、屋外で見られるものよりも著しく低く、考慮される屋内環境の性質に大きく依存します。最近、AC電力線から放射される電磁エネルギーを使用した低電力クロック同期が提案されました。このホワイトペーパーでは、一歩進んで質問に答えてみます。AC電力線から放射される電磁エネルギーからエネルギーを収集し、それを使用して低デューティサイクルで無線センサーネットワークを運用できますか？そのようなエネルギーハーベスティングは有望であると思われます。

1. ダイナモに装備されたエクササイズバイク/トレッドミル。また、これはあなたに運動するインセンティブを与えます。
2. 電子レンジ/対流式オーブンを使用して機能を果たすのではなく、調理場所に小さな煙突を置くことができます（ただし、蒸気が逃げると問題が生じる可能性があります）。
3. 正確にはわかりませんが、人々は一日中ソファに座っています。私はそれが潜在的なエネルギーであることを知っていますが、そこで何かを達成することができます。
4. 上記の答えからのドアのアイデアは素晴らしいです。
5. パティオの小さな風車。
6. 太陽電池（今は安価で入手可能）は屋外で使用できます。
7. 最もクレイジー：シャワー/タップの下で小さなタービンを使用する

収穫される可能性のあるしばしば利用可能な温度差は次のとおりです。

内部の家の温度と外部の温度の違い。

温度制御された生活環境では、多くの場合、何らかの形で重要な差異が生じます。それがなくても、外部温度は24時間で変化することがよくありますが、内部温度を一定に保つように努めています。差分が小さいことは知っていますが、ポイントは-それは多くの時間そこにあります。

これの大きな利点は、iOTセンサーにとって、エネルギー源が生活空間の周辺の大部分-天井、窓、壁、床（おそらく）で利用できることです。

繰り返しになりますが、私はオーストラリアに住んでいて摂氏40度以上の日があるので、これは賢明だと思っているだけかもしれません。;-)

十分なエネルギーを収穫できるかどうかを計算するための計算は行っていません...しかし、明らかに-必要な量によって異なります。

利点の1つは、このような受動デバイスであり、形状が平面であるため、かなり大きなもの、たとえば6インチの正方形を設計できる可能性があることです。しかし、天井や壁への取り付けには見た目も美しいです。

マイナス面の1つは、外気温が快適な室温付近でホバリングしている場合に、差があまりない日が何日も続く可能性があることです。

ちょっとした考え。乾杯。

補遺：はい、これは自由エネルギーではないことは知っていますが、OPは明示的にそれを求めていません。IoTデバイスの一般的な問題は、あらゆる場所でワイヤを走らせることです。おそらく、OPは少なくとも部分的に、それを避けたいだけでしょうか？

君は。

平均的な人間は安静時に100ワットの電力を生成します。生産する電力の100％を電気に変換できる場合、約6台のラップトップ（ローエンドのラップトップの推定15 Wと仮定）で十分です。もちろん、物理法則を破ることはできません。また、必然的に、エネルギーの100％を電気に変換することはできません。結局のところ、代謝と身体機能にエネルギーが必要です。

体温から電力を生成するフェルトを作成するスタートアップがあります（そこから約1ワットまたは2ワットを生成できます）。

あるいは、IEEEによるこの非常に素晴らしいインフォグラフィックに示されているように、エクササイズバイクを使用して電気を生成することもできます。

そして、他のすべてが失敗した場合は、いつでもセンサーを手動で操作できます。

^{出典：ウィキペディア（パブリックドメイン）}

この方法は、あなたが中にいることに依存しています（そして、いくつかの方法は、クランク/ペダル/ダイナモを操作するために実際に存在することに依存しています）。

あなたは熱から電気を生成することに言及しています。熱エネルギーを仕事に変えるすべてのデバイスには、高温側と低温側があります。熱から得られる理論上の最大エネルギーは、これらの温度の差に由来します。これは、寒いものは暑いものと同じようにエネルギーを生成するのと同じくらい良いことを意味しますが、熱いものを冷たいものの非常に近くに置き、間に熱電発電機を置くことができればさらに良くなります。

また、作成するために支払っているエネルギーを収穫しないように注意する必要があります。温水パイプと冷水パイプの間でいくらかのエネルギーを得ることができますが、給湯器をより強く動作させるだけでなく、主電源を使用して直接支払うこともできます。

一方、廃水パイプ（誰かが熱いシャワーを浴びているか、パスタを排水していると仮定）と冷水パイプとのエネルギー差を利用すると、冷水はわずかに温まり、廃水はわずかに冷やされます。問題になる可能性があります（冷蔵庫にフィードを使用している特定のコールドパイプを除く）。

雪が屋根から滑り落ちる

これは特に北の答えですが、金属製の屋根の傾斜がかなり急で、年間にかなりの雪が降る場合、滑り落ちるときにかなりのエネルギーが無駄になります。

また、年間で雪が少ない人にとっては、屋根から降りてくる雨水はエネルギーを収穫するのに適した場所です。電気ダイナモを雨utterにつなぎ、雨が降るたびにエネルギーを生成することができます。

インターネット接続に接続して監視することもできます。

1. 降雨量
2. 生成されるエネルギーの量
3. 予想される降雨（天気予報から）と実際の降雨の比較

可能であれば、溝にセンサーを設置して、流れる水の量に基づいて発電機の発電能力を調整することもできます。

あなたの固定電話。

あなたの家のすべての固定電話で利用可能な約48Vがあります。これについては、インターネット上の悪い記事の多くは、けれどもこれは私が見た中で最高のようです。

米国連邦通信委員会の電気通信規制のパート68では、電話回線に接続し、アクティブに通信していないデバイスは少なくとも5MΩの抵抗を提示する必要があると規定しています。

多くのキッチンやその他の家電製品にも大きな振動があります。キッチンで食器洗い機と電子レンジを考えてください。洗濯機と乾燥機。モーター（冷却ファン？ターンテーブル？）を備えた電子機器には、顕著な振動出力がある可能性があります。

考えられる多くのオプションがありますが、私のリストを取得する最も簡単な方法に関しては次のようになります。

1. 熱電ペルチェ素子によって捕捉された熱エネルギー。熱電素子は、非高価で入手できますヨーロッパで、Alibaba.COMとAmazon.COM。

   1930年にソビエト連邦の無線機では、超硬ランプからエネルギーを収穫するタンドラの熱電素子が使用されていました。

2. 太陽エネルギーは現在、非常に洗練されたクールな製品です。たとえば、SolarWindowのようなものは、それを使用する動機となります。

3. 圧電性（1880年にピエールキュリーと彼の兄弟によって発見された）ポリマーは本当に魅力的な材料です。数年の間、私のチームはデンマークの会社Danfossによって紹介されたそのような素材PolyPowerで遊んでいます。

少しあいまいな答えは「センサーから」です。ハードウェアイベントドリブンを作成することにより、バッテリをハードウェアの交換不可能な部分と見なすことができるほど大幅にスタンバイ電力を改善できる可能性があります。

ブリストル大学のこの研究をご覧ください。彼らはpAリークに対してスイッチング素子を最適化しています。過去にこれを見たことがありますが、デバイスの使用範囲を説明したビデオを見るまで、実用的な価値に感謝していませんでした。