在眾多已知的可再生能源中，光能無疑是最為人熟知的能量之一。特別是隨著“3060碳達(dá)峰、碳中和”政策的落地，利用太陽能發(fā)電的光伏產(chǎn)業(yè)更是一躍成為了資本市場(chǎng)和新聞媒體最為關(guān)注的焦點(diǎn)。

或許有人會(huì)好奇，發(fā)展幾十年的光伏產(chǎn)業(yè)原本一直不溫不火，為何今天會(huì)突然爆發(fā)，一舉成為最耀眼的明星產(chǎn)業(yè)，這就不得不提到“雙碳政策”，該政策定下了我國(guó)將在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。碳達(dá)峰很好理解，即為二氧化碳的排放量在2030年達(dá)到一個(gè)歷史最高值，達(dá)到峰值之后逐步降低。所謂碳中和，其核心主旨是通過各種手段抵消生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳，最終實(shí)現(xiàn)二氧化碳的零排放。具體措施之一就是利用“清潔能源”來取代石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源，達(dá)到從源頭就開始減少碳排放的目的。

作為儲(chǔ)備量最多的可再生能源，光能的來源和利用非常廣泛，人們看到的由太陽、蠟燭、燈光等發(fā)光物體所釋放出的能量形式都?xì)w于光能的范疇內(nèi)。而應(yīng)用方面，除了最典型的太陽能光伏發(fā)電，生活中常見的太陽能充電寶、太陽能路燈、太陽能電梯等都是圍繞光能采集所打造的產(chǎn)品。但其實(shí)，除了常規(guī)的普通光能采集，光能還有另外一種利用方式，即微光能采集。

值得注意的是，不論是普通的光能采集還是微光能采集都是利用光能發(fā)電，遵循光生伏特效應(yīng)這一基本原理，通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)太陽光照在太陽能電池的P-N結(jié)上，半導(dǎo)體材料對(duì)光子本征吸收產(chǎn)生光生空穴電子對(duì)，并在內(nèi)部電場(chǎng)作用下，P區(qū)與N區(qū)之間形成電勢(shì)差。當(dāng)在兩側(cè)接入一定的負(fù)載時(shí)，負(fù)載上就會(huì)產(chǎn)生電流，若光照產(chǎn)生的空穴電子對(duì)越多，電勢(shì)差越大，電流的強(qiáng)度也會(huì)更高，這就是光能發(fā)電的全過程。

但同樣是利用光能發(fā)電，普通的光能采集備受贊譽(yù)，而談及微光能采集時(shí)，大家總會(huì)下意識(shí)地認(rèn)為其和普通光能采集毫無區(qū)別，甚至還有人認(rèn)為微光能采集就是“縮小版”的普通光能采集。造成這個(gè)現(xiàn)狀的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，但從客觀來看，這與普通光能采集和微光能采集各自的優(yōu)劣勢(shì)緊密相關(guān)。

光照度需求不同

從光照度需求方面來看，普通光能采集發(fā)電大多配置了在室外高光照度下表現(xiàn)更佳的單晶硅光伏板，但這要求有足夠的直射光照以及光照時(shí)長(zhǎng)，且發(fā)電量的多與少與光照強(qiáng)度有著直接關(guān)系，在晴天光照度強(qiáng)度高的條件下，發(fā)電量明顯高于其他時(shí)段。此外，不同地區(qū)、不同季節(jié)對(duì)于普通光能采集發(fā)電的效率也有著直接影響。

而微光能采集則主要采用弱光型非晶硅光伏板，可在室內(nèi)光及非太陽直射光的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)更高效的光電轉(zhuǎn)換，對(duì)光照度的需求遠(yuǎn)低于普通光能采集發(fā)電，哪怕是在室內(nèi)50~100lux的低照度環(huán)境下，依舊可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的能量采集，受光照強(qiáng)度影響較小。

應(yīng)用場(chǎng)景不同

從應(yīng)用場(chǎng)景來看，兩種光能采集的方向也大不相同，普通光能采集由于對(duì)光照強(qiáng)度的要求更高，主要應(yīng)用于大型并網(wǎng)電站、太陽能路燈、建筑一體化光伏玻璃幕墻等身處高光照度環(huán)境下的設(shè)備。而微光能采集由于對(duì)光照度的需求較低，室內(nèi)室外的光照強(qiáng)度都足以滿足能量收集，因此在應(yīng)用方面更加廣泛，適用于大部分處于可見光源環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)低功耗傳感器，諸如煙霧傳感器、攝像頭、智能卡牌等設(shè)備，都可以利用微光能采集實(shí)現(xiàn)無源無線供電。

能量供應(yīng)的穩(wěn)定性不同

從能量供應(yīng)方面來看，普通光能采集發(fā)電因受到季節(jié)變化、天氣情況、晝夜交替及地區(qū)環(huán)境等外部因素影響，在光照強(qiáng)度弱的情況下不能發(fā)電或者發(fā)電量很小，會(huì)極大影響用電設(shè)備的正常使用。但對(duì)于微光能采集而言，這些因素所造成的干擾極其有限，主要是因其對(duì)光照度的需求更低，哪怕是在室內(nèi)低至50lux光照度環(huán)境下都可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定取能，保障后端設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

不過想要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就不得不提到微光能采集另一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，它直接解決了光伏面臨的最大缺陷，即發(fā)電量不可調(diào)度的問題。由于普通光能采集發(fā)電是由光能直接轉(zhuǎn)換為電能，其發(fā)電原理決定了設(shè)備無法按照后端用電需求對(duì)電能輸出進(jìn)行調(diào)峰，雖然有電力儲(chǔ)能模塊，但由于光照強(qiáng)度波動(dòng)對(duì)發(fā)電量的影響，普通光能采集經(jīng)常面臨輸出功率波動(dòng)大的情況，嚴(yán)重影響設(shè)備正常使用。

