Energiaharvestoinnin mahdollisuudet

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin OAMK:n Ubihome-projektiin. Työn toimeksiantajana toimi Juha Räty. Työssä selvitetään mitä energiaharvestointi on ja miten sitä voidaan tehdä. Työn taustana on suurentuva tarve energiaomavaraisille laitteille ja laitteiden pidemmälle käyttöiälle ilman jatkuvaa huoltoa. Tämän esityön tarkoituksena on antaa työkaluja tuleviin Ubihome-projekteihin, jotta olisi käytettävissä aineistoa, josta löytyisi helposti tarvittava tieto laitteen energiantuoton suunnitteluun.

Tässä työssä tutkitaan, mistä energiaa on mahdollista kerätä, miten sitä käytännössä voi kerätä ja miten tämän energian voi varastoida. Työstä käy ilmi, miten ympäristön energiaa on mahdollista kerätä, esimerkiksi auringon valosta, mekaanisesta liikkeestä, ympäristön lämmönvaihteluista, tuulesta tai ilmanpaineen vaihteluista eli esimerkiksi äänestä. Erittäin tärkeää on myös tietää, miten tämä energia varastoidaan, ja työssä käsitellään useita eri varastointi tekniikoita, esimerkiksi eri akkutekniikoita.

Aineistona on muun muassa käytetty eri energianharvestointilaitteiden valmistajien omaa aineistoa, tekniikanlehdistön artikkeleita ja eri opistojen julkaisuja. Työssä on tarkasteltu energian keruuta eri tekniikoilla, esimerkiksi miten kelojen ja magneettien avulla saadaan kerättyä äänen energiaa talteen. Työssä on pyritty myös tarkastelemaan eri energiaharvestointitekniikoiden hyviä ja huonoja puolia, ja tutkimaan miten pitkään energia säilyy, kun käytetään jotain energiavarastointimenetelmää. Näin pyritään välttämään turhat ongelmat tulevissa Ubihomeprojekteissa. Näitä projekteja voivat olla, esimerkiksi RFID-lähetin tai lämpösensori. Työn tuloksia voidaan hyödyntää tulevissa kehitysprojekteissa ja käyttää pohjatietona laajempaan laitteiston kehitykseen ja testaukseen.

This Bachelor’s thesis was done for OUAS's Ubihome project. The subject of the thesis was given by Juha Räty. This thesis investigates what is energy harvesting and how it can be done. There is a need for this thesis because there is an ever increasing need for energy self-sufficient units and lengthening an equipment lifetime without constant maintenance. The purpose of this preliminary work was to provide tools for the future Ubihome projects, in order to provide material where it is easy to find the information needed for planning the energy production for the future projects.

This paper examines how it is possible to collect energy, how to harvest it in practice, and how this energy can be stored for use. The thesis also shows how it is possible to collect energy from the environment, such as sunlight, mechanical energy, environment temperature variations, wind power and air pressure changes like sound. It is also essential to know how this energy will be stored and this paper also shows a number of different storage technologies, such as different battery technologies.

The sources that have been used are various equipment manufacturers and technology press articles and publications for various universities. In the thesis, there is also examined various energy collection of techniques, for example, how the coils and magnets are used to collect the sound energy. The thesis also explores pros and cons of different energy harvesting technologies and shows how long the energy is conserved when using one of the energy storage methods. This will help to avoid unnecessary problems in the future Ubihome projects. These future projects can be e.g. a RFID transceiver or a temperature sensor. The results of this thesis can be used in future development projects as basis for a basic knowledge and for the future system development and testing.