綠色議題抬頭 能量採集IC前景看好

短評:
這篇短文的附屬簡評中,有人看衰這門技術:針對其熱電或壓電能量採集太過微量而不具可行性.
基本上這門技術的可行性關鍵不在那微小的元件到底能轉換出多少可用的能量,而是在此轉換能量的材料其最佳效率為何.再者就是要如何對此種材料加工
無論是熱電材料還是壓電材料,其基本研究都始於百多年前科學家對物理現象的觀察.其原理主要在環境的"熱"造成材料晶格的振動使電子能掙脫核力的束縛,因而產生電能.這種能量自然不夠多.轉換效率自然也低.
何謂聚沙成塔?何謂積少成多? 一小粒元件只能發40mw--如果是10粒,如果是100粒呢?所以要多點能量,就該讓這種轉換單元聚集得更有規模些.
要知道,能量每經過一個傳遞介面就會有耗損,即使在單一材料內傳遞,能量的損耗也相當可觀;所以當一系統內所有的單元都需要人為地輸入能量驅動,所有的能量損耗加總起來就相當大;如果內中許多的小單元並不需要"大"能量,只要微量地40mw的電能就能驅動,則吾人大可讓這樣的小單元搭配一粒所謂的能量採集單元,讓中央處理器或是壓降電晶體產生的高熱成為驅動的能量源;我們只需對CPU等需大能量的單元輸入驅動能就可以了.如此每一組系統能節省下的能量即使不夠高,全球上億台系統所能節省的能量依定非常可觀.
節能不只要從大處著眼,從小地方也能發揮到環保節能的精神.

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by Christoph Hammerschmidt

隨著能源議題的發燒，業者開始構想開發能夠從環境中採集能量的自我供電系統，因此催生了一場開發能量採集技術和標準的競賽。在很多應用中，環境自身可以透過溫度差異、振盪或光線來能夠提供所需的能量。
由於能量採集器一般需要很長時間才能夠採集到很少的能量，而這些能量隨後又會被感測器上的資料傳輸系統損耗，因此在很多情況下採集器都帶有一個電容器來作為能量存儲子系統。在飛機製造、個人健康監控系統或防盜竊檢測系統等各種應用中，能量採集－或者說能量聚集，將形成一個規模可能達到數十億美元的市場。
柏林研究諮詢公司VDI/VDE Innovation + Technik GmbH“獨立微系統”研究專案負責人Marco Voigt表示，由於能量採集的重要性，已經被德國聯邦政府納入其總值約6.85億美元的研究支援專案中。
有關能量採集的研究已經展開了。例如，Fraunhofer積體電路研究院就展出了一個基於半導體的熱力發電機(TEG)，可以將溫差轉換成電能。這一設備佩帶在人身上，利用人體熱量作為能量來源。
另外，IMEC荷蘭分部最近也在利用壓電效應來開發一個能源採集設備。該設備將機械振盪轉換成大約40mw的電能。
IMEC研究人員Bert Gyselinckx表示，如今的壓電元件所用的材料都是鋯鈦酸鉛(PZT)。但是，這一材料在大規模生產時是很難處理的。他希望這一問題能在未來五年內解決，而壓電能量採集器也能實現工業化生產。
還有一些公司則已經取得了更大的進展。比如，Perpetuum公司的能量採集器就已經進入了商業化生產階段。該公司的CEO Roy Freeland表示：“我們主要是透過一個磁圈系統來將振盪轉換成電能。”
Freeland將振盪能和動能區分開來。他說：“按照我們的定義，動能的頻率只有大約1Hz，是非常低的，和心跳頻率差不多。”Perpetuum公司目前在開展的一個動能研究專案－用於病人監測系統的能量採集器，就是利用了這一點。目前Perpetuum公司的能量採集系統產量不高，而另一家公司則已經進入了大規模生產。
EnOcean公司已經在供應電力動態能量轉換器，這種轉換器與開關無線連接，因此開關可以放置於室內的任何地方，不需要電池。按動按鍵所需的能量被轉換成無線發射器的電能，該發射器可以觸發電路來開關室內的燈光。EnOcean公司行銷經理Zeljko Angelovski表示，雖然這種產品可能會被看作是種擺設，但該公司已經賣出了數萬台。
但是，能量採集器的突破並沒有到來。Wicht公司的分析人士Bouchaud表示，從數量上來看，這一技術的最大市場應該是胎壓監控系統(TPMS)，預計應用於MEMS技術的TPMS系統將在2012年左右開始快速發展。傳統的TPMS是採用昂貴且笨重的電池來供電的，這也是TPMS中成本最大的元件。而新型TPMS則採用了振盪能量採集器，可以從輪緣上移動到輪胎內部，以獲得除壓力之外的更多資訊，使得智慧化輪胎能採集並發送輪胎氣壓、牽引力、磨損、溫度等更多資料。