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ENERGY HARVESTING
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- ELETTRONICA OGGI 444 - APRILE 2015
L
a possibilità di alimentare un circui-
to elettronico senza l’uso di sorgen-
ti di corrente esterne né di batterie
rappresenta un ottimo traguardo che mol-
ti costruttori stanno perseguendo. Grazie
al fatto che oggi i componenti elettronici
di produzione più recente permettono di
operare a bassa tensione e si acconten-
tano di correnti di lavoro estremamente
contenute, è possibile proporre ai propri
clienti soluzioni decisamente innovative,
che non richiedono
né un
’alimentazione
esterna né alcuna batteria, circostanza
impensabile fino a pochi anni fa.
È
pos-
sibile infatti ricavare la poca energia ne-
cessaria da una fonte ambientale o insita
nell’applicazione stessa: energia lumino-
sa, vibrazioni oppure calore. Quest’ultimo
è presente frequentemente in moltissime
applicazioni industriali nonché nell’automobilistica, e viene
normalmente disperso nell’ambiente. Un vero peccato.
È
in-
fatti possibile sfruttare proprio il calore generato da tubature,
serbatoi nonché motori termici o elettrici per convertirlo in
energia elettrica, con cui alimentare i circuiti di elaborazione
del segnale, di controllo dei sensori o di comunicazione dati.
È sufficiente infatti disporre di pochi volt (anche solo da 1 a
3V) e di pochi milliampere o addirittura poche decine di mi-
croampere.
I generatori termoelettrici
Anche se non molte società costruiscono generatori termoe-
lettrici (detti brevemente TEG, da Thermo-Electric Generator),
tuttavia i modelli oggi disponibili possono essere sfruttati pro-
ficuamente in molti casi reali. Gli elementi termoelettrici sono
infatti noti da molti anni, anche se sono stati utilizzati soprat-
tutto per il raffreddamento dei dispositivi elettronici, sfruttan-
do l’effetto Peltier.
Utilizzando le celle Peltier è infatti possibile far scorrere una
corrente attraverso un array di giunzioni bimetalliche fino ad
attuare un trasferimento di calore da un “lato caldo” a un “lato
freddo”, potendo così essere sfruttate sia per raffreddare sia
per riscaldare. Per ottenere maggiori efficienze, le celle Peltier
possono venir realizzate connettendo assieme un elevato nu-
mero di elementi, che oggi possono essere costituite anche da
elementi a semiconduttore (Fig. 1). L’aspetto di una classica
cella di Peltier è quello di figura 2.
Solo abbastanza recentemente, però, e sicuramente sulla
spinta delle nuove esigenze dell’energy harvesting, si è co-
minciato a sfruttare l’effetto Peltier inverso, denominato “ef-
fetto Seebeck”, che può essere considerato – per così dire – il
“reciproco” del precedente. Infatti, applicando una differenza
di temperatura tra le due facce di una cella di Peltier (ovvero
riscaldando o viceversa raffreddando una sola delle due fac-
ce) si ottiene una differenza di potenziale fra i due conduttori
di alimentazione, utilizzabile per generare corrente e quindi
alimentare un circuito elettrico.
In tal modo è possibile ottenere una fonte di energia da qua-
Generatori termoelettrici
per l’energy harvesting
Paolo De Vittor
Fra le varie tecnologie oggi utilizzabili per l’energy harvesting, quella della
generazione termoelettrica – sebbene per ora poco utilizzata – consente di risolvere
facilmente più di un problema applicativo
Fig. 1 – Utilizzando le celle Peltier è infatti possibile far scorrere una corrente attraverso un
array di giunzioni bimetalliche o di elementi a semiconduttore fino ad attuare un trasferimento
di calore da un “lato caldo” a un “lato freddo”