根據IoT Analytics的報告數據，預估到 2030 年，全球互聯設備的數量預計將超過400 億臺。從健康可穿戴設備、智能恒溫器到工業、農業和智慧城市傳感器，這些連接設備不斷通信并生成大量數據。這將需要消耗大量能源，而全球能源消耗的壓力現已十分嚴峻。因此，SiliconLabs（芯科科技）工業物聯網產品營銷經理Tristan Cool先生通過本篇應用文章來探討如何可持續地為400億臺物聯網設備供電，并介紹芯科科技領先支持能量采集（EnergyHarvesting）技術的xG22E系列SoC，幫助開發人員迎合物聯網設計新趨勢。

需求驅動替代能源解決方案

持續的連接需求疊加全球能源使用的增長，迫切需要向可持續能源轉型。傳統供電方式，如電網供電和電池，存在固有的可擴展性和維護問題。無論哪種類型的電池，其使用壽命都有限，產生廢棄物的同時也帶來了后勤維護挑戰。例如，如果需要更換的電池位于橋梁、風力渦輪機或工業廠房等難以到達的區域，則維護難度會大幅增加。

為了解決這些問題，創新能源解決方案正在不斷涌現。例如，超級電容器（supercapacitors）是一種高容量的能量存儲設備，介于傳統電容器和可充電電池之間，其能量存儲容量遠高于傳統電容器。此外，薄膜電池（thin-filmbatteries）是一種由薄層材料構成的可充電電池，因其緊湊的外形和極低的漏電流而提高了效率并延長了設備壽命。

通過能量采集利用環境能源

能量采集系統利用超級電容器和薄膜電池等組件，將環境能量（如太陽能、振動、動能甚至無線電波）轉化為可用電能，并儲存以備后用。這種技術能夠推動更小、更具成本效益且幾乎免維護的設備發展。能量采集正在成為連接未來的關鍵支柱之一，為自供電設備提供可行方案，并減少對傳統能源的依賴。

過去，能量采集技術僅限于為小型傳感器供電，如今，它已擴展到更復雜的應用，如智能建筑自動化、安全系統、農業、基礎設施和醫療設備等支持藍牙通信的設備。

隨著系統級芯片（SoC）技術的發展，能量采集系統的擴展性也得到了進一步提升。SoC 是物聯網設備的“智能核心”，像 Silicon Labs 這樣的解決方案提供商正在設計超低功耗SoC，以優化硬件和軟件，從而提升能效并延長設備壽命。例如，芯科科技的BG22E SoC使物聯網設備制造商能夠構建節能型、高性能且安全的藍牙低功耗（BluetoothLE）和 15.4 無線連接解決方案，支持從簡單的遙控器和智能門鎖到復雜的資產追蹤系統等各種應用。

行業間的合作也在推動能量采集技術的發展。例如，SiliconLabs 與e-peas（一家專注于能量采集電源管理集成電路（PMIC）的公司）合作，共同開發xG22EExplorer Kit能量采集擴展板。這些擴展板幫助開發者更準確地測量和優化能量采集應用，使其適用于各種環境能量來源和存儲技術，包括同時收集光能、熱梯度能量和無線電波能量。

這些重大技術突破使得物聯網設備可以依靠紐扣電池或收集的環境能量運行數年之久，從而大幅減少更換電池的需求。

全系統能源效率優化策略

要實現可持續的物聯網部署，還需從系統層面進行優化，例如數據壓縮與優化、邊緣計算等方法，以減少數據傳輸量、帶寬需求和數據中心的能源消耗。

例如，在智能農業應用中，如果在設備端對土壤濕度數據進行壓縮處理，再傳輸至云端，則可顯著降低網絡中的能源消耗。此外，使用可再生能源供電的云平臺和數據中心，也能確保物聯網基礎設施的環保性。目前，許多主要的云計算服務商已承諾實現100% 可再生能源供電，從而直接減少物聯網應用的碳足跡。

另外，利用實時設備監測進行預測性維護（PredictiveMaintenance），可以減少設備停機時間，并防止不必要的資源浪費。傳感器數據的分析能夠提前預測和預防潛在的設備故障，從而避免緊急維修帶來的高昂成本和資源浪費。

邁向更可持續的互聯未來

隨著 2030 年 400 億臺互聯設備目標的臨近，能源效率和可持續性正成為物聯網發展的核心關注點。通過采用能量采集技術、超低功耗SoC、智能電源管理解決方案以及系統級優化策略，整個行業正致力于打造更環保、更高效的物聯網生態系統。

芯科科技等技術創新者正在推動物聯網行業向更加可持續的未來邁進，使全球互聯設備在降低能源消耗的同時，依然能提供穩定的性能和強大的功能。

本文轉載自IoT insider網站