本帖最后由 飞英思特科技 于 2022-6-9 15:06 编辑
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在众多已知的可再生能源中，光能无疑是最为人熟知的能量之一。特别是随着“3060碳达峰、碳中和”政策的落地，利用太阳能发电的光伏产业更是一跃成为了资本市场和新闻媒体最为关注的焦点。
或许有人会好奇，发展几十年的光伏产业原本一直不温不火，为何今天会突然爆发，一举成为最耀眼的明星产业，这就不得不提到“双碳政策”，该政策定下了我国将在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的战略目标。碳达峰很好理解，即为二氧化碳的排放量在2030年达到一个历史最高值，达到峰值之后逐步降低。所谓碳中和，其核心主旨是通过各种手段抵消生产过程中排放的二氧化碳，最终实现二氧化碳的零排放。具体措施之一就是利用“清洁能源”来取代石油、煤炭等传统化石能源，达到从源头就开始减少碳排放的目的。
作为储备量最多的可再生能源，光能的来源和利用非常广泛，人们看到的由太阳、蜡烛、灯光等发光物体所释放出的能量形式都归于光能的范畴内。而应用方面，除了最典型的太阳能光伏发电，生活中常见的太阳能充电宝、太阳能路灯、太阳能电梯等都是围绕光能采集所打造的产品。但其实，除了常规的普通光能采集，光能还有另外一种利用方式，即微光能采集。
值得注意的是，不论是普通的光能采集还是微光能采集都是利用光能发电，遵循光生伏特效应这一基本原理，通过太阳能电池将光能转化为电能。当太阳光照在太阳能电池的P-N结上，半导体材料对光子本征吸收产生光生空穴电子对，并在内部电场作用下，P区与N区之间形成电势差。当在两侧接入一定的负载时，负载上就会产生电流，若光照产生的空穴电子对越多，电势差越大，电流的强度也会更高，这就是光能发电的全过程。
太阳能光伏发电原理
但同样是利用光能发电，普通的光能采集备受赞誉，而谈及微光能采集时，大家总会下意识地认为其和普通光能采集毫无区别，甚至还有人认为微光能采集就是“缩小版”的普通光能采集。造成这个现状的因素错综复杂，但从客观来看，这与普通光能采集和微光能采集各自的优劣势紧密相关。
光照度需求不同
从光照度需求方面来看，普通光能采集发电大多配置了在室外高光照度下表现更佳的单晶硅光伏板，但这要求有足够的直射光照以及光照时长，且发电量的多与少与光照强度有着直接关系，在晴天光照度强度高的条件下，发电量明显高于其他时段。此外，不同地区、不同季节对于普通光能采集发电的效率也有着直接影响。
而微光能采集则主要采用弱光型非晶硅光伏板，可在室内光及非太阳直射光的环境下实现更高效的光电转换，对光照度的需求远低于普通光能采集发电，哪怕是在室内50~100lux的低照度环境下，依旧可以实现稳定的能量采集，受光照强度影响较小。
应用场景不同
从应用场景来看，两种光能采集的方向也大不相同，普通光能采集由于对光照强度的要求更高，主要应用于大型并网电站、太阳能路灯、建筑一体化光伏玻璃幕墙等身处高光照度环境下的设备。而微光能采集由于对光照度的需求较低，室内室外的光照强度都足以满足能量收集，因此在应用方面更加广泛，适用于大部分处于可见光源环境下的物联网低功耗传感器，诸如烟雾传感器、摄像头、智能卡牌等设备，都可以利用微光能采集实现无源无线供电。
能量供应的稳定性不同
从能量供应方面来看，普通光能采集发电因受到季节变化、天气情况、昼夜交替及地区环境等外部因素影响，在光照强度弱的情况下不能发电或者发电量很小，会极大影响用电设备的正常使用。但对于微光能采集而言，这些因素所造成的干扰极其有限，主要是因其对光照度的需求更低，哪怕是在室内低至50lux光照度环境下都可实现稳定取能，保障后端设备的正常稳定运行。
不过想要实现这一点，就不得不提到微光能采集另一个巨大的优势，它直接解决了光伏面临的最大缺陷，即发电量不可调度的问题。由于普通光能采集发电是由光能直接转换为电能，其发电原理决定了设备无法按照后端用电需求对电能输出进行调峰，虽然有电力储能模块，但由于光照强度波动对发电量的影响，普通光能采集经常面临输出功率波动大的情况，严重影响设备正常使用。
