Où puis-je récupérer de l'énergie chez moi pour alimenter mes capteurs sans fil?

Je lisais cet article intitulé "Cinq blocs constitutifs de noeuds de capteurs sans fil auto-alimentés" (partagé sur Meta ) sur la récupération d'énergie dans l'Internet des objets.

Il énumère quelques sources d'énergie récupérables, par exemple:

• l'énérgie thermique
• énergie de vibration

Je prévois de mettre en place un prototype, des dispositifs de récolte pour explorer les possibilités. Obtenir des données expérimentales sur la quantité d'énergie pouvant être récoltée chez moi. Actuellement, j'essaie d'identifier les endroits possibles dans ma maison où ces récupérateurs d'énergie pourraient être placés et utilisés efficacement.

Ce que je pensais de:

• Peut-être qu’un récupérateur d’énergie par vibration pourrait être fixé à la machine à laver dans la salle de bain. Environnement risqué car l'humidité peut être assez élevée, une protection appropriée est donc nécessaire.
• Le récupérateur d’énergie thermique pourrait être placé près du four dans la cuisine.
• Des récupérateurs d’énergie thermique pourraient être placés près des éléments chauffants dans les chambres à coucher.

Dans quelles autres parties de l'appartement devrais-je placer d'autres récolteuses pour les expérimenter?

Ainsi, par exemple, un four à micro-ondes peut-il être une source possible ou d’autres appareils de cuisine fréquemment utilisés?

J'ai une chaudière électrique au-dessus de ma salle de bain (à l'intérieur de l'appartement), alors peut-être que les tuyaux d'eau chaude menant à la salle de bain sont également de bonnes sources.

Quoi d'autre pourrait être là? Existe-t-il d'autres possibilités de récolter l'énergie de vibration dans une maison?

DES PORTES!!!

Je ne sais pas si cela entre dans le cadre de votre question, mais vous ne pouvez pas imaginer l’énergie perdue d’ouvrir / fermer une porte!

Une bande dessinée française nommée Gaston Lagaffe, écrite en 1970, introduit une personne qui récoltait l'énergie d'une porte qui s'ouvrait pour presser des oranges, imprimer un tableau, préparer du café, ...

EDIT , grâce au commentaire d'Olivier Dulac, j'ai pu retrouver le strip sans avoir à lire toute ma collection Gaston! Traduction si de moi mais je ne peux pas traduire la dernière image, c'est un jeu de mots français sur des mots qui nous dérangent quand nous sommes fous.

Pour rester dans le champ de votre question, je pense à quelques scénarios:

• Trace de pas? Récoltez les vibrations avec une plaque où les gens marchent le plus: entrée, où vous mettez vos manteaux, près d’un terrain de jeu Kinect.
• Ordinateurs, serveurs: récoltent leur chaleur.
• Fabriquez une chaudière extérieure en utilisant des panneaux de toiture en eau chaude (bien sûr, vous avez besoin de l'accord de votre propriétaire) et récupérez la chaleur.
• Il y a des chaussures de charge!

L'énergie solaire est même à l'intérieur une alternative à la récupération d'énergie thermique et vibratoire. Ce système photovoltaïque d'intérieur utilise à la fois la lumière naturelle et la lumière artificielle.

Sur la faisabilité de la récupération d'énergie de la lumière intérieure pour les réseaux de capteurs sans fil (Carlos Carvalho et Nuno Paulino) aborde la question de la récupération de l'énergie de la lumière intérieure de l'éclairage naturel atténué. Les auteurs décrivent l’alimentation d’un nœud de capteur sans fil de faible puissance avec un niveau de puissance moyen de 11,51 µW. Ce faible niveau de puissance moyen est obtenu grâce à un cycle de fonctionnement très faible du système, ne réalisant qu'une transmission toutes les heures.

