根據(jù)IoT Analytics的報(bào)告數(shù)據(jù)，預(yù)估到 2030 年，全球互聯(lián)設(shè)備的數(shù)量預(yù)計(jì)將超過(guò)400 億臺(tái)。從健康可穿戴設(shè)備、智能恒溫器到工業(yè)、農(nóng)業(yè)和智慧城市傳感器，這些連接設(shè)備不斷通信并生成大量數(shù)據(jù)。這將需要消耗大量能源，而全球能源消耗的壓力現(xiàn)已十分嚴(yán)峻。因此，SiliconLabs（芯科科技）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Tristan Cool先生通過(guò)本篇應(yīng)用文章來(lái)探討如何可持續(xù)地為400億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電，并介紹芯科科技領(lǐng)先支持能量采集（EnergyHarvesting）技術(shù)的xG22E系列SoC，幫助開(kāi)發(fā)人員迎合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)新趨勢(shì)。

需求驅(qū)動(dòng)替代能源解決方案

持續(xù)的連接需求疊加全球能源使用的增長(zhǎng)，迫切需要向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)供電方式，如電網(wǎng)供電和電池，存在固有的可擴(kuò)展性和維護(hù)問(wèn)題。無(wú)論哪種類(lèi)型的電池，其使用壽命都有限，產(chǎn)生廢棄物的同時(shí)也帶來(lái)了后勤維護(hù)挑戰(zhàn)。例如，如果需要更換的電池位于橋梁、風(fēng)力渦輪機(jī)或工業(yè)廠(chǎng)房等難以到達(dá)的區(qū)域，則維護(hù)難度會(huì)大幅增加。

為了解決這些問(wèn)題，創(chuàng)新能源解決方案正在不斷涌現(xiàn)。例如，超級(jí)電容器（supercapacitors）是一種高容量的能量存儲(chǔ)設(shè)備，介于傳統(tǒng)電容器和可充電電池之間，其能量存儲(chǔ)容量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電容器。此外，薄膜電池（thin-filmbatteries）是一種由薄層材料構(gòu)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(zhǎng)了設(shè)備壽命。

通過(guò)能量采集利用環(huán)境能源

能量采集系統(tǒng)利用超級(jí)電容器和薄膜電池等組件，將環(huán)境能量（如太陽(yáng)能、振動(dòng)、動(dòng)能甚至無(wú)線(xiàn)電波）轉(zhuǎn)化為可用電能，并儲(chǔ)存以備后用。這種技術(shù)能夠推動(dòng)更小、更具成本效益且?guī)缀趺饩S護(hù)的設(shè)備發(fā)展。能量采集正在成為連接未來(lái)的關(guān)鍵支柱之一，為自供電設(shè)備提供可行方案，并減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)。

過(guò)去，能量采集技術(shù)僅限于為小型傳感器供電，如今，它已擴(kuò)展到更復(fù)雜的應(yīng)用，如智能建筑自動(dòng)化、安全系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和醫(yī)療設(shè)備等支持藍(lán)牙通信的設(shè)備。

隨著系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）技術(shù)的發(fā)展，能量采集系統(tǒng)的擴(kuò)展性也得到了進(jìn)一步提升。SoC 是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的“智能核心”，像 Silicon Labs 這樣的解決方案提供商正在設(shè)計(jì)超低功耗SoC，以?xún)?yōu)化硬件和軟件，從而提升能效并延長(zhǎng)設(shè)備壽命。例如，芯科科技的BG22E SoC使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商能夠構(gòu)建節(jié)能型、高性能且安全的藍(lán)牙低功耗（BluetoothLE）和 15.4 無(wú)線(xiàn)連接解決方案，支持從簡(jiǎn)單的遙控器和智能門(mén)鎖到復(fù)雜的資產(chǎn)追蹤系統(tǒng)等各種應(yīng)用。

行業(yè)間的合作也在推動(dòng)能量采集技術(shù)的發(fā)展。例如，SiliconLabs 與e-peas（一家專(zhuān)注于能量采集電源管理集成電路（PMIC）的公司）合作，共同開(kāi)發(fā)xG22EExplorer Kit能量采集擴(kuò)展板。這些擴(kuò)展板幫助開(kāi)發(fā)者更準(zhǔn)確地測(cè)量和優(yōu)化能量采集應(yīng)用，使其適用于各種環(huán)境能量來(lái)源和存儲(chǔ)技術(shù)，包括同時(shí)收集光能、熱梯度能量和無(wú)線(xiàn)電波能量。

這些重大技術(shù)突破使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以依靠紐扣電池或收集的環(huán)境能量運(yùn)行數(shù)年之久，從而大幅減少更換電池的需求。

全系統(tǒng)能源效率優(yōu)化策略

要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的物聯(lián)網(wǎng)部署，還需從系統(tǒng)層面進(jìn)行優(yōu)化，例如數(shù)據(jù)壓縮與優(yōu)化、邊緣計(jì)算等方法，以減少數(shù)據(jù)傳輸量、帶寬需求和數(shù)據(jù)中心的能源消耗。

例如，在智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，如果在設(shè)備端對(duì)土壤濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，再傳輸至云端，則可顯著降低網(wǎng)絡(luò)中的能源消耗。此外，使用可再生能源供電的云平臺(tái)和數(shù)據(jù)中心，也能確保物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)保性。目前，許多主要的云計(jì)算服務(wù)商已承諾實(shí)現(xiàn)100% 可再生能源供電，從而直接減少物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的碳足跡。

另外，利用實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)測(cè)進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)（PredictiveMaintenance），可以減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，并防止不必要的資源浪費(fèi)。傳感器數(shù)據(jù)的分析能夠提前預(yù)測(cè)和預(yù)防潛在的設(shè)備故障，從而避免緊急維修帶來(lái)的高昂成本和資源浪費(fèi)。

邁向更可持續(xù)的互聯(lián)未來(lái)

隨著 2030 年 400 億臺(tái)互聯(lián)設(shè)備目標(biāo)的臨近，能源效率和可持續(xù)性正成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心關(guān)注點(diǎn)。通過(guò)采用能量采集技術(shù)、超低功耗SoC、智能電源管理解決方案以及系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化策略，整個(gè)行業(yè)正致力于打造更環(huán)保、更高效的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

芯科科技等技術(shù)創(chuàng)新者正在推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向更加可持續(xù)的未來(lái)邁進(jìn)，使全球互聯(lián)設(shè)備在降低能源消耗的同時(shí)，依然能提供穩(wěn)定的性能和強(qiáng)大的功能。

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