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EMBEDDED 91 • FEBBRAIO • 2024 49 ENERGY HARVESTING | HARDWARE minando la necessità di stendere cavi o effettuare visite frequenti per sostituire le batterie. In genere, la poten- za ambientale recuperabile è dell’ordine di decine di microwatt, quindi la raccolta di energia richiede un’at- tenta gestione per catturarne la maggior parte possi- bile e immagazzinarla in batterie o condensatori. Un tradizionale circuito di cattura dell’energia prevede la presenza di un sistema di accumulo e di gestione, as- sieme alle metodologie di protezione. Oggi nel mercato aumentano sempre più le forniture di kit per l’energia harvesting. Essi costituiscono una soluzione pratica per l’implementazione di questa tecnica. I migliori kit includono tutti i componenti necessari per raccogliere l’energia da una fonte specifica e convertirla in corren- te utilizzabile. I modelli più diffusi prevedono la rac- colta e la trasformazione della luce solare, del calore, della pressione, delle vibrazioni, dei componenti bio- chimici e delle onde radio. Chiunque può realizzare un sistema di energia harvesting anche se, come si vedrà, la quantità raccolta è realmente molto piccola. Attual- mente solo alcuni sensori risultano realmente interes- santi in termini di quantità di energia raccolta da fonti naturali e restituita come energia utilizzabile: • le cellule fotovoltaiche, che sono universalmen- te utilizzate dal momento che la luce è universal- mente disponibile e che esse hanno un costo rela- tivamente basso e producono una potenza elevata rispetto ad altre soluzioni. Esse possono essere utilizzate per alimentare sensori wireless e per ap- plicazioni di ricarica delle batterie • le dinamo collegate alle pale eoliche • le dinamo delle biciclette Altre soluzioni meno interessanti (e al momento meno efficienti) possono prevedere le seguenti fonti da cui raccogliere l’energia: • l’energia trasportata dalle onde elettromagnetiche prodotte da trasmettitori radio, TV, telefoni cellu- lari e così via può essere trasformata in energia elettrica • il movimento continuo di oggetti può generare piccole quantità di energia con la conversione da quella cinetica iniziale. Tali applicazioni sono spes- so osservabili con le boe poste sull’acqua del mare • due corpi in rapido contatto alternato, sia in com- pressione che in scorrimento, sono capaci di gene- rare piccole quantità di energia. Un possibile uti- lizzo può essere applicato alle suole delle scarpe Ovviamente esistono altri sistemi per generare una piccola quantità di energia a discapito, ovviamente, di un’altra. Oggi le aziende propongono sul mercato tanti circuiti integrati e kit per raccogliere l’energia presen- te nell’ambiente circostante. I kit per l’energia harve- sting possono essere utilizzati per alimentare piccoli dispositivi in modo continuo e senza la necessità di so- stituire le batterie. Anche i dispositivi indossabili sono sempre più popolari e i kit sono utili per alimentarli in modo che possano essere indossati per lunghi periodi di tempo senza la necessità di ricaricarli. I kit usano diverse tipologie di metodi per raccogliere l’energia intorno come, ad esempio, l’energia solare, l’energia termica, l’energia vibrazionale e l’energia elettroma- gnetica. Passiamo, adesso, in rassegna, alcuni kit pro- gettati per la sperimentazione dell’energia harvesting. La maggior parte di essi è caratterizzato da un bassis- simo consumo ed è dedicata alla raccolta di energia da fonti di vibrazione, fotovoltaica e termica. Energia dalle vibrazioni Una forma comune di energia ambientale è l’energia dalle vibrazioni meccaniche. Essa può essere causa- ta (fortunatamente, da questo punto di vista) da tanti fattori come, ad esempio, dal flusso d’aria che passa attraverso un ventilatore, da un veicolo in movimento o da altre cause simili. In questi casi si può utilizzare un trasduttore piezoelettrico per convertire l’energia vibrazionale in energia elettrica. Un esempio di solu- zione è rappresentato dal circuito integrato LTC3588-1 di Analog Devices (Fig. 1). Esso integra un raddriz- zatore a ponte interno a basse perdite con un conver- titore CC/CC step-down sincrono. Inoltre utilizza un efficiente algoritmo di raccolta dell’energia per racco- gliere e immagazzinare energia da elementi piezoelet- trici ad alta impedenza, che possono avere correnti di cortocircuito dell’ordine di decine di microampere. I sistemi di raccolta dell’energia devono spesso suppor- tare correnti di picco molto più elevate di quelle che un elemento piezoelettrico può produrre. Per il fun- zionamento continuo le erogazioni di corrente devo- no avvenire con un ciclo di lavoro basso, in modo tale che l’energia totale in uscita non superi la potenza me- dia della sorgente integrata in un ciclo di accumulo di energia. Uno dei segreti per la migliore efficienza nella raccolta di energia dall’ambiente è la bassa corrente a riposo. L’LTC3588-1 è progettato proprio per effettua- re un accumulo a bassa corrente a riposo attraverso una modalità di blocco di sotto-tensione (UVLO) con un’ampia finestra di isteresi che assorbe meno di un microampere di corrente di quiescenza. Questa moda-