ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
etndigi1-2026

IN FOCUS

Sähköautojen lataus nojaa hyviin yhteyksiin

Pohjoismaissa sähköautojen latauksesta on tulossa arkipäiväistä infrastruktuuria. Latauspisteoperaattoreille, laitevalmistajille ja palvelukumppaneille käyttäjäkokemus nojaa kuitenkin asiaan, jota moni ei näe: latauspisteen taustalla olevaan datayhteyteen.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

Energiankeruu ratkaisee IoT:n paristo-ongelmat

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 13.12.2024
  • Devices
  • Power
  • Business

Esineiden internet (IoT) on hyötynyt merkittävästi kahdesta vallalla olevasta trendistä: langattomasta tekniikasta ja vähän tehoa kuluttavasta elektroniikasta. Johdoista riippumattomuus ja kyky toimia merkittävästi pienemmillä paristoilla mahdollistaa yhä useampien erilaisten laitteiden liittämisen toisiinsa ja niiden sijoittamisen mitä erilaisimpiin paikkoihin. IoT-markkina tulee todennäköisesti kasvamaan ja leviämään laajemmalle kuitenkin vielä nopeammin, kun käyttöön tulevat laitteet, jotka pystyvät keräämään talteen omaa energiaansa.

Artikkelin kirjoittaja Tristan Cool työskentelee Silicon Labsilla teollisuuden tuotteiden markkinointipäällikkönä.

Langattomuuden ansiosta on mahdollista käyttää tiettyjä laitteita yhä useammissa paikoissa. Turvakameroita on pitkään liitetty johdoilla verkkoihin, mutta langattomuus on tehnyt mahdolliseksi asentaa niitä mitä erilaisimpiin paikkoihin. Omaisuuden jäljittämiseen ja kuljetusten tarkkailuun perustuva teollisuudenala olisi jäänyt syntymättä ilman paristopohjaisen langattoman tekniikan olemassaoloa.

Eräät tuotteet kuten kotitalouksien ovikello-kamerayhdistelmät eivät olisi ollenkaan niin suosittuja elleivät ne olisi langattomasti toimivia ja paristokäyttöisiä.

Pariston käytettävyys

Paristot ovat kannettavia energian lähteitä, mikä tekee niistä äärettömän käyttökelpoisia. Vuosikymmenten ajan elektroniikan komponenttien koon jatkuva pienentyminen on myös vähentänyt niiden tehontarvetta. Tuotteet, jotka aiemmin vaativat toimiakseen useita suhteellisen isoja D-kennoja, toimivat nyt hyvin AA- tai AAA-paristoilla. Jotkut noista voivat toimia pitkiä aikoja nappiparistoilla. 

Monet edellä mainituista tuotteista ovat tärkeässä osassa IoT:ssä: aktiivisuusrannekkeet, älykaiuttimet, paikkailmaisimet, liikenteen valvontajärjestelmät sekä edellä mainitut kamerat ja ovikellot.

Mutta paristot tyhjenevät ja sen jälkeen niistä on päästävä eroon – kierrättämällä tai hävittämällä.

Pariston haittapuolia

Yhdysvalloissa myydään joka vuosi viitisen miljardia paristoa arvioi maan ympäristöviranomainen EPA, jonka vastuulla on muodostuvan kiinteän jätteen ja mahdollisten yllättävien jäteongelmien seuranta. Eri lähteiden mukaan Euroopassa myydään vuosittain kahdeksan miljardia paristoa. Tästä voidaan päätellä, että useita miljardeja kuivaparistoja jää pois heitettäväksi joka vuosi.

Lähes kaikentyyppiset paristot sisältävät myrkyllisiä materiaaleja, joten paristojen kierrättäminen ei ole kovin helppoa ainakaan edulliseen hintaan ja näin ollen paristojen maailman laajuinen kierrättäminen on vaikeasti järjestettävissä. Esimerkiksi vain noin puolet hylätyistä paristoista saadaan kierrätettyä Euroopassa yhden arvion mukaan. Jätteiden ja saasteiden nykyiset määrät ovat kestämättömällä tasolla.

