Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wykorzystanie ciepła odpadowego do zasilania systemów monitorowania

ghost666 05 Jun 2021 09:48 396 1
  • Wykorzystanie ciepła odpadowego do zasilania systemów monitorowania
    Ponad 70% energii zużywanej w domach, przestrzeniach handlowych, transporcie i przemyśle jest odprowadzane w postaci ciepła do środowiska. Renesas opracował system, który wykorzystuje ciepło generowane przez te procesy. Stworzono system recyklingu, który przekształca ciepło w energię elektryczną, która może być wykorzystana do zasilania systemów elektronicznych wykorzystywanych do monitorowania i przesyłania danych procesowych. To kompletne rozwiązanie obejmuje mikrokontroler RE01-256KB o bardzo niskim poborze mocy, czujnik wilgotności i temperatury HS3001, czujnik przepływu FS1012, czujnik jakości powietrza wewnętrznego ZMOD4410 lub czujnik jakości powietrza zewnętrznego ZMOD4510, stabilizator buck-boost ISL9122A oraz RYZ014A - moduł LTE kategorii M1.

    Dokładnie mówiąc, prawie 100% energii zużywanej w budynkach mieszkalnych i komercyjnych, 75% w transporcie i 70% w zastosowaniach przemysłowych jest odprowadzane w postaci ciepła odpadowego do środowiska. Recykling tego rozproszonego ciepła ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania rosnących problemów związanych z globalnym ociepleniem i zmianami klimatycznymi. Ponadto zbieranie energii jest przyjazne dla środowiska, zapewnia wydajne zarządzanie energią, a także wydłuża żywotność baterii. Przewiduje się, że rynek systemów pozyskiwania energii wzrośnie z 485 milionów dolarów w 2020 r. do 775 milionów dolarów do 2025 roku. Co więcej, w erze Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT), bezprzewodowa transmisja danych z procesów przemysłowych do centralnych stacji monitorujących umożliwia zdalne monitorowanie systemów. Pomaga to w konserwacji predykcyjnej w branżach, w których sprzęt jest trudno dostępny, a stosowanie długich przewodów nie jest praktyczne. Oczekuje się, że rynek IIoT wzrośnie z 77,3 miliardów dolarów w 2020 r. do 110,6 miliardów dolarów w 2025 r.

    Energy Harvesting System (EHS) może pomóc firmom stworzyć system recyklingu ciepła, przekształcający je w energię elektryczną. Jest to samowystarczalny system służący do monitorowania zdalnych procesów przemysłowych, w którym ciepło jest odzyskiwane, a energia może być wykorzystane do zasilania układu monitorowania i przesyłania danych procesowych. Najlepszym przykładem zastosowania są rury przemysłowe przenoszące w nich gorące płyny lub gazy.

    System wykorzystuje generator termoelektryczny (TEG) w kontakcie z rurami przemysłowymi do konwersji rozproszonego ciepła na energię elektryczną do zasilania elektroniki w systemie. Obwód sterowania zbieraniem energii wykorzystuje mikrokontroler RE01-256KB o bardzo niskim zużyciu energii. Układ RE01-256KB to mikrokontroler oparty na taktowanym zegarem 64 MHz z rdzeniem ARM Cortex-M0, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań związanych z gromadzeniem energii, eliminując potrzebę wymiany baterii. Energia jest dostarczana przez baterię i superkondensator na okresy, w którym zbieranie energii jest niemożliwe.

    Dane dotyczące natężenia przepływu gazu lub cieczy można wykrywać za pomocą sensora FS1012, który jest modułem czujnika przepływu masowego MEMS mierzącym natężenie przepływu z wykorzystaniem termostosu, który zapewnia doskonały stosunek sygnału do szumu. Wilgotność względna i temperatura są mierzone za pomocą HS3001, który jest bardzo dokładnym, w pełni skalibrowanym czujnikiem opartym na układach MEMS. Posiada opatentowaną ochronę na poziomie czujnika, zapewniającą wysoką niezawodność i długoterminową stabilność. Oba mają krótki czas reakcji, aby poprawić dokładność i niezawodność, a także zużywają mało energii, aby poprawić wydajność energetyczną systemu.

    Jakość powietrza na zewnątrz i w pomieszczeniach można monitorować za pomocą modułów czujników gazu, ZMOD4410 i ZMOD4510. Dostarczone oprogramowanie umożliwia różne funkcje oparte na tradycyjnych algorytmach i algorytmach uczenia maszynowego z wbudowaną sztuczną inteligencją. Służy do określania stężenia całkowitych lotnych związków organicznych, wskaźnika jakości powietrza i szacowanego poziomu dwutlenku węgla.

    Dane z czujników mogą być przesyłane do odległych stacji monitorujących za pomocą modułu RYZ014A, który jest uniwersalnym modułem LTE M1. Moduł zawiera nie tylko system modemowy, ale stanowi kompletną platformę i zawiera transceiver, front-end RF i inne interfejsy z kompletnym stosem LTE działającym wewnątrz modułu RYZ014A. Alternatywnie transmisja danych może odbywać się również za pomocą wbudowanego nadajnika LoRa z siecią mesh, która zapewnia transmisję szerokopasmową przy bardzo niskim zużyciu energii. Architektura systemu jest zoptymalizowana pod kątem bilansowania mocy w systemie poprzez przeplataną pracę sieci zbierania i transmisji danych.

    Źródło: https://www.renesas.com/eu/en/blogs/recycle-and-redeploy-turn-your-dissipated-heat-electrical-energy-self-sustainable-remote-process

    Cool! Ranking DIY
    Czy Twoje urządzenia IoT są bezpieczne? [Webinar 22.06.2021, g.9.00]. Zarejestruj się za darmo
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10409 posts with rating 8703, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Farnell IoTFarnell IoT
  • #2
    Marek_Skalski
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Oceńcie sami.
    Źródło zasilania Matrix TEG. Maksymalna wydajność prądowa rzędu 600 uA przy różnicy temperatur 50*C.
    Przepływomierz: FS1012. Pobór prądu średnio 10 mA.
    Czujnik gazów: ZMOD4410. Pobór prądu średnio <1 uA, ale podczas pomiaru nawet 10 mA.
    Moduł LTE: RYZ014A. Średni pobór prądu nie podany. Podczas komunikacji moduł pobiera około 210-485 mA przy zasilaniu 4,2 V, czyli przynajmniej 270-615 mA przy zasilaniu 3,3 V.

    Podsumowanie:
    Pomiar przepływu kosztuje stale 10 mA x 3,3 V = 33 mW.
    Pomiar jakości powietrza kosztuje 23 mW (stale w trybie IAQ1), 1,5 mW (IAQ1 low power), 6 (IAQ2), 23 mW (IAQ4).
    Działanie LTE kosztuje minimum 890 mW, a może sięgać 2030 mW.
    Źródło może wygenerować około 0,6 mA x 3,3 V = 1,98 mW.
    Czyli podobno raz na 10 minut można wykonać pomiar i wysłać dane, jeżeli wszystko uda się zmieścić w 1 sekundzie, a wiemy że LTE potrzebuje trochę więcej czasu na zestawienie połączenia.
    Koszt takiej instalacji pomijam, ponieważ jest dość wysoki (rzędu $150-$200), a to mocno ogranicza zakres zastosowania tego systemu.