Przegląd metod zasilania alternatywnego w bliskim otoczeniu człowieka

• Autorzy: Salamon N. , Bernacki Ł. , Gozdur R. , Lisik Z. , Skotnicki T.

Warianty tytułu

EN

Review of methods for alternative power supply in close proximity to humans

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule przedstawiono analizę technik przetwarzania energii rozproszonej na elektryczną, stanowiących alternatywę dla konwencjonalnych metod zasilania układów elektronicznych. Zaprezentowano i omówiono cztery komercyjnie dostępne typy przetworników, dających możliwość pozyskiwania i przetwarzania energii obecnej w bliskim otoczeniu człowieka. Do badań wybrano konwerter piezoelektryczny, termoelektryczny oraz dwa przetworniki elektromagnetyczne pracujące w różnych zakresach długości fali, wraz z dopasowanymi do nich układami przetwornic. W przypadku każdego z nich wyznaczono parametry wyjściowe tj. napięcie, moc, rezystancję oraz obciążalność prądową. Zweryfikowano również zdolność testowanych źródeł do zasilania i utrzymania ciągłej pracy mikroprocesorowego układu pomiarowego opartego na procesorze ARM Cortex M3. Przetwornikami charakteryzującymi się największymi wartościami mocy wyjściowej, w zakresie 120-180 μW, okazały się przetwornik piezoelektryczny oraz termogenerator.

EN

The paper presents analysis of different energy harvesting techniques being an alternative to conventional methods of powering electronic devices. Four, commercially available, types of transducers allowing to harvest and further convert energy that exists in close proximity to humans have been described and discussed. Piezoelectric, thermoelectric and two electromagnetic transducers, working for different wavelength range, together with matching voltage converter systems have been selected for experiments. For each of them output parameters, namely, voltage, power, resistance and overload have been determined. The ability of tested sources to power and maintain continuous operation of measuring system based on microprocessor ARM Cortex M3 has been verified. Transducers characterized by the highest values of output power, in the range of 120- 180 μW, were piezoelectric and thermoelectric converters.

Słowa kluczowe

PL

pozyskiwanie energii; przetwornik piezoelektryczny; przetwornik termoelektryczny; przetwornik elektromagnetyczny; zasilanie alternatywne

EN

energy harvesting; piezoelectric transducer; thermoelectric transducer; electromagnetic transducer; alternative power supply

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 9
• Strony: 158--161
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Salamon N.

• Politechnika Łódzka, Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki, Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych, ul. Wólczańska 211/215, 90-924 Łódź

autor

Bernacki Ł.

• Politechnika Łódzka, Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki, Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych, ul. Wólczańska 211/215, 90-924 Łódź

autor

Gozdur R.

• Politechnika Łódzka, Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki, Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych, ul. Wólczańska 211/215, 90-924 Łódź

autor

Lisik Z.

• Politechnika Łódzka, Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki, Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych, ul. Wólczańska 211/215, 90-924 Łódź

autor

Skotnicki T.

• STMicroelectronics (Crolles 2) SAS, 850 rue Jean Monnet, 38926 Crolles Cedex, France