Ja samaan aikaan maailmalla otetaan käyttöön aina enemmän IoT-laitteita. Vuoteen 2022 mennessä käyttöön oli otettu 14,4 miljardia IoT-laitetta, ilmenee IoT Analytics -tutkimuslaitoksen kokoamista tiedoista ja sen ennuste on, että määrä tuplaantuu vuoteen 2027 mennessä. Niin koti- kuin teollisuuskäytössä olevien IoT-laitteiden uusimiskustannukset ovat kasvussa samoin kuin tarvittavien toimenpiteiden määräkin. Eräissä uusimmissa ja kunnianhimoisimmissa IoT-sovelluksissa on tarkoitus käyttää valtavan kokoisia anturimatriiseja valvomaan monenlaisia pyrkimyksiä maataloudesta teollisuusautomaatioon.

Kuva 1: Globaali IoT-laitteiden kasvuennuste (lähde: IoT Analytics).

Kuva 2. Energiankeruuta hyödyntävien järjestelmien markkinakehitys Yhdysvalloissa (lähde: Grandviewresearch).

Energiankeruu

Edellä kuvattujen IoT-laitteiden voisi odottaa vaativan paristotehoa, mutta onkin osoittautunut, että monet niistä eivät kuluta sitä ollenkaan. Jotkut antureista tarvitsevat toimiakseen vain hyvin heikon virtasyötön, jota on saatavissa ympäristöstä vapaasti.

Näissä tapauksissa houkutteleva vaihtoehto on energian keräily ympäristöstä. Peruskonseptina on kerätä energiaa joistakin luonnonilmiöistä, joissakin tapauksissa useasta energialähteestä ja muuntaa tuo energia sähköksi.

Määritelmän mukaan aurinko- ja tuulienergia lasketaan energiakeräilyksi. Molemmista energiamuodoista on saatavissa megawattien tehoja, mutta kaukana verkon reunoilla olevien IoT-laitteiden tarve on milliwattien tai mikrowattien luokkaa, mikä on tuotettavissa monia muitakin fysikaalisia ilmiöitä hyödyntämällä.

 

Kuva 3. Energiankeruun eri lähteet.

Energiankeruun muotoja

Aurinkosähkö (PV) tulee olemaan varma vaihtoehto hyvin vähän tehoa kuluttavissa IoT-laitteissa. Perinteiset PV-kennot, joita on käytössä aurinkopaneeleissa, pysyvät yhtenä vaihtoehtona, mutta kehitystyön alla on myös vaihtoehtoisia PV-tekniikoita, joista osa perustuu fotosynteesiä jäljitteleviin valmistettuihin materiaaliseoksiin. Nykyaikaisten PV-kennojen tehotiheydet ovat parantuneet ja ne kykenevät lataamaan niin sisällä kuin ulkona olevan ympäristön valon vaikutuksesta paristoja tai superkondensaattoriparistomoduuleja.

Pienet lämpötilaerot saadaan käyttöön termosähköisillä generaattoreilla, joilla kerätään mikrowatteja mistä tahansa energialähteistä, joita löytyy kaikkialta niin teollisuuslaitteista kuin ihmiskehosta. Joissakin sovelluksissa voidaan lisäksi hyödyntää läsnä olevaa AC-värähtelyä osana energian keräilyä!

Pietsosähköiset materiaalit synnyttävät energiaa muotoa muuttaessaan. Sovelluksissa kuten moottoriajoneuvoissa, joissa fyysinen liike pysyy lähes vakiona, voidaan kerätä tällä tavoin energiaa. Älykotien ja -rakennusten valaisinkytkimissä hyödynnetään tällaista pietsokineettisen energian keräilyä, minkä monet valmistajat ovatkin lisänneet osaksi liikuteltavien paristottomien kytkimien tarjontaansa.

Muita käytettävissä olevia energian keräilyn tekniikoita ovat innovatiivisimpien yritysten käyttämät sähköiseen ja magneettiseen induktioon perustuvat verrattain suuret sähkökentät, joista kerätään energiaa anturien ja radioyhteyksien tarpeisiin kaukokohteissa.

Ympäristön energia

Erittäin vähällä energialla toimivien IoT-laitteiden valmistajat, jotka etsivät keinoja toteuttaa paristottomia ratkaisuja, ovat kiinnostuneita energian keräilytekniikoista osittain siksi, koska kyseisille laitteille ei ole olemassa tehonsyötön infrastruktuuria.