Dimensionnement des récupérateurs d'énergie solaire pour réseaux de capteurs sans fil (note d'application Murata M1002) compare différentes sources d'énergie ambiante:

Il est clair que l’utilisation de la lumière ambiante dans un environnement intérieur produit un rendement inférieur à celui d’autres sources, même si cela pourrait fonctionner dans certains cas d’utilisation.

Tout en ayant des réponses si utiles à ma question, j’ai également approfondi mes recherches sur le sujet.

J'ai trouvé une solution de récolte supplémentaire ainsi qu'un excellent design de référence pour un nœud de capteur sans fil alimenté par l'énergie solaire, sans utiliser de batterie.

Premièrement, la méthode supplémentaire de Texas Instruments, appelée technique de collecte par commutation RF . (La vidéo vaut la peine d'être visionnée, la partie relative au commutateur RF commence à 2:29.) Elle est basée sur un commutateur magnétique dont la structure est visible sur l'image ci-dessous.

Sur le dessin ici en rouge se trouve la partie commutateur que l'utilisateur appuiera. Nous avons un aimant à l'intérieur avec les deux pôles. Et cela crée un champ magnétique à travers ce noyau vers l’autre pôle.

Lorsque l'utilisateur retourne le commutateur, vous pouvez voir les modifications apportées au champ. Il va dans la direction opposée à travers le noyau. Et nous savons d'après les équations de Maxwell que ce changement de champ magnétique à travers ces enroulements produira un courant. C'est de l'énergie que nous pouvons récolter et utiliser.

Le commutateur produit un courant alternatif qui doit être converti en courant continu pouvant charger un condensateur. Ensuite, l’énergie stockée dans le condensateur peut être utilisée pour alimenter un MCU sans fil à faible puissance.

TI en a réellement pris conscience et a pu fournir suffisamment d’énergie pendant 21 millisecondes au MCU sans fil.

La conception de référence est un Solar Dice capable de transmettre sans fil les données d’un accéléromètre à un smartphone. La solution n'utilise pas une batterie et assez compacte. Il vaut la peine de lire ou de parcourir les données de test , schémas et autres documents fournis .

C'est une idée que j'ai eu et que je vais jeter ici ...

Il semble qu'il devrait être possible d'avoir un petit appareil que vous enroulez simplement un cordon d'alimentation plusieurs fois (ou enroulez l'appareil autour du cordon d'alimentation, je ne sais pas lequel). Lorsque le périphérique "hôte" est sous tension et que le courant circule, le "parasite" du cordon d'alimentation devient alimenté - évidemment, pas beaucoup. Mais, peut-être assez pour envoyer périodiquement un "ping" sans fil avec un identifiant (comme une adresse MAC) à un destinataire. Cela vous donnerait un capteur qui vous indiquerait à chaque fois que des appareils "stupides" étaient allumés. En fonction de la fréquence des pings, vous pourrez même déduire la quantité d'énergie utilisée par le périphérique muet.

Étant donné que le mécanisme serait simple et peu coûteux, et ne nécessiterait aucune approbation réglementaire pour pouvoir être branché sur le secteur (UL / CE, etc.), il est possible que quelqu'un le vende à un prix cible d'environ 5 $ chacun. Lorsque vous en avez assez (ce qui est le point d’en avoir beaucoup), un système d’apprentissage automatique peut vous apprendre des informations sur vos habitudes: le sèche-cheveux est en marche, il faut probablement environ 30 minutes pour aller au lit. La machine à café est allumée, allumez la radio ... ce genre de chose. Et vous n'avez pas à acheter un sèche-cheveux intelligent ou une machine à café qui coûte 30 à 40 fois plus qu'un capteur à 5 $ rien que pour obtenir ces données d'utilisation.

Les radiateurs devraient être une source de vibrations (entraînées par la pompe), bien que vous auriez probablement besoin d’étudier les fréquences de résonance de manière approfondie.

Il est également possible d'intégrer la récupération d'énergie cinétique dans les commutateurs , bien que cela puisse ne pas être tout à fait le cas d'utilisation que vous imaginez.