与普通光能采集不同，微光能采集因其更低的光照度需求，在大部分情况下都能实现稳定的发电，受光照强度波动影响较为有限。此外，在环境光照度强，发电量高时，还可利用储能模块将多余的电能储备起来，以便在夜晚或者无光源时为后端设备供电，以此实现能量的有序管理和应用。凭借这一特性，微光能采集甚至能在条件满足的前提下实现设备的永久续航。
飞英思特微光能采集
讲到这里，或许有人会好奇，为何微光能采集优点众多，但人们却对其知之甚少，甚至还有微光能采集就是“缩小版”的普通光能采集这样的错误观点呢？这其中最重要的原因之一就是引起重视的时间晚。
自1954年贝尔实验室制成第一块太阳能电池开始，普通光能采集就逐步迈上了发展的快车道，而国内微光能采集真正意义上的爆红，还是在2021年的物联网大会上。业界一致认为，数字化时代背景下，这种无源无线的供电方案，切中了未来成百上千亿终端传感器的供电需求，大力发展无源技术，将是支撑物联网行业未来快速增长的关键基石。
飞英思特微光能管理模组
作为国内最早开始研究无源技术的公司，飞英思特已成功研发出包含微光能、温差能、射频能、振动能等清洁能源在内的多种能量采集技术，并推出了一系列用于低功耗物联网设备供电的微能量管理模组，在保证设备正常运行的前提下，大幅度延长了物联网设备的续航时长。
以光能为例，飞英思特推出的微光能管理模组REVOMINDS® FEH610可从灯光、太阳光等其他光源中采集能量，相较于普通的光能采集，经过技术改良的微光能管理模组可在光照度低至50lux的条件下收集能量，且管理效率高达98%。结合多种储能单元设计，哪怕是在夜间等无光源的环境下，微光能管理模组也能通过储备电量为设备供电，保障设备无间断的可靠运行。
由于没有了续航的限制，那些依赖物联网设备监测数据提高运营效率的企业将获得更大的受益。例如工业领域中的设备预测性维护，传统方式是采用电池为成千上万个传感器供电，并对电机、管道、固定资产等各类重要设备进行监测。但电池的续航是有限的，后期更换电池的成本必然不菲。其次，在数据传输的及时性方面，电池供电的传感器为了尽可能的延长续航时长，频次往往不高，随着时间的推移，这些滞后的数据极有可能给企业的生产运营带来巨大风险。
而利用飞英思特的无源无线供电方案，企业不仅可快速实现大规模的物联网系统部署，还可大大延长传感器的续航时长，进一步提高数据传输频次及精确度。在设备后期维护方面，企业也无需频繁更换电池，节约了大量运营成本。
此外，考虑到帮助OEM厂商更好的进行二次开发，飞英思特全系的微能管理模组都采取了高度集成化的设计，产品开发工程师只需将换能器（如光伏电池）插入能量收集模组，再将后端电路连接到输出即可完成无源无线产品的原型设计，整个过程中无需过多研发，大大降低了产品开发的人力物力成本。
在应用方面，由于解决了电池续航的限制，微能管理模组系列的应用空间是极其巨大的。如通过采集水流的动能，飞英思特无源无线供电解决方案可以使智能水表持续运行；利用室内或者室外的光能，可实现温湿度计、电子价签等小型设备的无源化运行；利用环境中的射频能，实现工厂区域内固定资产或者移动设备的定位追踪。当然，随着应用场景的进一步开拓，相信飞英思特这种无源无线的供电解决方案将越来越多的应用在各个领域。
工厂叉车等移动设备定位追踪
综上所述，普通光能采集和微光能采集虽都是利用光能发电，但各自的技术优势和应用场景却并不相同，普通光能采集发电对光照度需求较高，多用于功耗和体积较大的设备，但微光能采集对于光照度的需求更低，更符合低功耗物联网设备的供电需求，长期来看，这两者的发展方向属于互补的关系。
虽然微光能采集因为行业、政策等诸多原因发展缓慢，但如今已受到了各界的关注和认可，相信未来，这一项技术势必能推动物联网产业快速发展。而作为业界领先的无源科技企业，飞英思特也将依托自身在微光能采集和其他微能量采集方面的技术领先性，为推进双碳政策和可持续性的物联网生态创造巨大价值。
作者：飞英思特科技，更多内容关注微信公众号：飞英思特科技
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