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- ELETTRONICA OGGI 438 - LUGLIO/AGOSTO 2014
DIGITAL
ENERGY HARVESTING
“Energy harvesting”:
il limite è l’immaginazione
N
el momento in cui i telefoni mobile si sono
trasformati da apparati analogici wireless a
computer portatili, gli utenti hanno cominciato
a utilizzare funzionalità che richiedono parecchia
energia – navigazione sul Web, video, gaming, posta
elettronica – pur continuando a esigere una durata
della batteria sempre maggiore. Poiché i costruttori
di batterie non sono in grado di fornire, al momento,
un valido ausilio alla soluzione del problema, i pro-
duttori di semiconduttori hanno iniziato a sviluppare
numerose tecniche di risparmio energetico
atte a soddisfare le esigenze degli utilizza-
tori.
I bassi consumi sono stati il più importan-
te criterio che ha ispirato la progettazione
elettronica, nell’ultimo decennio. Grazie
alla legge di Moore e all’impiego di tecni-
che di design sempre più “intelligenti”, i li-
velli di potenza richiesti dai semiconduttori
è calato drasticamente: questi dispositivi
spesso consumano potenze dell’ordine dei
milliWatt durante il funzionamento e dei
nanoWatt in modalità “standby”. Questa evoluzio-
ne ha permesso l’implementazione di reti wireless
“sensorless”(ovvero prive di sensori) contraddistinte
da bassissimi consumi che hanno trovato ampia dif-
fusione. I sensori ora sono ubicati in località remo-
te o difficilmente raggiungibili e sono impiegati per
monitorare un gran numero di fenomeni: le sollecita-
zioni di edifici e di ponti, l’inquinamento atmosferico,
i movimenti franosi, gli incendi boschivi, l’usura dei
cuscinetti e le vibrazioni delle ali. Le reti di sensori
wireless a bassissimo consumo sono diventate l’ele-
mento centrale di un gran numero di applicazioni nei
settori industriale, medicale e commerciale.
I nodi off-grid (ovvero che non hanno accesso a una
rete) così come i nodi sensori portatili sono alimen-
tati a batteria e devono quindi affrontare i medesimi
problemi dei telefoni cellulari. In questi casi è consi-
gliabile prolungare la durata delle batterie sfruttando
tecniche di harvesting (ovvero di accumulo e di tra-
sformazione) delle fonti energetiche ambientali, spes-
so disponibili, sotto forma di luce, calore, vibrazioni,
movimento oppure onde a radiofrequenza prodotte
dall’ambiente elettromagnetico naturale. Se le richie-
ste, in termini di energia, di un dispositivo sono molto
ridotte e la sostituzione della batteria si rivela un’ope-
razione costosa o di difficile esecuzione, si potrebbe
pensare di rinunciare del tutto alla batteria e sfrutta-
re le fonti energetiche ambientali per l’alimentazione.
L’abbinamento tra MCU a bassissimi consumi e tecni-
che di accumulo e riutilizzo dell’energia ha permesso
lo sviluppo di nuove applicazioni che in precedenza
non era possibile implementare.
Quello delle applicazioni di “energy harvesting” è un
mercato di ampie dimensioni e in rapida crescita. In
base alle stime degli analisti di IDTechEx questo set-
tore, che nel 2012 valeva 0,7 miliardi di dollari, supe-
rerà i 5 miliardi nel 2022: entro quell’anno 250 milioni
di sensori saranno alimentati mediante fonti energe-
tiche che sfruttano il concetto di accumulo e riutiliz-
zo dell’energia. Il mercato dei sistemi di “energy har-
vesting” di tipo termoelettrico, da solo, genererà nel
2023 un fatturato pari a 865 milioni di dollari.
John Donovan
Mouser Electronics
L’abbinamento tra MCU a bassissimi consumi
e tecniche di accumulo e riutilizzo dell’energia
ha permesso lo sviluppo di nuove applicazioni che
in precedenza non era era possibile implementare
Fig. 1 – Schema dei dispositive per l’accumulo di energia piezoelettrica della linea
Volture di Midé (Fonte Midé)
