物聯網（IoT）正在迅速改變我們的生活和工作方式；數十億臺互聯設備實現了更智能的家居、自動化建筑以及更高工業效率。然而，隨著物聯網的普及，如何為這些設備提供可持續的電力供應也成為挑戰。根據IoT Analytics的數據，到2030年，物聯網設備的數量預計將達到400億臺，較現在增長140%。對無線且始終在線的連接需求不斷增長，意味著更多設備依賴電池——這導致需要頻繁更換電池、成本上升以及電子垃圾激增。歐洲委員會估計，每天將有7,800萬塊物聯網設備電池被丟棄，考慮到妥善處理電池的選擇十分有限，這無疑是一個令人震驚的環境問題。

為克服這些挑戰，行業正轉向能量收集技術——這是一種從環境中捕獲能量來為設備供電而無需電池的技術。為了展示智能家居設備如何在不需要更換電池的情況下可靠運行，比利時創新企業 e-peas 半導體公司正在開創新的能量收集解決方案。

向自供電物聯網的轉變

能量收集技術能夠捕獲環境中的能源，如環境光、熱或運動，并將其轉化為可用的電能（見表1）。采用能量收集技術的設備無需更換或丟棄電池，可在沒有人工干預的情況下運行數年，為智能家居、工業自動化等領域提供了變革性的替代方案。

得益于對低維護、環保物聯網解決方案的需求，能量收集市場正在崛起，預計到2030年將達到10億美元的規模。然而，實現能量收集不僅要有能量源，還需要智能電源管理來確保高效的能源捕獲與分配。

克服能量收集應用中的常見挑戰

盡管能量收集潛力巨大，但在物聯網設計中采用該技術仍面對一些技術層面的誤解，尤其是在儲能管理和系統可靠性方面。然而，這些擔憂往往源于過時的假設。每個能量收集系統的核心都包含三個基本要素：能量源、儲能元件以及應用本身。

人們通常對環境能量源的可靠性和集成儲能元件的復雜性存在疑慮。然而，當與現代電源管理集成電路（PMIC）及緊湊、可充電的儲能元件搭配使用時，能量收集不僅可行，而且效率極高，設置和集成的復雜性也顯著降低。與大型一次性電池不同，專為能量收集設計的儲能元件更小、更輕、壽命更長，在外形尺寸、碳足跡和總擁有成本方面具有明顯優勢。

另一個常見的誤解圍繞能量收集效率展開。當系統性能未達預期時，人們很容易將其歸咎于較低的能量轉換率。然而，系統能否成功，在很大程度上不僅取決于能量收集芯片本身，還取決于PMIC管理和調節功率流的能力——即優化能量的捕獲、存儲以及向應用的輸送方式。因此，選擇一款能與高性能連接片上系統（SoC）無縫集成的高質量PMIC至關重要。

e-peas與Qorvo在Matter協議照明開關上的合作便是一個極具說服力的例子。盡管光伏電池負責提供能量，但AEM13920 EH-PMIC確保了能量被高效采集并合理利用；它為儲能元件充電，防止其過充或深度放電，保障系統平穩運行。與此同時，Qorvo的QPG6200片上系統（SoC）負責通信與連接，使該照明開關能夠無縫融入現代智能家居生態系統。

簡而言之，要實現能量收集在實際應用中的可靠效果，并非在于突破環境能量源本身的極限，而是要從智能電源管理入手，做出明智的設計決策。

無電池創新方案推動智能家居發展

能量收集最具前景的應用領域之一便是智能家居自動化；在這一領域，減少對電池的依賴既能提升便利性，又增強了可持續性。為了消除電池浪費、簡化智能家居系統，e-peas與Qorvo共同研發了一款基于室內光能量收集、支持Matter協議的創新型照明開關。

這款無電池照明開關的核心部件是一個光伏（PV）電池，它能夠吸收環境光并將其轉化為電能。隨后， e-peas的能量收集PMIC對這部分能量進行捕獲和調節；這款PMIC在優化功率傳輸、提供穩定電壓以及防止儲能元件過充或深度放電方面發揮著關鍵作用。該PMIC配備了I2C總線接口，可與系統的SoC通信，從而實現對儲能元件電壓的實時監測以及額外的系統診斷。這一級別的可視化不僅提高了系統的可靠性，還支持諸如自適應電源管理和根據可用能量進行性能調優等高階功能。

能量存儲后，將為Qorvo的Matter SoC供電；其中，這一SoC負責管理照明開關在智能家居生態系統中的連接與通信。作為一款多標準連接解決方案，e-peas選擇采用QPG6200是因為其獨特的ConcurrentConnect技術。該技術能夠實現與Matter、Zigbee、低功耗藍牙和Thread順暢、可靠的集成，確保同多種設備的廣泛兼容性。當按下開關時，它會向連接的照明網絡發送信號，無需有線電源或電池即可點亮燈光。

通過利用環境能量，e-peas智能照明開關的設計使其能夠運行超過十年而無需任何維護。其無電池設計不僅省去了電池更換成本，還帶來更大的安裝靈活性——業主和企業可以將開關安裝在任何位置，無需擔心布線限制。

超越智能家居：無電池物聯網的未來

能量收集技術與智能家居設備有著天然的契合點；當然，這一技術的應用潛力更遠不止于照明控制。在未來幾年，自供電物聯網設備有望消除偏遠或難以到達地區的電池維護需求，從而推動各行業實現變革。

能量收集的未來應用領域包括：

可穿戴健康設備– 實現持續監測，無需充電或更換電池。

智能基礎設施傳感器– 為橋梁、道路和鐵路配備自供電傳感器，確保對建筑結構進行長期健康監測。

公共交通與運輸– 利用動能收集技術為車輛追蹤和運行傳感器供電。

災害應急系統– 在電力供應受限的應急區域，使用自主、自維持的設備。

這些領域越來越多地采用能量收集解決方案，反映了一個更大的行業趨勢：向真正自主的物聯網發展，實現高效、可持續運行，且無需維護。

引領可持續物聯網的潮流

基于能量收集技術的Matter照明開關，便是該技術從概念走向現實的典范。通過利用環境能源，無電池智能家居解決方案正逐漸變得切實可行，這不僅降低了對環境的影響，還使物聯網設備的管理更加便捷。隨著能量收集技術的不斷演進，其重新定義設備供電方式的潛力正逐步顯現。無論是在智能家居、工業環境還是公共基礎設施領域，物聯網的未來正朝著更智能、更高效且真正自維持的解決方案邁進。

作為連接領域的領軍企業，Qorvo擁有由前沿創新產業合作伙伴構建的廣泛生態系統。其與e-peas在Matter照明開關項目上的合作，標志著Matter協議在物聯網應用推廣方面又邁出了關鍵一步。