L’autre côté de l’équation consiste à déterminer la quantité d’énergie dont vous avez besoin pour une transmission, ce qui vous donnera des informations sur la fréquence à laquelle il est possible de transmettre, ainsi que sur votre fuite de fuite / votre drain de secours.

C'est une excellente idée de récolter de l'énergie à partir de notre utilisation quotidienne d'énergie. Mais vous devez considérer que l'énergie que vous récoltez provient de quelque part. Si vous souhaitez récupérer un peu de chaleur des éléments chauffants de votre pièce, vous devez savoir que toute la chaleur convertie en électricité via votre appareil ne chauffera pas la pièce. Ainsi, votre appareil de chauffage de pièce devra consommer plus d’électricité si vous souhaitez que votre pièce reste aussi confortable qu’elle l’était avant d’installer votre récupérateur de chaleur.

• Prendre la chaleur des appareils dans lesquels la chaleur est gaspillée (c’est-à-dire tout objet dont le rôle principal est de ne pas chauffer, comme les ordinateurs de serveurs, comme indiqué ci-dessus) semble être plus dans l’esprit de ce que vous voulez réaliser.
• Dans un style Gaston-Lagaffe, vous pouvez configurer de petits appareils sur les portes, les escaliers, etc. pour créer de l’énergie à chaque passage. Une idée parmi tant d'autres: vous pouvez installer une petite dynamo en haut de votre escalier et chaque fois que vous descendez, vous prenez un cordon en nylon et utilisez la dynamo. Une fois en bas, vous lâchez le cordon et il se rembobine. Le cordon en nylon peut parcourir environ 20 m si vos escaliers font 10 m de long. Ainsi, avec un bon rapport de démultiplication et une dynamo efficace, vous pouvez générer la quantité d’énergie dont vous avez besoin pour tous les petits appareils.

1. Signaux WiFi

   Oubliez le vol du Wi-Fi de votre voisin pour surfer sur Internet. Les chercheurs de la Pratt School of Engineering de l’Université Duke ont mis au point un dispositif remarquable capable de convertir les signaux hyperfréquences, tels que ceux utilisés pour la transmission sans fil d’Internet, en électricité utilisable. Donc, à l'avenir, vous pourrez peut-être utiliser le réseau Wi-Fi de votre voisin pour alimenter votre maison.

2. Champs EM des fils CA derrière le mur (s'ils sont montés près d'un fil électrique).

   Résumé - La récupération d'énergie pour les réseaux de capteurs sans fil suscite un intérêt considérable. La récupération d'énergie à partir de sources thermiques telles que la chaleur corporelle et de sources mécaniques telles que le mouvement humain a été proposée. Il existe également des systèmes de réseaux de capteurs qui captent l’énergie de la partie visible du spectre électromagnétique. Cependant, les niveaux de lumière ambiante dans les environnements intérieurs sont généralement nettement inférieurs à ceux trouvés à l'extérieur et dépendent fortement de la nature de l'environnement intérieur considéré. Récemment, une synchronisation d'horloge de faible puissance utilisant de l'énergie électromagnétique rayonnant à partir de lignes d'alimentation alternative a été proposée. Dans cet article, nous allons un pas en avant et essayons de répondre à la question: Est-il possible de récupérer l’énergie électromagnétique émise par les lignes électriques et de l’utiliser pour exploiter un réseau de capteurs sans fil à cycle de fonctionnement réduit? Nous constatons qu'une telle récupération d'énergie semble prometteuse.