與普通光能采集不同，微光能采集因其更低的光照度需求，在大部分情況下都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電，受光照強(qiáng)度波動(dòng)影響較為有限。此外，在環(huán)境光照度強(qiáng)，發(fā)電量高時(shí)，還可利用儲(chǔ)能模塊將多余的電能儲(chǔ)備起來，以便在夜晚或者無光源時(shí)為后端設(shè)備供電，以此實(shí)現(xiàn)能量的有序管理和應(yīng)用。憑借這一特性，微光能采集甚至能在條件滿足的前提下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的永久續(xù)航。

講到這里，或許有人會(huì)好奇，為何微光能采集優(yōu)點(diǎn)眾多，但人們卻對(duì)其知之甚少，甚至還有微光能采集就是“縮小版”的普通光能采集這樣的錯(cuò)誤觀點(diǎn)呢？這其中最重要的原因之一就是引起重視的時(shí)間晚。

自1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一塊太陽能電池開始，普通光能采集就逐步邁上了發(fā)展的快車道，而國(guó)內(nèi)微光能采集真正意義上的爆紅，還是在2021年的物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上。業(yè)界一致認(rèn)為，數(shù)字化時(shí)代背景下，這種無源無線的供電方案，切中了未來成百上千億終端傳感器的供電需求，大力發(fā)展無源技術(shù)，將是支撐物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)未來快速增長(zhǎng)的關(guān)鍵基石。

飛英思特微光能管理模組

作為國(guó)內(nèi)最早開始研究無源技術(shù)的公司，飛英思特已成功研發(fā)出包含微光能、溫差能、射頻能、振動(dòng)能等清潔能源在內(nèi)的多種能量采集技術(shù)，并推出了一系列用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的微能量管理模組，在保證設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，大幅度延長(zhǎng)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)長(zhǎng)。

以光能為例，飛英思特推出的微光能管理模組REVOMINDS? FEH610可從燈光、太陽光等其他光源中采集能量，相較于普通的光能采集，經(jīng)過技術(shù)改良的微光能管理模組可在光照度低至50lux的條件下收集能量，且管理效率高達(dá)98%。結(jié)合多種儲(chǔ)能單元設(shè)計(jì)，哪怕是在夜間等無光源的環(huán)境下，微光能管理模組也能通過儲(chǔ)備電量為設(shè)備供電，保障設(shè)備無間斷的可靠運(yùn)行。

由于沒有了續(xù)航的限制，那些依賴物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提高運(yùn)營(yíng)效率的企業(yè)將獲得更大的受益。例如工業(yè)領(lǐng)域中的設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)，傳統(tǒng)方式是采用電池為成千上萬個(gè)傳感器供電，并對(duì)電機(jī)、管道、固定資產(chǎn)等各類重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但電池的續(xù)航是有限的，后期更換電池的成本必然不菲。其次，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性方面，電池供電的傳感器為了盡可能的延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)長(zhǎng)，頻次往往不高，隨著時(shí)間的推移，這些滯后的數(shù)據(jù)極有可能給企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。

而利用飛英思特的無源無線供電方案，企業(yè)不僅可快速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)部署，還可大大延長(zhǎng)傳感器的續(xù)航時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸頻次及精確度。在設(shè)備后期維護(hù)方面，企業(yè)也無需頻繁更換電池，節(jié)約了大量運(yùn)營(yíng)成本。

此外，考慮到幫助OEM廠商更好的進(jìn)行二次開發(fā)，飛英思特全系的微能管理模組都采取了高度集成化的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品開發(fā)工程師只需將換能器（如光伏電池）插入能量收集模組，再將后端電路連接到輸出即可完成無源無線產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)，整個(gè)過程中無需過多研發(fā)，大大降低了產(chǎn)品開發(fā)的人力物力成本。

在應(yīng)用方面，由于解決了電池續(xù)航的限制，微能管理模組系列的應(yīng)用空間是極其巨大的。如通過采集水流的動(dòng)能，飛英思特?zé)o源無線供電解決方案可以使智能水表持續(xù)運(yùn)行；利用室內(nèi)或者室外的光能，可實(shí)現(xiàn)溫濕度計(jì)、電子價(jià)簽等小型設(shè)備的無源化運(yùn)行；利用環(huán)境中的射頻能，實(shí)現(xiàn)工廠區(qū)域內(nèi)固定資產(chǎn)或者移動(dòng)設(shè)備的定位追蹤。當(dāng)然，隨著應(yīng)用場(chǎng)景的進(jìn)一步開拓，相信飛英思特這種無源無線的供電解決方案將越來越多的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

綜上所述，普通光能采集和微光能采集雖都是利用光能發(fā)電，但各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景卻并不相同，普通光能采集發(fā)電對(duì)光照度需求較高，多用于功耗和體積較大的設(shè)備，但微光能采集對(duì)于光照度的需求更低，更符合低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的供電需求，長(zhǎng)期來看，這兩者的發(fā)展方向?qū)儆诨パa(bǔ)的關(guān)系。

雖然微光能采集因?yàn)樾袠I(yè)、政策等諸多原因發(fā)展緩慢，但如今已受到了各界的關(guān)注和認(rèn)可，相信未來，這一項(xiàng)技術(shù)勢(shì)必能推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。而作為業(yè)界領(lǐng)先的無源科技企業(yè)，飛英思特也將依托自身在微光能采集和其他微能量采集方面的技術(shù)領(lǐng)先性，為推進(jìn)雙碳政策和可持續(xù)性的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)創(chuàng)造巨大價(jià)值。

審核編輯：湯梓紅