Alimentazione dei dispositivi IoT: il presente e il futuro

La tecnologia Internet of Things è uno dei cardini dell’industria 4.0 e il numero dei dispositivi IoT è in continua crescita. Secondo alcune stime, si prevede che entro il 2030 saranno addirittura 29 miliardi le unità connesse in rete. Una cifra vertiginosa, che costringe gli sviluppatori a concentrarsi sul problema dell’alimentazione dei dispositivi IoT. L’obiettivo è quello di sviluppare soluzioni sempre più sostenibili da un punto di vista energetico, contenendo i costi di produzione. Abbiamo parlato di questa tematica con gli esperti di CSW Automazione.

Alimentazione dispositivi IoT: cosa tenere in considerazione?

L’alimentazione è sicuramente uno degli elementi fondamentali della tecnologia IoT. Una batteria di qualità garantisce un corretto funzionamento del dispositivo e riduce il tempo di inattività richiesto per la sua sostituzione. I fattori più rilevanti da tenere in considerazione per quanto riguarda l’alimentazione dei dispositivi IoT sono i seguenti:

• Quantità di energia richiesta: I requisiti di alimentazione cambiano da dispositivo a dispositivo. Quando il consumo di energia è maggiore, è più opportuno montare una batteria con potenza di uscita più elevata, così da non doverla sostituire troppo di frequente.
• Chimica della batteria: Non tutte le batterie presentano la medesima composizione chimica. Per l’alimentazione dei dispositivi IoT che devono lavorare entro un range di temperature più ampio o connettersi a reti 5G, la soluzione più indicata è una batteria a nichel-metallo idruro (NimH). Quelle a ioni di Litio (Li-Ion) sono invece da prediligere in dispositivi IoT a lunga durata di ciclo e alta densità energetica.
• Dimensioni del dispositivo: La dimensione della batteria deve essere conforme a quella del dispositivo su cui viene installata. La tendenza è quella di produrre batterie sempre più piccole e versatili, anche per aumentare il comfort nel caso di dispositivi IoT indossabili come gli smartwatch.
• Temperatura dell’ambiente: Ambienti di lavoro con temperature estremamente alte o viceversa molto basse, richiedono dispositivi IoT con batterie appositamente progettate per resistere a quelle specifiche condizioni.

Il futuro dell’alimentazione dispositivi IoT: energy harvesting

Allo stato attuale delle cose, si prevede che entro il 2025 si scaricheranno circa 78 milioni di batterie al giorno: un numero insostenibile per le aziende ma soprattutto per l’ambiente, dato che meno del 40% delle batterie viene riciclato. Basti pensare che anche dispositivi IoT con un ciclo di vita di circa 10 anni necessitano di un ricambio della batteria, nel migliore dei casi, a cadenza biennale.

In base a queste difficoltà oggettive riscontrate nel campo dell’alimentazione dei dispositivi IoT, progettisti e ricercatori stanno guardando con sempre più interesse allo sviluppo delle tecnologie di energy harvesting. Queste soluzioni raccolgono energia dall’ambiente in dispositivi di accumulo per poi alimentare i circuiti dei dispositivi IoT. L’utilizzo di fonti energetiche alternative e rinnovabili mira a ridurre l’impatto ambientale, raggiungendo al contempo un’efficienza superiore.

Tuttavia, l’energy harvesting applicato all’alimentazione dei dispositivi IoT è una tecnologia ancora poco pratica ed economica. Al momento si registrano infatti alcune criticità:

• I componenti dedicati all’accumulo dell’energia ambientale sono spesso costosi, rendendo i progetti più dispendiosi;
• La presenza di circuiti dedicati alla raccolta dell’energia aumenta le dimensioni fisiche del componente;
• Alcune tecnologie dipendono da fattori ambientali particolari. Le celle solari ad esempio devono sempre godere di una buona esposizione al sole, non fornendo peraltro un vantaggio energetico così considerevole rispetto le tradizionali batterie.

Per ovviare a questi problemi, i progettisti di dispositivi IoT stanno già sperimentando diverse soluzioni, come ad esempio l’accorpamento dei componenti in moduli o la trasmissione di potenza wireless. Questa tecnologia è già utilizzata dai tappetini di ricarica Qi, ma è inadatta su distanze troppo grandi. Ciò che serve è in definitiva un ulteriore passo in avanti affinché le soluzioni di energy harvesting possano diventare l’alternativa più valida per l’alimentazione dei dispositivi IoT.

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