Cosechamiento de energía: energía solar en sistemas IoT
El internet de las cosas (IoT) es un ambiente de dispositivos conectados a internet que pueden comunicarse con los usuarios o con otros dispositivo, cuya alimentación puede ser un sistema de cosechamiento de energía. Una de las aplicaciones de la tecnología IoT es la de poder monitorear características físicas de un determinado espacio o región, aún cuando estas regiones sean de difícil acceso. Si este es el caso, los dispositivos IoT que cuenten con una alimentación por medio de una batería son ineficientes a largo plazo debido a que, cuando la batería se agote, el sistema dejará de cumplir su función. Esto puede dificultar el sistema si es inviable llegar a él para hacer un reemplazo de la batería [1].
Es por ello que el implementar un sistema de cosechamiento de energía posibilita la operación del dispositivo IoT durante un mayor tiempo, lo que convierte esta tecnología en un área de interés.
Tecnología de cosechamiento de energía
El cosechamiento de energía o “energy harvesting” en inglés es una tecnología cuyo objetivo es el de generar electricidad por medio de una fuente de energía proveniente del entorno para que pueda alimentar dispositivos electrónicos. Esta energía puede provenir de cualquier medio, ya sea térmico, de movimiento, de presión, eólico y solar [1].
Comparando esta tecnología con los paneles solares mencionados en blogs anteriores, se tiene el mismo principio de obtener electricidad por medio de la energía solar sin embargo, la escala es una diferencia radical. Mientras que los paneles solares para el suministro eléctrico residecial, comercial o industrial producen una potencia en el orden de kilowatts o megawatts, el cosechamiento de energía produce potencia en el orden de miliwatts o microwatts.
Por qué es tan atractiva en el ambiente IoT
Esta tecnología se ha visto beneficiada por el incremento de sistemas electrónicos que son autónomos e inalámbricos. Estos dispositivos comúnmente forman una red de sensores inalámbricos o wireless sensor networks en inglés (WSN) y entre sus aplicaciones destaca el monitoreo de ciertas características físicas.
Como estos dispositivos son inalámbricos, tienen que tener sus componentes individuales entre los que se incluye la fuente de alimentación, lo que significa que cada dispositivo o nodo de la red tiene que producir su energía localmente [2].
Es ahí donde se presenta una de las ventajas del cosechamiento de energía en la tecnología IoT. Los dispositivos IoT son diseñados para desempeñar una función específica y pueden ser optimizados para que únicamente estén encendidos o activados en el periodo que se requiera. Esto se traduce en una eficiencia energética, ya que puede haber un ahorro de recursos al desactivar ciertas funciones del dispositivo cuando no son requeridas.
Un ejemplo de esto es la unidad de comunicación, que puede ser optimizada para transmitir los datos recabados en ciertos lapsos de tiempo y cuando no sea usada sea desactivada para reducir la energía consumida. Esto es crucial en estos dispositivos, ya que la unidad de comunicación es de las que mayores recursos consumen.
Además de la optimización, los dispositivos normalmente no cuentan con actuadores, por lo que su demanda energética es baja, en el orden incluso de uW. Esto es un factor importante, ya que la cantidad de energía consumida puede ser proveída por un sistema de cosechamiento de energía, entre los que figura la generación de energía eléctrica por medio de paneles solares.
Alimentación de dispositivos IoT con cosechamiento de energía
Los sistemas de cosechamiento de energía pueden reemplazar a la batería debido a que este sistema puede generar en la mayoría de las situaciones la energía que necesita para poder funcionar correctamente, por lo que se tiene un mayor lapso de funcionamiento del dispositivo.
Sin embargo, existen otras situaciones en las que el cosechamiento de energía se puede ver comprometido debido a un cambio en el ambiente que le impida poder “cosechar energía” de él, lo que se traduce en que el dispositivo IoT no recibiría carga durante esta situación. Es por ello que la alternativa más efectiva es la de implementar una batería que sea usada en las situaciones en las que el sistema de cosechamiento de energía no cumpla con las necesidades de consumo del dispositivo, asegurando su función en los tiempos requeridos.
En conclusión, la tecnología de cosechamiento de energía puede ser la fuente principal en los dispositivos IoT, que al incluir una batería de emergencia se ve potenciada y mejora. Además de la tecnología IoT la conectividad también es importante en el ámbito eléctrico, como la tecnología de smart grids, por lo que la conexión de dispositivos es una tecnología importante.
Referencias
[1]. Tecnologías de cosechamiento de energía para alimentar dispositivos WPAN e IoT para la actualización de la Industria 4.0
[2]. Sistemas de cosechamiento de energía