1. Un vélo d’exercice / tapis de course relié à une dynamo. Cela vous incitera également à vous entraîner.
2. Plutôt que d'utiliser le four à micro-ondes / four à convection, qui remplit leur fonction, vous pouvez placer une petite cheminée au-dessus du lieu de cuisson (bien que les vapeurs qui s'en échappent puissent poser problème).
3. Je ne sais pas exactement comment, mais les gens sont assis sur le canapé toute la journée. Je sais que c'est de l'énergie potentielle, mais quelque chose pourrait être réalisé là-bas.
4. L'idée de la porte à partir des réponses ci-dessus est géniale.
5. Minuscules moulins à vent dans le patio.
6. Les cellules solaires (disponibles à bas prix maintenant) peuvent être utilisées à l'extérieur.
7. Le plus fou : Utiliser une petite turbine sous la douche / le robinet

Une différence de température souvent disponible qui pourrait être récoltée serait:

la différence entre la température interne de la maison et la température externe .

Avec un environnement de vie à température contrôlée, il y aurait souvent un différentiel non-trivial, d'une manière ou d'une autre. Même sans cela, la température extérieure change souvent en 24 heures, alors que nous essayons de maintenir les températures internes constantes - Une partie de la journée peut encore être différentielle. Je sais que le différentiel est mineur, - mais le fait est que - il existe pour la plupart du temps.

Il me semble que l’un des grands avantages de cette technologie réside dans le fait que la source d’énergie est disponible à la périphérie de la pièce à vivre - Plafond, fenêtres, murs, sol (peut-être).

Là encore, peut-être que je pense seulement que c'est raisonnable parce que je vis en Australie et que nous avons des journées au-dessus de 40 degrés Celsius. ;-)

Je n'ai pas fait de calculs pour déterminer si vous pouviez récolter assez d'énergie ... Mais évidemment - Tout dépend de vos besoins.

L’un des avantages est qu’en tant que dispositif passif et de forme plane, vous pourriez probablement concevoir quelque chose d’assez grand, disons 6 pouces carrés? mais toujours esthétique pour montage au plafond ou au mur.

Un inconvénient est que vous pouvez avoir plusieurs jours de suite sans différence - Si la température extérieure est proche de la température ambiante.

Juste une pensée. À votre santé.

ADDENDA: Oui, je sais que ce n'est pas de l'énergie libre, mais le PO ne l'a pas explicitement demandé. Un problème courant avec les périphériques IoT est de faire passer des fils partout. Peut-être que le PO, au moins partiellement, veut juste éviter cela?

Toi.

L'homme moyen produit 100 watts de puissance au repos . Cela suffit pour alimenter environ 6 ordinateurs portables (en supposant une estimation de 15 W pour un ordinateur portable bas de gamme) si vous pouvez convertir 100% de l'énergie que vous produisez en électricité. Bien sûr, nous ne pouvons pas enfreindre les lois de la physique et, inévitablement, vous ne pouvez pas convertir 100% de votre énergie en électricité. après tout, vous avez besoin d’énergie pour votre métabolisme et vos fonctions corporelles.

Il y a des startups créant des feutres qui génèrent de l'énergie à partir de la chaleur de votre corps (environ 1 ou 2 watts peuvent en être générés).

Vous pouvez également utiliser un vélo d’exercice pour générer de l’électricité, comme le montre cette très belle infographie de l’IEEE .

Et, si tout échoue, vous pouvez toujours pédaler vos capteurs à la main:

^{Source: Wikipedia (domaine public)}

Cette méthode repose sur votre présence à l' intérieur (et certaines méthodes dépendent de votre présence réelle pour actionner la manivelle / pédale / dynamo), de sorte que ce n'est pas tout à fait infaillible.

Vous parlez de générer de l'électricité à partir de chaleur. Tous les appareils qui transforment l’énergie thermique en travail ont un côté chaud et un côté froid. L'énergie maximale théorique disponible de la chaleur provient de la différence entre ces températures. Cela signifie que les choses froides sont tout aussi bonnes pour générer de l'énergie que les choses chaudes - mais vous ferez encore mieux si vous pouvez avoir une chose chaude proche de la chose froide et y placer un générateur thermoélectrique .

