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Comment la 5G stimule-t-elle la récolte d’énergie renouvelable ?



Les récupérateurs d’énergie et l’électronique associée bénéficieront de la prolifération de la 5G et de la croissance continue de l’IoT.

La plupart des gens pensent aux panneaux solaires photovoltaïques lorsqu’on les interroge sur les récupérateurs d’énergie. Mais avec l’introduction commerciale de la recharge sans fil des smartphones il y a quelques années, la récolte d’énergie RF est devenue une autre source majeure d’énergie renouvelable récoltée.

La recherche et le développement sur les technologies de récupération d’énergie se sont accélérés grâce à la croissance massive de l’Internet des objets (IoT) et à l’évolution de l’électronique à ultra-basse consommation comme les MCU. L’automatisation des maisons, des villes, des fermes et autres serait considérablement réduite sans les progrès réalisés dans les dispositifs de récupération d’énergie qui réduisent voire éliminent le besoin de batteries. Bien sûr, les systèmes de récupération d’énergie fonctionnent généralement avec des supercondensateurs ou des batteries rechargeables, mais pas toujours.

La taille du marché mondial de la récupération d’énergie devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 6,5% de 2020 à 2027, note un rapport de Grand View Research. Le rapport attribue la croissance à l’adoption croissante des systèmes de récupération d’énergie (EHS) dans les zones rurales pour éviter les coupures de courant et compléter la principale source d’électricité.

La récente proposition du président Biden d’améliorer les infrastructures de transport et de données aux États-Unis tout en se concentrant sur des solutions d’énergie verte ne fera qu’augmenter le besoin de systèmes de récupération d’énergie.

Moissonneuses 5G et plus

La récupération ou le balayage d’énergie est un processus par lequel l’énergie est dérivée de sources ambiantes externes. Les sources d’énergie ambiante les plus courantes proviennent de la lumière du soleil, des vibrations, des différences de température thermique et des sources de transmission RF.

Les dispositifs de récupération d’énergie convertissent cette énergie ambiante en énergie électrique ou parfois mécanique. Elle est identique à la production d’énergie renouvelable à grande échelle – comme l’énergie solaire ou éolienne – mais à une échelle beaucoup plus petite.

De nouveaux types de composants et de dispositifs de récupération d’énergie font leur apparition de plus en plus fréquemment. Par exemple, des chercheurs de Georgia Tech viennent d’annoncer une antenne rectificatrice imprimée en 3D de la taille d’une carte à jouer qui peut récolter l’énergie électromagnétique des signaux 5G. Cette récolte est un autre exemple de la façon dont les signaux sans fil latents ou inutilisés peuvent être utilisés comme source d’alimentation.

Les chercheurs notent que la récupération d’énergie à ondes millimétriques 5G est possible depuis un certain temps. Dans le passé, ce n’était tout simplement pas pratique car la récupération d’énergie à longue portée a tendance à nécessiter de grandes antennes de redressement, qui ont tendance à fonctionner dans des bandes de fréquences plus étroites. Cela signifie que les antennes ne capteraient de l’énergie que si elles étaient pointées dans la bonne direction.

Cependant, l’équipe de Georgia Tech a trouvé un moyen de fabriquer une antenne qui pourrait recevoir de l’énergie de n’importe quelle direction, augmentant considérablement la flexibilité d’un tel appareil.

Outre les améliorations apportées à la conception de l’antenne, il est également important de prendre en compte la source du signal sans fil. Par exemple, on sait depuis un certain temps que la récupération d’énergie des ondes radio d’un smartphone prolongerait la durée de vie de la batterie de l’appareil de 30 % ou plus. Il y a plusieurs années, des chercheurs de l’Ohio State ont montré que la récupération d’énergie au point d’origine était bien plus efficace que d’essayer de générer de l’électricité en utilisant les ondes radio diluées qui traversent l’air. Dans ce cas, l’efficacité est une mesure de la rapidité avec laquelle la moissonneuse pourrait recharger la batterie du smartphone.

Extraire l’énergie sans fil latente de l’air n’est qu’une partie de l’équation de récupération d’énergie. Une fois l’énergie captée, elle doit être conditionnée. Un petit Ambient Energy Manager (AEM) masse cette énergie/puissance et la transmet à un élément de stockage rechargeable et à l’appareil qui doit être alimenté.

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Phases de base d’un système de récupération d’énergie sans fil.

Les exigences d’alimentation pour une application typique de récupération d’énergie sont d’environ 50 mV à 5 V. Lors de l’événement CES 2021 de cette année, un dispositif e-PEAS AEM a été utilisé pour transférer l’énergie d’un collecteur photovoltaïque à un élément de stockage, puis à un module LTE-M/NB-IoT cellulaire Monarch de Sequans. Le module a ensuite été utilisé pour alimenter un capteur mesurant la puissance, la lumière et l’humidité. La démo ne nécessitait pas de piles

Bien entendu, l’innovation en matière de récupération d’énergie peut être trouvée au-delà des industries du sans fil et des télécommunications. Une autre étoile montante des technologies de récupération d’énergie se trouve sur le marché de la santé portable. Des scientifiques et des ingénieurs de l’Université de Californie-San Diego ont récemment développé une chemise « microgrid portable » qui incorpore des biocombustibles alimentés par la sueur, des générateurs triboélectriques alimentés par le mouvement et des supercondensateurs pour stocker l’électricité générée.

Toutes les pièces sont sérigraphiées sur le tissu, y compris les circuits argentés étanches qui les relient. Puisqu’il s’agit de vêtements, tout est souple, extensible, pliable et lavable (mais uniquement sans détergent).

Des techniques de récupération d’énergie sont également intégrées dans les maisons et les bâtiments intelligents. Par exemple, des chercheurs suisses ont récemment démontré une façon écologique de fabriquer un parquet en bois spongieux pour générer de l’électricité à chaque pas sur le sol.

Le piégeage de l’énergie du sol est basé sur l’effet piézoélectrique. Les contraintes mécaniques causées par le matériau de sol comprimé agissent pour séparer les particules chargées dans le matériau piézoélectrique pour se séparer, créant ainsi une différence de tension. Lorsqu’elle est connectée à un circuit, la tension produit un courant pour alimenter une batterie ou un condensateur.

L’utilisation de tous ces différents types de systèmes de récupération d’énergie – ainsi que d’autres – complétera et pourrait même éliminer le besoin de batteries supplémentaires dans le futur monde « intelligent ».

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Christopher Moore, Georgia Tech)

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