- Bagaimana cara kerja RF Energy Harvesting?
- Apa s
- Aplikasi Praktis Pemanenan Energi Radio
- Batasan Pengambilan Energi RF
- Perangkat Keras Pemanenan Energi RF tersedia di pasar
- Penggunaan Pemanenan Energi RF dalam Aplikasi IOT
Ada banyak perangkat nirkabel yang bekerja di seluruh dunia yang membuat hidup orang-orang menjadi mudah dan nyaman dalam banyak hal, tetapi semua perangkat nirkabel ini perlu diisi daya berulang kali untuk menggunakannya. Tetapi bagaimana jika, kita dapat menggunakan frekuensi radio yang sama yang mentransfer data, untuk mengisi daya perangkat. Teknologi ini akan mengurangi atau menghilangkan penggunaan baterai untuk menyalakan sirkuit di dalam perangkat. Idenya adalah untuk memanen energi dari frekuensi radio menggunakan antena alih-alih menghasilkan energi dari gerakan atau energi matahari. Artikel ini akan membahas Pemanenan Energi RF secara rinci.
Bagaimana cara kerja RF Energy Harvesting?
Ada banyak sumber RF yang tersedia namun yang penting dipahami terlebih dahulu adalah, Bagaimana cara mengubah RF menjadi energi atau listrik ? Prosesnya cukup sederhana, seperti proses normal penerimaan sinyal antena. Jadi, mari kita pahami proses konversi menggunakan diagram sederhana.
Sumber (dapat berupa perangkat atau sirkuit elektronik apa pun yang) memancarkan sinyal RF dan sirkuit aplikasi, yang memiliki sirkuit inbuilt untuk konversi energi, menerima RF, yang kemudian menyebabkan perbedaan potensial di sepanjang antena dan menciptakan pergerakan muatan pembawa melalui antena. Pembawa muatan pindah ke rangkaian konversi RF ke DC yaitu muatan sekarang diubah menjadi arus DC menggunakan rangkaian yang disimpan sementara di kapasitor. Kemudian menggunakan rangkaian Power Conditioning, energinya diperkuat atau diubah menjadi nilai potensial yang diinginkan oleh beban.
Ada banyak sumber yang memancarkan sinyal RF seperti stasiun satelit, stasiun radio, internet nirkabel. Setiap aplikasi yang memiliki sirkuit pemanen energi RF yang terpasang dengannya, akan menerima sinyal dan mengubahnya menjadi listrik.
Proses konversi dimulai ketika antena penerima menerima sinyal dan menyebabkan perbedaan potensial di sepanjang antena yang selanjutnya membuat pergerakan di pembawa muatan antena. Pembawa muatan ini dari antena pindah ke sirkuit pencocokan impedansi yang terhubung melalui kabel. Jaringan pencocokan impedansi (IMN) memastikan bahwa transfer daya dari antena (sumber RF) ke Penyearah / Pengganda Tegangan (Beban) adalah maksimum. Impedansi dalam rangkaian RF sama pentingnya dengan resistansi dalam rangkaian DC untuk transfer daya yang optimal antara sumber dan beban.
Sinyal RF yang diterima pada antena memiliki bentuk gelombang sinusoidal yaitu sinyal AC dan perlu diubah menjadi sinyal DC. Setelah melewati IMN, rangkaian penyearah atau pengali tegangan memperbaiki dan memperkuat sinyal sesuai kebutuhan aplikasi. Rangkaian penyearah bukan penyearah setengah gelombang, gelombang penuh, atau jembatan melainkan rangkaian pengali tegangan (penyearah khusus) yang memperbaiki sinyal dan juga meningkatkan sinyal yang diperbaiki berdasarkan kebutuhan aplikasi.
Aliran listrik yang diubah dari AC ke DC menggunakan pengali tegangan yang dipindahkan ke rangkaian manajemen daya yang menggunakan kapasitor atau baterai untuk menyimpan listrik dan memasoknya ke beban (aplikasi) kapan pun dibutuhkan.
