Колко има
Всеки източник се сравнява по плътността на мощността: колко микроуата дава от квадратен сантиметър (светлина, радиовълни) или от кубичен сантиметър (вибрации, топлина). За един безжичен сензорен възел, който спи (тема 12), трябват около 100 μW средно.
| Устройство | Принцип | Мощност | Ефективност |
|---|---|---|---|
| фотоволтаично | фотоволтаичен ефект | навън 15 mW/cm², вътре 10–100 μW/cm² | 15–24 % |
| пиезоелектрично | пиезоефект | 330 μW/cm³ (стелка) | до 30 % |
| електромагнитно | закон на Фарадей | човек 4, машина 306 μW/cm³ | – |
| електростатично | капацитет, зависещ от вибрациите | 50–100 μW/cm³ | 9,5–23 % |
| пироелектрично | цикъл на Олсен | 3,5 μW/cm³ (85 °C/s) | 1–3,5 % |
| термоелектрично | ефект на Зеебек | човек 100 μW/cm³, индустрия ~100 mW/cm³ | ~1 % |
| магнитно | Ампер, Максуел, Фарадей | 1,8 mW/cm³ (кабел 400 A, на 4 cm) | – |
| RF | радиопредаватели | GSM 0,1; Wi-Fi 0,01 μW/cm² | 50–70 % |
| вятър / вода | микротурбина | 1,16 mW/cm³ (5 m/s) / 4,91 μW/cm³ (3 l/s) | до 17,6 / 29 % |
Сензорът иска 100 μW.
От слънцето до Wi-Fi – седем порядъка
плътност на мощността нужната мощност
| № | Източник | Плътност | Нужен размер |
|---|---|---|---|
| 1 | слънце навън | 15000 μW/cm² | 0,00667 cm² |
| 2 | вятър (5 m/s) | 1160 μW/cm³ | 0,0862 cm³ |
| 3 | магнитно (до кабел 400 A) | 1800 μW/cm³ | 0,0556 cm³ |
| 4 | пиезо стелка | 330 μW/cm³ | 0,303 cm³ |
| 5 | вибрации на машина | 306 μW/cm³ | 0,327 cm³ |
| 6 | TEG на тялото | 100 μW/cm³ | 1 cm³ |
| 7 | електростатичен | 75 μW/cm³ | 1,33 cm³ |
| 8 | светлина на закрито | 50 μW/cm² | 2 cm² |
| 9 | вода (3 l/s) | 4,91 μW/cm³ | 20,4 cm³ |
| 10 | вибрации на човек | 4 μW/cm³ | 25 cm³ |
| 11 | пироелектричен | 3,5 μW/cm³ | 28,6 cm³ |
| 12 | GSM | 0,1 μW/cm² | 1000 cm² |
| 13 | Wi-Fi | 0,01 μW/cm² | 10000 cm² |
Скалата е логаритмична: всяко деление е 100 пъти. Зеленият пунктир е нужната мощност. Каквото е над него, захранва сензора от под 1 cm². Слънцето навън и индустриалната топлина са шампионите. Светлината в стаята е 300 пъти по-слаба от слънцето навън, но пак стига от 2 cm². Wi-Fi и GSM дават милионни части. За 100 μW от Wi-Fi трябват 1 m² антена, затова RF се ползва само за пасивни RFID етикети и на малко разстояние от специален предавател (тема 24).
Самопроверка
1. Колко площ соларна клетка на закрито (50 μW/cm²) трябва за 100 μW?
100/50 = 2 cm².
2. Кой източник е най-богат и кой най-беден?
Най-богати – слънцето навън (~15 mW/cm²) и индустриалната топлина; най-бедни – радиовълните от GSM/Wi-Fi (0,01–0,1 μW/cm²).
3. Защо при вибрациите мощността е „на cm³“, а при светлината – „на cm²“?
Светлината и радиовълните падат върху повърхност; вибрационният и термичният генератор събират енергия с масата/обема си.