[專欄]能源收割與無線充電

作者\陸向陽

隨著無線感測器網路(Wireless Sensor Network, WSN)的興起,能源收割(Energy Harvesting,能量採集)議題也漸受重視,無線感測器若廣佈在電力線無法構及的戶外,僅以內部電池電力運作,很快需要人工去換替,而人工佈更換電池很耗時間及成本,若感測器自身能就地取材地取得一些能源,延長電池使用時間,則可降低換替成本。

無論能源收割或無線充電,最終目標是電能源源不絕,完全免去人工介入,完全不影響生活。
無論能源收割或無線充電,最終目標是電能源源不絕,完全免去人工介入,完全不影響生活。

能源收割有多種方式,如熱電效應、壓電效應等,但有兩類已常見,一是太陽能,另一則是無線射頻。以太陽能而言,人造衛星除了自帶的燃料電池外,也會張開太陽能板進行發電、儲電,延緩燃料電池的使用年限。

這樣的技術,今日的新興無線寬頻覆蓋技術也多採行,如Google的Loong專案氣球基地台即設有太陽能板,而Facebook的無人飛機基地台更是機身佈滿太陽能板。

類似的,BigBelly公司將紐約市的公共垃圾桶變成Wi-Fi熱點,不僅可讓附近的人透過Wi-Fi上網,垃圾桶相互間也串連成無線網路,透過網路通報垃圾車哪些位置的垃圾桶已滿或過臭,從而規劃最經濟的清理行駛路線,而垃圾桶之所以能無線運作,靠的也是太陽能板。

至於無線射頻的能源收割,最經典的即是被動型RFID(主動型已自帶電池電力),被動型RFID本身無任何電力,在標籤讀取器發波後,RFID收割波中的能量,轉換成自身可短暫運作的電能,並發出回波,告知讀取器該標籤的內容資訊。

類似的技術也用於Google的智慧隱形眼鏡上,透過發波、回波方式讀取淚液中的醣值,進而可長期監督血糖,不過目前智慧型隱形眼鏡尚未達商業化水準。

既然可以無線發波方式供應電能,類似作法也用在無線充電應用,除了電磁感應的WPC Qi技術及電磁共振的A4WP Rezence外,也有業者提出用無線射頻方式進行充電,如WattUp、Octa、Powercast等技術均是,均可達數英呎內的無線充電,功率則在3瓦至10瓦不等。

而談及充電,也就不免談及電動機車、電動汽車的充電,電動車的麻煩除了充電站點少外,充電時間太長也是一項困擾,不像汽油、瓦斯可在數分鐘內快速完全補充,因此業界開始提出各種紓緩方案。

作法之一是盡可能在長時間停車的地方設置充電站,例如購物中心的停車場,以便除了自宅夜間外,還有其他長時間充電的機會,或者是業界不斷在研發快速充電技術,每隔一段時間就有學界、業界宣稱有新突破,只要多少分鐘就可以達到滿充的多少百分比電能。

或者如Gogoro電動機車,車上設兩組電池,到了站點後直接置換一組新電池即完成補充(也可一次兩組都換,立即達到滿充),Gogoro是用商業模式來改善,電池的所有權不歸消費者,消費者僅為租用。

至於Qualcomm則提出Halo無線充電技術(2011年購併Halo IPT公司而取得的技術),讓車主停妥車就開始充電,地面上的無線充電板便開始作用,不用再手動插入充電器。

Qualcomm也提出無線充電高速公路的構想,讓汽車邊行駛邊充電,此幾乎類同於鐵路電氣化,從燃煤車頭改成全線高壓電提供動力。或許,相同的作法也可設在一般路面的十字路口,在紅燈等待時也能充到若干電力。

無論能源收割或無線充電,其實都期望更便利獲取能源、延緩能源匱乏、減少因補充能源所帶來的不便,最終目標是電能源源不絕,完全免去人工介入,完全不影響生活。


關鍵字: 無線感測器網路   WSN   能源收割   能量採集   太陽能   無線射頻   Wi-Fi   RFID   Gogoro   Qualcomm ( 高通 )