¿Es la captación de energía el futuro del IoT?

El Internet de las Cosas (IoT) está en auge, y se espera que haya miles de millones de dispositivos conectados a finales de la década. Sin embargo, esta proliferación plantea un gran reto: ¿cómo alimentar todos estos dispositivos de forma sostenible y eficiente?

La respuesta puede estar en la captación de energía, un proceso que recoge energía del entorno para alimentar dispositivos electrónicos. Este artículo explora cómo la captación de energía puede revolucionar la IO, garantizando un suministro de energía continuo y sostenible.

¿Qué es la captación de energía?

La captación de energía se refiere a todos los métodos utilizados para recoger pequeñas cantidades de energía de fuentes ambientales como la luz, el calor, las vibraciones, las ondas de radio o incluso el movimiento. A diferencia de los sistemas tradicionales alimentados por pilas o por la red eléctrica, la energía recogida se almacena directamente o se utiliza para alimentar dispositivos de bajo consumo.

¿Cómo funciona un sensor IoT gracias a la captación de energía?

El funcionamiento de un sensor IoT alimentado por captación de energía se basa en una serie de etapas clave que implican la captación, gestión y uso de energía para garantizar su funcionamiento. Aquí tienes un resumen de cómo funciona:

1. Recogida de energía

El sensor incorpora un módulo de recuperación de energía diseñado para captar la energía ambiental de una o varias fuentes:

• Energía solar: Las células fotovoltaicas captan la luz ambiental, suelen utilizarse para colectores exteriores.

• Energía vibratoria o mecánica: Un dispositivo piezoeléctrico convierte las vibraciones en energía eléctrica, por ejemplo de máquinas en funcionamiento.

• Energía térmica: Un generador termoeléctrico convierte una diferencia de temperatura en corriente eléctrica.

• Energía electromagnética: Las antenas captan la energía de las ondas de radio (Wi-Fi, RF) y la convierten en electricidad.

2. Almacenamiento y gestión de la energía

La energía recuperada suele ser pequeña y fluctúa. Por tanto, se almacena en un dispositivo de baja capacidad, como :

• Un supercondensador para descargas rápidas y cortas.

• Una pequeña batería recargable para almacenar energía durante periodos más largos.

Una unidad de gestión de potencia (PMU) regula esta energía, asegurándose de que se almacena de forma óptima y se suministra eficazmente a los componentes del sensor según sea necesario.

3. Ciclos de trabajo

• Modo reposo: El sensor permanece inactivo para ahorrar energía.

• Despertar periódico: Cuando se ha acumulado suficiente energía, el sensor se despierta para realizar sus tareas.

• Medición: El sensor recoge datos (por ejemplo, temperatura, vibración, calidad del aire).

• Procesamiento y comunicación: Los datos se procesan localmente y luego se transmiten a una pasarela o servidor remoto mediante un protocolo de comunicación de bajo consumo (como LoRa, Sigfox, Zigbee).

• Volver al modo de espera: Una vez finalizadas las tareas, el sensor vuelve al modo de espera para ahorrar energía.

4. Optimización energética

Para maximizar la eficacia, el sensor utiliza componentes optimizados para un bajo consumo de energía:

• Microcontroladores de consumo ultrabajo: Los microcontroladores (MCU) utilizados en estos dispositivos están diseñados para consumir la mínima cantidad de energía en modo activo y aún menos en modo de espera.

• Módulos de comunicación de bajo consumo: Las tecnologías inalámbricas utilizadas son las que consumen la menor energía posible (BLE, NB-IoT, LoRa), con protocolos optimizados para transmisiones cortas.

El impacto de la captación de energía en el IoT

La captación de energía es una tecnología prometedora para el IoT, pero aún no se utiliza ampliamente, al menos no de forma generalizada. Su uso sigue estando muy orientado a los casos en los que la autonomía de los objetos conectados es crítica. Sin embargo, este proceso autónomo de suministro de energía tiene muchas ventajas para la IO, que deberían contribuir a su desarrollo en los próximos años.

1. Autonomía ampliada del dispositivo

Una de las principales limitaciones de los dispositivos IoT es la limitada vida útil de las baterías. La captación de energía permite aumentar considerablemente esta autonomía, e incluso hacer que algunos dispositivos sean completamente autónomos.

2. Reducción de los costes de mantenimiento

Sustituir las baterías de los dispositivos IoT, a menudo situados en lugares de difícil acceso, puede ser costoso y complejo. Aprovechando la energía del entorno, se reducen drásticamente los costes y el esfuerzo de mantenimiento.

3. Aplicaciones en entornos hostiles

Sustituir las baterías de los dispositivos IoT, a menudo situados en lugares de difícil acceso, puede ser costoso y complejo. Aprovechando la energía del entorno, se reducen drásticamente los costes y el esfuerzo de mantenimiento.

4. Sostenibilidad medioambiental

Al reducir la dependencia de las pilas químicas y aprovechar las fuentes de energía renovables, la captación de energía contribuye a reducir los residuos electrónicos y a promover una tecnología más ecológica.

Retos y soluciones

A pesar de sus muchas ventajas, la captación de energía no está exenta de desafíos. La cantidad de energía recuperada puede ser pequeña y variable, lo que exige soluciones innovadoras para almacenarla y gestionarla con eficacia.

1. Almacenamiento de energía

Para almacenar la energía recuperada se utilizan supercondensadores y baterías recargables, pero hay que optimizar su capacidad y vida útil.

2. Gestión de la energía

Se necesitan circuitos sofisticados de gestión de la energía para maximizar la eficacia de la conversión y el uso de la energía cosechada.

3. Miniaturización

Los dispositivos de captación de energía deben ser lo suficientemente pequeños como para integrarse en los dispositivos IoT sin comprometer su rendimiento o coste.

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Descubro

Innovaciones y perspectivas de futuro

Los recientes avances en materiales y tecnología prometen superar estos retos. Por ejemplo, los nanogeneradores piezoeléctricos y triboeléctricos abren nuevas posibilidades para la captación de energía cinética a pequeña escala. Del mismo modo, los avances en materiales fotovoltaicos flexibles y dispositivos termoeléctricos ofrecen soluciones más eficientes e integrables para la captación de energía.

Conclusión

En resumen, la captación de energía sigue siendo un nicho, pero se está explorando cada vez más en aplicaciones en las que la autonomía y la reducción de los costes de mantenimiento son cruciales. Su adopción generalizada dependerá de la madurez tecnológica y de la caída de los costes, pero las tendencias actuales apuntan a una adopción creciente, sobre todo para sensores autónomos en el IoT industrial y en entornos difíciles.