Apa s
Seperti disebutkan sebelumnya, ada banyak perangkat yang menggunakan sinyal RF, artinya akan ada banyak sumber untuk menerima sinyal RF untuk memanen energi.
Sumber RF yang dapat digunakan sebagai sumber energi adalah:
- Stasiun Radio: Tua tapi layak, stasiun radio secara teratur memancarkan sinyal RF yang dapat digunakan sebagai sumber energi.
- Stasiun TV: Ini juga merupakan sumber yang tua tapi layak yang mengirimkan sinyal 24/7 dan dianggap sebagai sumber energi yang baik.
- Telepon Seluler & Stasiun Pangkalan: Miliaran telepon seluler dan pemancarnya memancarkan sinyal RF yang merupakan sumber energi yang baik.
- Jaringan nirkabel: Ada sejumlah router Wi-Fi dan perangkat nirkabel yang ada di mana-mana dan mereka juga harus dianggap sebagai sumber yang baik untuk memanen energi dari RF.
Ini adalah perangkat utama yang ada di seluruh dunia yang merupakan sumber utama RF yang dapat digunakan untuk memanen energi yaitu menghasilkan energi listrik.
Aplikasi Praktis Pemanenan Energi Radio
Beberapa aplikasi Energy Harvester yang menggunakan sistem RF adalah sebagai berikut:
- Kartu RFID: Teknologi RFID (Radio Frequency Identification) menggunakan konsep Energy Harvesting yang mengisi 'Tag'-nya dengan menerima sinyal RF dari pembaca RFID itu sendiri. Aplikasi dapat dilihat di Mall, Metro, Stasiun Kereta, Industri, Perguruan Tinggi, dan banyak tempat lainnya.
- Penelitian atau Evaluasi: Perusahaan Powercast telah meluncurkan papan evaluasi- "Papan Evaluasi P2110" yang dapat digunakan untuk tujuan penelitian atau untuk evaluasi beberapa aplikasi baru dengan mempertimbangkan kekuatan yang diperlukan dan diterima serta perubahan yang harus dilakukan setelah evaluasi.
Terlepas dari aplikasi praktis ini, ada banyak bidang di mana teknologi Pemanenan Energi dapat digunakan seperti dalam Pemantauan Industri, industri Pertanian, dll.
Batasan Pengambilan Energi RF
Dengan aplikasi yang bagus dan sejumlah kelebihan, terdapat beberapa kekurangan juga dan kekurangan tersebut disebabkan karena keterbatasan yang ada pada hal tersebut.
Jadi batasan untuk sistem pemanenan energi RF adalah:
- Ketergantungan: Satu-satunya ketergantungan dari sistem pemanenan energi RF adalah kualitas sinyal RF yang diterima. Nilai RF dapat berkurang karena perubahan atmosfer atau hambatan fisik dan dapat menahan transmisi sinyal RF, sehingga menghasilkan daya rendah sebagai output.
- Efisiensi: Karena rangkaian terdiri dari komponen elektronik yang kehilangan fungsinya seiring waktu dan memberikan hasil yang buruk jika tidak diubah sesuai. Akibatnya, hal ini akan mempengaruhi efisiensi sistem secara keseluruhan dan sebagai gantinya memberikan keluaran yang tidak tepat.
- Kompleksitas: Penerima untuk sistem perlu dirancang berdasarkan aplikasinya dan sirkuit penyimpanan daya, yang membuatnya lebih kompleks untuk dibangun.
- Frekuensi: Sirkuit atau perangkat apa pun yang dirancang untuk menerima sinyal RF untuk memanen energi dapat dirancang untuk mengoperasikan hanya satu pita frekuensi dan tidak multipel. Jadi, hanya sebatas spektrum pita itu saja.
- Waktu Pengisian Daya: Output daya maksimum dari konversi dalam miliwatt atau microwatt. Sehingga daya yang dibutuhkan oleh aplikasi tentu membutuhkan waktu yang lama untuk memproduksinya.