Vous voulez également faire attention à ne pas récolter l'énergie que vous payez pour créer. Vous pouvez obtenir de l’énergie entre les tuyaux d’eau chaude et d’eau froide - mais vous ne faites alors que faire en sorte que votre chauffe-eau travaille plus fort - vous pourriez aussi bien utiliser l’alimentation secteur et le payer directement.

D'autre part, si vous exploitez le différentiel d'énergie entre un tuyau d'eaux usées (supposons que quelqu'un prenne une douche chaude ou des pâtes égouttantes) et un tuyau froid, votre eau froide se réchauffe légèrement et vos eaux usées deviennent légèrement plus froides. sont susceptibles de poser un problème (sauf si le tuyau froid que vous utilisez est alimenté dans votre réfrigérateur).

Neige qui glisse du toit

C'est une réponse particulièrement septentrionale, mais si vous avez un toit en métal avec une pente assez raide et que vous obtenez une quantité décente de neige dans l'année, vous perdez un peu d'énergie en glissant.

Alternativement, pour les personnes qui reçoivent moins de neige dans l’année, l’eau de pluie qui tombe du toit est un bon endroit pour récolter de l’énergie. Une dynamo électrique pourrait être raccordée à vos gouttières, produisant de l’énergie chaque fois qu’il pleut.

Il pourrait également être connecté à votre connexion Internet et surveiller:

1. La quantité de pluie
2. La quantité d'énergie générée
3. Une comparaison entre les précipitations prévues (d'après les prévisions météorologiques) et les précipitations réelles

Potentiellement, vous pourriez même avoir des capteurs dans les gouttières pour ajuster la capacité de génération de dynamo en fonction de la quantité d’eau qui coule.

Votre ligne terrestre.

Il y a environ 48V disponible sur n'importe quelle ligne terrestre de votre maison. Il y a beaucoup de mauvais articles sur Internet à ce sujet, même si cela semble être le meilleur que j'ai vu.

La partie 68 de la réglementation des télécommunications de la Federal Communications Commission des États-Unis stipule que tout appareil connecté à la ligne téléphonique et ne communiquant pas activement doit présenter une résistance d'au moins 5 MΩ.

De nombreux appareils de cuisine et autres appareils ménagers ont également des vibrations importantes. Pensez lave-vaisselle et micro-ondes dans la cuisine. Laveuses et sécheuses. Toute partie de l'électronique avec un moteur (ventilateurs de refroidissement? Plaques tournantes?) A probablement une sortie de vibrations notable.

Il existe de nombreuses options possibles, mais la méthode la plus simple pour exploiter ma liste serait:

1. Energie thermique capturée par des éléments Peltier thermoélectriques . Les éléments thermoélectriques ne sont pas coûteux et sont disponibles en Europe sur Alibaba.COM et Amazon.COM .

   Veuillez noter qu'en 1930, des éléments thermoélectriques étaient utilisés dans les radios en URSS dans les toundras récupérant de l'énergie à partir de lampes au carbure .

2. L'énergie solaire a aujourd'hui des produits très sophistiqués et cool. Par exemple, quelque chose comme SolarWindow peut inciter à l’utiliser.

3. Les polymères piézoélectriques (découverts en 1880 par Pierre Curie et son frère) sont vraiment des matériaux fascinants. Depuis plusieurs années, mon équipe joue avec de tels matériaux PolyPower introduit par la société danoise Danfoss .

Une réponse un peu obscure est "du capteur". En faisant en sorte que l'événement matériel soit piloté, vous pouvez potentiellement améliorer la puissance de veille d'une ampleur telle que la batterie peut être considérée comme une partie non remplaçable de votre matériel.

Voir cette recherche de l'Université de Bristol où ils ont optimisé un élément de commutation pour les fuites de pA. Bien que j'aie déjà vu cela auparavant, je n'avais pas compris l'intérêt pratique de regarder une vidéo décrivant les possibilités d'utilisation de l'appareil.