Entä jos tuollainen infrastruktuuri olisikin olemassa? Jotakin sellaista kuin johdottomien älypuhelimien latauksessa käytetään, kuten Qi, jonka kantamat olisivat metrejä senttimetrien sijaan? Pienten tasasuuntaavien antennien (suunta-antennit) helppo saatavuus on myötävaikuttanut siihen, että on ryhdytty selvittämään langattomien tehonsyöttömenetelmien standardoinnin mahdollisuuksia.

 

Kuva 4. Energiaa voidaan kerätä hyvin monista lähteistä ympäristöstämme.

Kehitteillä on monia menetelmiä, joista useimmat nojautuvat alle 2,4 gigahertsin RF-energiaan. Tällä hetkellä lähimpänä kaupallistamista ovat teollisuussovelluksiin tarkoitetut laitteet, joita käytetään tuotantoautomaation koneissa, varastolaitteiden jäljittämisessä, paristottomissa omaisuuden merkintätarroissa ja elektronisissa varaston merkintätarroissa, koska näissä asennuksissa voidaan hyödyntää RF-energian siirtoon tarkoitettuja yhdyskäytäviä. Tulevaisuudessa älykodeissa jokaisella reitittimellä ja älylaitteen yhdyskäytävällä voidaan siirtää myös RF-energiaa. Markkinoille voi piankin olla tulossa erittäin pitkään toimivia sähkökäyttöisiä hammasharjoja, avainkortteja, näppäimistöjä, kuulokkeita, tietokonehiiriä ja kaikkea muuta.

Miltä tulevaisuus näyttää?

IoT ei kasvaisi ennustetulla nopeudella, jos se olisi aina paristoista riippuvainen. Monissa käyttökohteissa ei kuitenkaan vielä hyödynnetä täysin langattomuuden potentiaalia. Asiantuntijat ovat jatkuvasti työskentelemässä yhteistyössä langattoman IoT:n edistämiseksi, mutta myös perusteholähde vaatisi uudelleen arviointia.

Myös yhä useampi yritys ja julkisyhteisö on mukana satsaamassa vihreään siirtymään, mikä edellyttää pariston kyseenalaistamista sellaisena kuin me sen tunnemme.

MORE NEWS

Arm haluaa vallata AI-palvelimien CPU-paikat

Englantilainen kännyköiden prosessori-IP:llä suuruuteen noussut Arm tekee historiansa suurimman strategisen liikkeen, kun yhtiö on julkaissut ensimmäisen oman palvelinprosessorinsa. AGI-niminen piiri on suunnattu suoraan AI-datakeskuksiin, joissa CPU:n rooli on muuttumassa nopeasti.

USA kieltää ulkomaiset Wi-Fi-reitittimet – markkina menee uusiksi

Yhdysvaltain televiranomainen Federal Communications Commission on lisännyt kaikki ulkomailla valmistetut kuluttajareitittimet ns. Covered List -listalle. Päätös perustuu kansallisen turvallisuuden arvioon, jonka mukaan tällaiset laitteet muodostavat “hyväksymättömän riskin” Yhdysvaltain infrastruktuurille ja kansalaisille. Käytännössä tämä tarkoittaa, että uudet reititinmallit eivät saa enää FCC-hyväksyntää, eikä niitä voi tuoda markkinoille Yhdysvalloissa.

EU jakaa 659 miljoonaa siruihin ja kvanttiin – pilottilinjat vasta lähtökuopissa

Euroopan Chips-yhteisyritys Chips JU on valinnut 17 hanketta, joihin ohjataan yli 659 miljoonan euron julkinen rahoitus. Mukana on kuusi kvanttiteknologian pilottia sekä useita puolijohde- ja suunnittelutyökaluja kehittäviä projekteja. Helsingin tuoreessa seminaarissa kävi kuitenkin ilmi, että pilottilinjat ovat vasta käynnistymässä ja konkreettisia tuloksia odotetaan vielä.

BLE muuttuu anturiväylästä datalinkiksi

Bluetooth Low Energy ei ole enää vain sensoreiden ja pienten datapakettien teknologia. Uusi High Data Throughput -laajennus nostaa sen roolin kohti täysiveristä datalinkkiä.

Vibekoodattu RISC-V: AI suunnitteli kokonaisen CPU:n yhdessä yössä

Piirisuunnittelun automaatio otti ison askeleen eteenpäin, kun yhdysvaltalainen startup Verkor syötti 219 sanan vaatimusmäärittelyn AI-agentille – ja sai 12 tunnissa ulos valmiin RISC-V-prosessorin GDSII-tiedostona. Tuloksena syntynyt Vercore-ydin ei vielä kilpaile nykypiirien kanssa, mutta osoittaa, että kokonainen CPU voidaan suunnitella pitkälti ilman ihmistä.

