根据IoT Analytics的报告数据，预估到 2030 年，全球互联设备的数量预计将超过400 亿台。从健康可穿戴设备、智能恒温器到工业、农业和智慧城市传感器，这些连接设备不断通信并生成大量数据。这将需要消耗大量能源，而全球能源消耗的压力现已十分严峻。因此，Silicon Labs（芯科科技）工业物联网产品营销经理Tristan Cool先生通过本篇应用文章来探讨如何可持续地为400亿台物联网设备供电，并介绍芯科科技领先支持能量采集（Energy Harvesting）技术的xG22E系列SoC，帮助开发人员迎合物联网设计新趋势。
需求驱动替代能源解决方案
持续的连接需求叠加全球能源使用的增长，迫切需要向可持续能源转型。传统供电方式，如电网供电和电池，存在固有的可扩展性和维护问题。无论哪种类型的电池，其使用寿命都有限，产生废弃物的同时也带来了后勤维护挑战。例如，如果需要更换的电池位于桥梁、风力涡轮机或工业厂房等难以到达的区域，则维护难度会大幅增加。
为了解决这些问题，创新能源解决方案正在不断涌现。例如，超级电容器（supercapacitors）是一种高容量的能量存储设备，介于传统电容器和可充电电池之间，其能量存储容量远高于传统电容器。此外，薄膜电池（thin-film batteries）是一种由薄层材料构成的可充电电池，因其紧凑的外形和极低的漏电流而提高了效率并延长了设备寿命。
通过能量采集利用环境能源
能量采集系统利用超级电容器和薄膜电池等组件，将环境能量（如太阳能、振动、动能甚至无线电波）转化为可用电能，并储存以备后用。这种技术能够推动更小、更具成本效益且几乎免维护的设备发展。能量采集正在成为连接未来的关键支柱之一，为自供电设备提供可行方案，并减少对传统能源的依赖。
过去，能量采集技术仅限于为小型传感器供电，如今，它已扩展到更复杂的应用，如智能建筑自动化、安全系统、农业、基础设施和医疗设备等支持蓝牙通信的设备。
随着系统级芯片（SoC）技术的发展，能量采集系统的扩展性也得到了进一步提升。SoC 是物联网设备的“智能核心”，像 Silicon Labs 这样的解决方案提供商正在设计超低功耗SoC，以优化硬件和软件，从而提升能效并延长设备寿命。例如，芯科科技的 BG22E SoC 使物联网设备制造商能够构建节能型、高性能且安全的蓝牙低功耗（Bluetooth LE）和 15.4 无线连接解决方案，支持从简单的遥控器和智能门锁到复杂的资产追踪系统等各种应用。
探索芯科科技的xG22E系列SoC和能量采集解决方案相关产品信息和技术文档：https://cn.silabs.com/wireless/energy-harvesting
行业间的合作也在推动能量采集技术的发展。例如，Silicon Labs 与 e-peas（一家专注于能量采集电源管理集成电路（PMIC）的公司）合作，共同开发 xG22E Explorer Kit 能量采集扩展板。这些扩展板帮助开发者更准确地测量和优化能量采集应用，使其适用于各种环境能量来源和存储技术，包括同时收集光能、热梯度能量和无线电波能量。
这些重大技术突破使得物联网设备可以依靠纽扣电池或收集的环境能量运行数年之久，从而大幅减少更换电池的需求。
全系统能源效率优化策略
要实现可持续的物联网部署，还需从系统层面进行优化，例如数据压缩与优化、边缘计算等方法，以减少数据传输量、带宽需求和数据中心的能源消耗。
例如，在智能农业应用中，如果在设备端对土壤湿度数据进行压缩处理，再传输至云端，则可显著降低网络中的能源消耗。此外，使用可再生能源供电的云平台和数据中心，也能确保物联网基础设施的环保性。目前，许多主要的云计算服务商已承诺实现100% 可再生能源供电，从而直接减少物联网应用的碳足迹。
另外，利用实时设备监测进行预测性维护（Predictive Maintenance），可以减少设备停机时间，并防止不必要的资源浪费。传感器数据的分析能够提前预测和预防潜在的设备故障，从而避免紧急维修带来的高昂成本和资源浪费。
迈向更可持续的互联未来
随着 2030 年 400 亿台互联设备目标的临近，能源效率和可持续性正成为物联网发展的核心关注点。通过采用能量采集技术、超低功耗SoC、智能电源管理解决方案以及系统级优化策略，整个行业正致力于打造更环保、更高效的物联网生态系统。
芯科科技等技术创新者正在推动物联网行业向更加可持续的未来迈进，使全球互联设备在降低能源消耗的同时，依然能提供稳定的性能和强大的功能。
本文转载自IoT insider网站，原文链接：https://www.iotinsider.com/iot-insights/industry-insights/how-do-we-power-40-billion-devices-sustainably/
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