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- ELETTRONICA OGGI 438 - LUGLIO/AGOSTO 2014
DIGITAL
ENERGY HARVESTING
Tecnologie e applicazioni attuali
Per quel che concerne le tecnologie di “energy
harvesting”, parecchie sono già ampiamente
utilizzate, mentre molte altre si stanno affac-
ciando alla ribalta. Le più comuni fonti di
energia sono luce, calore, vibrazioni e radio-
frequenza. Anche se i pannelli solari su un
tetto non producono singolarmente una gran-
de quantità di energia (si faccia riferimento
alla Tab. 1), uno o più pannelli possono essere
più che adeguati per alimentare dispositivi a
basso consumo in un particolare ambiente.
Solare
In ogni ufficio o abitazione vi è quasi certamente una
calcolatrice alimentata a luce solare – ovvero una
calcolatrice con una pila a bottone e una cella foto-
voltaica (PV) posta sulla parte superiore. Le celle,
realizzate con silicio policristallino o di tipo a film sot-
tile, convertono i fotoni in elettroni con un’efficienza
tipica compresa tra il 15 e il 20% (per le celle in silicio
policristallino) e tra il 6 e il 12% (per le celle a film
sottile). Poiché la potenza disponibile sfruttando l’il-
luminazione esterna è pari a soli 10 µW/cm², la loro
utilità è funzione della dimensione del modulo e dalla
composizione spettrale della luce.
Celle solari di dimensioni ridotte sono frequentemen-
te utilizzate nei settori industriali e consumer per ap-
plicazioni quali giocattoli, orologi, calcolatrici, sistemi
di controllo dell’illuminazione stradale, alimentatori
portatili e satelliti. Poich
é
solitamente le sorgenti lu-
minose sono di natura intermittente, le celle solari
sono usate per caricare batterie e/o superconden-
satori al fine di garantire una fonte di energia stabile.
Termoelettrica
I sistemi di accumulo di tipo termoelettrico sfruttano
l’effetto Seebeck, che consiste nella comparsa di una
tensione agli estremi di un circuito aperto costituito
da due conduttori di materiali diversi tra loro quan-
do, in corrispondenza delle loro giunzioni, vi è una
differenza di temperatura. I generatori termoelettrici
(TEG) sono formati da una serie di termocoppie col-
legate in serie a una fonte di calore che può essere
un motore, una caldaia o persino la parte posteriore
di un pannello solare. L’uscita dipende dalle dimen-
sioni del generatore termoelettrico e dalla differen-
za di temperatura che può essere mantenuta. Questi
generatori sono comunemente impiegati per alimen-
tare nodi sensori wireless in ambiente a elevata tem-
peratura come ad esempio i sistemi di riscaldamento
industriali. Un generatore termoelettrico montato tra
un transistor di potenza e uno scambiatore di calore
può riciclare una parte di energia che altrimenti sa-
rebbe persa sotto forma di calore.
I moduli per l’accumulo di energia TE-CORE7 di Mi-
cropelt convertono il calore disperso localmente per
assicurare il funzionamento per lunghi periodi di di-
spositivi a basso consumo. Il generatore TE-CORE
converte il calore in una carica elettrica: queste vie-
ne aumentata, immagazzinata in un condensatore di
capacità pari a 100
μ
F e regolata in modo da fornire
una tensione di valore massimo di 5,5V. Operante a
una temperature di 50
°
C, TE-CORE7 può fornire an-
nualmente una capacità nominale di 6,424 mAh (mil-
liampere/ora), equivalente a quella di tre o quattro
batterie AA: si tenga presente a questo riguardo che
per fornire una capacità simile le batterie dovreb-
bero essere ricaricate su base regolare dopo pochi
mesi.Quando si forza una corrente a fluire attraverso
la giunzione di metalli diversi il calore si trasferirà
dalla giunzione calda a quella fredda: questo è il prin-
cipio su cui si basa l’effetto Peltier – in pratica l’oppo-
sto dell’effetto Seebeck – utilizzato per realizzare le
pompe di calore termoelettriche.
Piezoelettrico
I trasduttori piezoelettrici, capaci cioè di generare
elettricità quando sono sollecitati, sono i candidate
ideali per i sensori di vibrazione utilizzati nei modu-
li per l’accumulo di energia preposti al rilevamento
del rumore dei cuscinetti di un motore e le vibrazio-
ni delle ali di un aeroplano. I moduli per l’accumulo
di energia Volture V-20W di Midé Technology uti-
lizzano una sottilissima trave a sbalzo vincolata a
un’estremità (cantilever) che si collega a un cristal-
Fig. 2 – Schema di utilizzo del ricevitore Powercast P2110 in un sensore wireless
che non prevede l’uso di batterie (Fonte Powercast)