Nokia räjäytti Suomen patenttitilastot – nousu suoraan Euroopan kärkeen

Suomi teki viime vuonna historiallisen patenttiharppauksen Euroopassa, mutta kasvun takaa löytyy käytännössä yksi yhtiö eli Nokia. Sen hakemusmäärä lähes kaksinkertaistui ja nosti koko maan ennätystasolle.

PC- ja tablettimyynti sakkaa tänä vuonna

PC-markkina on kääntymässä selvästi odotettua heikompaan suuntaan. Tutkimusyhtiö IDC arvioi nyt, että globaalit PC-toimitukset supistuvat vuonna 2026 peräti 11,3 prosenttia. Vielä viime marraskuussa ennuste oli vain 2,4 prosentin lasku. Myös tabletit seuraavat perässä: niiden toimitusten ennustetaan vähenevän 7,6 prosenttia.

ST jakaa mikro-ohjaimet kahteen maailmaan

STMicroelectronics on aloittanut STM32-mikro-ohjainten massatuotannon Kiinassa. Kyse ei ole vain uudesta tuotantopaikasta, vaan merkittävästä strategisesta muutoksesta: sama piiri valmistetaan nyt kahdessa rinnakkaisessa toimitusketjussa.

Apple otti Qualcommin etumatkan kiinni

Applen uusi C1X-modeemipiiri on saavuttanut käytännössä saman tason kuin Qualcommin ratkaisut 5G-yhteyksien latausnopeudessa ja viiveessä. Tämä käy ilmi Ooklan laajasta analyysista, joka perustuu Speedtest-mittauksiin eri puolilta maailmaa.

Donut Labin kenno on merkittävästi perinteisiä litiumkennoja turvallisempi

VTT on julkaissut neljännen testiraportin Donut Labin kiinteän elektrolyytin V1 -kennolle. Tällä kertaa huomio kohdistui poikkeukselliseen tilanteeseen, sillä testissä käytettiin kennoa, joka oli jo aiemmin vaurioitunut 100 asteen lämpötilatestissä.

Robottiauto voi vaatia 300 gigatavua RAM-muistia

Mercedes-Benz EQE:n MBUX-järjestelmä käyttää 24 gigatavua keskusmuistia pelkästään käyttöliittymän ja viihdejärjestelmän pyörittämiseen. Samalla Micron Technology arvioi, että tulevat tason 4 robottiautot voivat tarvita yli 300 gigatavua RAM-muistia. Ero kertoo siitä, kuinka nopeasti auton elektroniikka on muuttumassa hajautetuista ohjainlaitteista kohti keskitettyä tekoälylaskentaa.

Telegramia on vaikea siivota kyberrikollisista

Telegram on kiristänyt otettaan kyberrikollisuudesta, mutta tulokset jäävät toistaiseksi rajallisiksi. Check Pointin tuoreen analyysin mukaan rikolliset eivät ole katoamassa alustalta, vaan he mukautuvat rajoituksiin nopeasti.

Tekoäly tarkistaa nyt Linux-ytimen koodia

Googlen kehittämä Sashiko-työkalu tuo tekoälyn suoraan Linux-ytimen koodin tarkastukseen. Tulokset ovat oikeastaan hätkähdyttäviä, sillä järjestelmä löytää virheitä, jotka kaikki koodia tarkastaneet ihmiset ovat ohittaneet.

Raspberry Pi taipuu nyt teollisuusluokan logiikkaohjaimeksi

Italialainen Sfera Labs tuo markkinoille kaksi uutta teollisuuslaitetta, jotka rakentuvat Raspberry Pi -alustan ympärille mutta on suunniteltu suoraan kenttäkohteisiin. Uudet Strato Pi Plus -edge-palvelin ja Iono Pi v3 -logiikkaohjain pyrkivät ratkaisemaan yhden keskeisen ongelman: miten yhdistää Linux-pohjainen joustavuus ja teollisuusautomaatiossa vaadittu luotettavuus.