Bibliografia

• [1] Fagas G., Gammaitoni L., Paul D., Berini G.A., ICT – Energy - Concepts Towards Zero - Power Information and Communication Technology, INTECH, 2014
• [2] Beeby S.P., Tudor M.J., White N.M., Energy harvesting vibration sources for microsystems applications, Measurement Science and Technology. IOP, Vol.17 R175–R195, 2006
• [3] Mateu L., Moll F., Review of Energy Harvesting Techniques and Applications for Microelectronics, Proceedings of the SPIE Microtechnologies for the New Millenium, 2005
• [4] Hamilton M.C., Recent Advances in Energy Harvesting Technology and Techniques, 978-1-4673-2421-2/12, IEEE, 2012
• [5] Gilbert J.M., Balouchi F., Comparison of Energy Harvesting Systems for Wireless Sensor Networks, International Journal of Automation and Computing, 05(4), 334-347, October 2008
• [6] Mitcheson P., Stark B., Yeatman P. E, Holmes A., Green T., Analysis and optimisation of MEMS on-chip power supply for self powering of slow moving sensors, Proc. Eurosensors XVII
• [7] Khaligh A., Zeng P., Wu X., Xu Y., Hybrid energy harvesting topology for human-powered mobile electronics, in Proc. 34th Conf. IEEE Ind. Electron. Soc., Orlando, FL, 448-453, Nov. 2008
• [8] Kheng Tan Y., Sustainable Energy Harvesting Technologies - Past, Present and Future, InTech 2011
• [9] Khaligh A., Zeng P., Zheng C., Kinetic Energy Harvesting Using Piezoelectric and Electromagnetic Technologies—State of the Art, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57, no. 3, March 2010
• [10] Salamon N., Gozdur R., Turczyński M., Lisik Z., Soupremanien U., Ollier E., Monfray S., Skotnicki T., Case study of piezoelectric flexible thin films in pulse excited electromechanical transducers, Proceedings of SPIE Optics and Photoics, Vol. 9291, ISSN: 0277-786X, 2014
• [11] Buren T., Lukowicz P., Troster G., Kinetic Energy Powered Computing - an Experimental Feasibility Study, Proceedings of the Seventh IEEE International Symposium on Wearable Computers (ISWC’03), 2003
• [12] Kymissis J., Kendall C., Paradiso J., Gershenfeld N., Parasitic power harvesting in shoes, in Proc. 2nd IEEE Int. Conf. Wearable Comput., 132-139, 1998
• [13] Shenck N.S., A demonstration of useful electric energy generation from piezoceramics in a shoe, M. S. thesis, MIT, Cambridge, MA, 1999
• [14] Shenck N.S., Paradiso J.A., Energy scavenging with shoemounted piezoelectrics, IEEE Micro, Vol. 21, no. 3, 30-42, May/Jun. 2001
• [15] Bayrashev A., Robbins W.P., Ziaie B., Low frequency wireless powering of microsystems using piezoelectric-magnetostrictive laminate composites, Sensors Actuators A Vol.114, 244-249, 2004
• [16] Scherrer S., Plumlee D.G., Moll A.J., Energy scavenging device in LTCC materials, IEEE Workshop on Microelectronics and Electron Devices, Proceedings of WMED, 77-78, 2005
• [17] Tashiro R., Kabei N., Katayama K., Tsuboi F., Tsuchiya K., 2002, Development of a electrostatic generator foracardiac pacemaker that harnesses the ventricular wall motion, J. Artif. Organs 239–45
• [18] Arakawa Y., Suzuki Y., Kasagi N., Micro seismic power generator using electret polymer, lm Power MEMS Conference (Kyoto, Japan), 187-90, 2004
• [19] Ongaro F., Saggini S., Corradini L., Low-Power Energy Harvester for Wiegand Transducers, IEEE Proceedings of Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE, 453-459, March 2013
• [20] Ramesh G.P., Rajan A., Microstrip Antenna Designs for RF Energy Harvesting, International Conference on Communication and Signal Processing India, April 3-5, 2014
• [21] Hong H., Tong S.J., Cai X., Shi X., Zhu X., Demonstration of a highly efficient RF energy harvester for Wi-Fi signals, Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT) IEEE, 2012
• [22] Green M.A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W., Dunlop E.D., Solar cell efficiency tables (version 45), Prog. Photovolt.: Res. Appl. vol. 23, 1, 1-9, 2015
• [23] Kayes B.M., Nie H., Twist R., Spruytte S.G., Reinhardt F., Kizilyalli I.C., Higashi G.S., 27.6% conversion efficiency, a new record for single-junction solar cells under 1 sun illumination, Proceedings of the 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2011
• [24] Nakamura M., Yamaguchi K., Chiba Y., Hakuma H., Kobayashi T., Nakada T., Achievement of 19.7% efficiency with a smallsized Cu(InGa)(SeS)2 solar cells prepared by sulfurization after selenizaion process with Zn-based buffer, 39th IEEE PVSC, Tampa, USA, June 18, 2013
• [25] Choi S., Sarabandi K., High Efficienct Bowtie Nanoantenna For Thermophotovoltaic Cells, Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), 146-147, IEEE, 2013