Terlepas dari batasan-batasan tersebut, Energy Harvesting using Radio Frequency (RF) memiliki banyak keunggulan karena memiliki aplikasi di Industri Otomasi, Pertanian, IOT, Industri Kesehatan, dll.
Perangkat Keras Pemanenan Energi RF tersedia di pasar
Perangkat keras yang tersedia di pasar yang mendukung Pemanenan Energi Frekuensi Radio adalah:
- Powercast P2110B: Perusahaan Powercast telah meluncurkan P2110B yang dapat digunakan untuk evaluasi serta untuk penggunaan berbasis aplikasi.
- Aplikasi:
- Sensor nirkabel bebas baterai
- Pemantauan Industri
- Kotak Cerdas
- Pertahanan
- Otomatisasi bangunan
- Minyak gas
- Pengisian ulang baterai
- Sel koin
- Sel film tipis
- Elektronik berdaya rendah
- Sensor nirkabel bebas baterai
- Fitur:
- Efisiensi konversi tinggi
- Mengubah sinyal RF tingkat rendah yang memungkinkan aplikasi jarak jauh
- Output tegangan yang diatur hingga 5.
- Hingga arus keluaran 50mA
- Indikator kekuatan sinyal yang diterima
- Jangkauan operasi RF yang luas
- Operasi hingga input -12 dBm
- Dapat disetel ulang secara eksternal untuk kontrol mikroprosesor
- Kisaran suhu industri
- Sesuai RoHS
- Powercast P1110B: Mirip dengan P2110B, Powercast P1110B memiliki fitur dan aplikasi berikut.
- Fitur:
- Efisiensi konversi tinggi,> 70%
- Konsumsi daya rendah
- Output tegangan yang dapat dikonfigurasi untuk mendukung pengisian ulang baterai Li-ion dan Alkaline
- Operasi dari 0V untuk mendukung pengisian kapasitor
- Indikator kekuatan sinyal yang diterima
- Rentang operasi yang luas
- Pengoperasian hingga daya input -5 dBm
- Kisaran suhu industri
- Sesuai RoHS
- Aplikasi:
- Sensor nirkabel
- Pemantauan Industri
- Kotak Cerdas
- Pemantauan Kesehatan Struktural
- Pertahanan
- Otomatisasi bangunan
- Pertanian
- Minyak gas
- Layanan sadar lokasi
- Pemicu nirkabel
- Elektronik berdaya rendah.
- Sensor nirkabel
Ini adalah dua perangkat penghasil energi berbasis RF yang tersedia di pasar dan dikembangkan oleh perusahaan Powercast.
Penggunaan Pemanenan Energi RF dalam Aplikasi IOT
Dengan semakin populernya Internet of Things (IoT) dalam otomatisasi perangkat elektronik, aplikasi IoT sedang dikembangkan untuk rumah dan industri, yang berpotensi tetap bertenaga selama bertahun-tahun menunggu pemicu. Dengan kemampuan pemanenan energi, perangkat semacam itu benar-benar dapat menarik energi keluar dari udara untuk mengisi ulang baterainya sendiri atau memanen energi yang cukup dari lingkungan sehingga baterai bahkan mungkin tidak memerlukan sumber daya eksternal untuk mengisi daya. Sensor bertenaga sendiri seperti itu sekarang biasanya disebut sebagai " daya nol"sensor nirkabel untuk kemampuannya menyediakan data sensor secara langsung di cloud IoT, menggunakan gateway nirkabel tanpa sumber energi yang jelas. Dengan memanfaatkan daya dari sumber energi RF yang tersedia, perangkat nirkabel ultra-rendah daya (ULP) generasi baru, seperti sensor IoT, dapat dikembangkan untuk aplikasi pemeliharaan rendah seperti pemantauan jarak jauh.
Pemanenan energi dianggap seperti teknologi "pendamping" untuk komunikasi nirkabel karena dapat memungkinkan masa pakai baterai yang lebih lama untuk perangkat seluler dan mungkin pengoperasian tanpa baterai untuk beberapa perangkat elektronik.