Rust tulee autoihin C:n rinnalle

Autoteollisuuden ohjelmistokehitys on murroksessa. Perinteinen C- ja C++-pohjainen kehitys saa rinnalleen uuden tulokkaan, kun Rust-ohjelmointikieli tekee tuloaan ajoneuvojen ohjainyksiköihin. Muutos ei kuitenkaan tarkoita vanhan korvaamista, vaan uuden rakentumista olemassa olevan päälle.

Aurightec hakee kasvua Pohjoismaista

Tallinnassa toimiva elektroniikan sopimusvalmistaja Aurightec hakee aktiivisesti uusia asiakkaita Pohjoismaista. Yhtiön keskeinen tuotantolaitos on monelle suomalaisellekin tuttu: se on alun perin Elcoteqin vuonna 1994 perustama tehdas.

Yksi ChatGPT-kysely kuluttaa 50 kertaa enemmän sähköä kuin Google-haku

Generatiivisen tekoälyn nopea yleistyminen näkyy nyt myös sähkölaskussa. Bestbrokersin keräämän tuoreen analyysin mukaan yksi ChatGPT-kysely kuluttaa keskimäärin noin 18,9 wattituntia energiaa, kun perinteinen Google-haku vie vain noin 0,3 wattituntia. Ero on karkea, mutta suuruusluokka on selvä: tekoälyhaku voi kuluttaa yli 50 kertaa enemmän sähköä per kysely.

Basemark sai jalkansa Naton oven väliin

Suomalainen AR-ohjelmistoyhtiö Basemark on hyväksytty mukaan NATO Innovation Continuum -ohjelmaan. Kyseessä on Naton kehityspolku, jossa uusia teknologioita tunnistetaan, testataan ja viedään vaiheittain kohti operatiivista käyttöä ja mahdollisia hankintoja.

Kuopiolaisyritys tuo GPU-pohjaisen datavisualisoinnin selaimeen

Kuopiolainen LightningChart on julkaissut Dashtera-alustan, joka siirtää massiivisten datamäärien visualisoinnin selaimessa suoraan grafiikkasuorittimelle. Ratkaisun tavoitteena on mahdollistaa reaaliaikainen analyysi ilman perinteisten dashboard-työkalujen suorituskykyrajoitteita.

Tekoäly generoi testivektorit C-koodille

Vector Informatik tuo tekoälyn suoraan sulautettujen järjestelmien testaukseen. Yhtiön uusi VectorCAST 2026 -versio sisältää toiminnon, joka generoi yksikkötestit ja testivektorit automaattisesti ohjelmistovaatimuksista. Kohteena on erityisesti C- ja C++-koodi turvallisuuskriittisissä sovelluksissa.

ETNdigi - Watch GT Runner 2
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Näin valitset oikean laturin litiumioniakuille

ETN - Technical articleLitiumioniakkujen suorituskyky ja käyttöikä eivät riipu pelkästään itse kennosta, vaan ratkaisevassa roolissa on myös laturi. Väärä lataus voi heikentää kapasiteettia, lyhentää elinikää tai pahimmillaan vaarantaa turvallisuuden. Oikein valittu laturi ja latausstrategia taas varmistavat, että akku toimii luotettavasti vuodesta toiseen – ja jopa kymmeniä prosentteja pidempään.

Lue lisää...

OPINION

Elektroniikkamarkkina kääntyy – nyt kasvu syntyy suunnittelupöydällä

Farnell Globalin presidentin Rebeca Obregonin mukaan elektroniikkateollisuuden seuraava kasvuvaihe rakentuu aktiivisemman tuotekehityksen, tekoälyn käyttöönoton ja aiempaa kestävämpien laitearkkitehtuurien varaan.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Arm haluaa vallata AI-palvelimien CPU-paikat
  • USA kieltää ulkomaiset Wi-Fi-reitittimet – markkina menee uusiksi
  • EU jakaa 659 miljoonaa siruihin ja kvanttiin – pilottilinjat vasta lähtökuopissa
  • BLE muuttuu anturiväylästä datalinkiksi
  • Vibekoodattu RISC-V: AI suunnitteli kokonaisen CPU:n yhdessä yössä

NEW PRODUCTS

  • Toughbook 56 tuo tekoälyn kentälle ilman pilveä
  • RECOM laajentaa moduuleista erillismuuntimiin
  • Suosittu vähävirtainen IoT-yhteys helposti lisäkortilla
  • Tämä ajuri auttaa pitämään auton hengissä pakkasaamuna
  • 40 TOPSia verkon reunalle
 
 

Section Tapet