太阳能电池为传感器与物联网设备提供源源不绝的电力
在智能建筑、智能家居和工业4.0等应用中，都需要广泛地布建各种传感器与物联网设备，而这些设备若采用一般电池供电，便会有更换电池的问题，若能够采用太阳能电池供电，便可以省去更换电池的麻烦，使其实用性大幅提高。本文将为您介绍太阳能电池的发展，以及由安森美（onsemi）所推出的太阳能电池多传感器平台的功能与特色。
太阳能电池技术发展快速
太阳能发电是一种可再生的环保发电方式，其发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，因此不会对环境造成污染，是当前最受欢迎的可再生能源发电方式之一。太阳能电池（solar cell）则是一种将太阳光通过光生伏打效应转成电能的设备，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。
简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长（针对硅晶）的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直／交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。
太阳能电池在消费性商品上大多有充电上的问题，过去一般的充电对象采用镍氢或镍镉干电池，但是镍氢干电池无法抗高温，镍镉干电池有环保污染的问题。目前超级电容发展快速，容量超大，面积反而缩小，加上价格低廉，因此有部份太阳能产品开始改采用超级电容为充电对象，因而改善了太阳能充电的许多问题。
太阳能电池解决设备的供电问题
在智能建筑、智能家居和工业4.0等应用中，得利用各种传感器与物联网（IoT）设备，来进行环境数据的搜集与传送，这些设备通常得利用电池或是市电进行供电，这对布建这些设备时带来不少困扰，毕竟这些设备可能得布建在市电不易到达的户外，若采用一般电池供电，就算设备极为省电，仍终有电池电量耗尽的时候，此时必须耗费人力与时间来进行电池更换工作，这对这些设备布建的实用性，带来相当大的挑战。
太阳能电池则将可解决这些传感器与物联网设备的供电问题，只需要太阳能板可以接收到阳光，便可以进行光电转换，并将多余的电力储存在电池之中，以便在夜间持续给设备供电。如此一来，这些设备便不再有供电上的问题，将可大幅节省智能建筑、智能家居和工业4.0等应用的建置成本。
无需电池的太阳能电池多传感器平台
针对太阳能电池应用，安森美推出了RSL10太阳能电池多传感器平台（RSL10-SOLARSENS-GEVK），这是一个可用于智能建筑、智能家居和工业4.0垂直领域的无电池物联网应用的综合开发平台，是一套完整的低成本解决方案，可用于开发使用收集太阳能自供电的传感器节点。它是基于RSL10 SIP（System−in−Package）这套业界功耗最低的Bluetooth 5无线电，RSL10太阳能电池多传感器平台支持无需任何电池，便可以连续BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙）来传输传感器信息，这个完全集成的平台具有多个用于环境和运动感应的智能传感器，包括一个超低静态电流LDO稳压器（NCP170）和一个用于太阳能电池的2端口连接器，还包括一个低重量、薄型47 μF存储电容器，以及一个编程和调试接口，和一个连接的太阳能电池。
由于该平台可从低电流源获取能量，因此在运行和待机期间尽量减少整个系统的泄漏将非常重要，与其他节能器件一起，电路板上的超低静态电流LDO（NCP170）可显着减少泄漏，在待机模式下功耗为55 nw，Rx为10 mW，Tx为0 dbm，可支持Beacon（信标）和遥测传输，并可使用带有Arm Cortex调试连接器（10针）适配器的SEGGER J-Link进行完全重新编程，具有超低泄漏、自适应占空比（传输能量可用性的自我检测），以及双太阳能电池接口（通孔焊线或ZIF接口）。
RSL10太阳能电池多传感器平台搭配多款超低功耗智能传感器，包括具有宽温度范围（-40至125℃）的低电压、高精度温度传感器（NCT203），以及组合式数字湿度、压力和温度传感器（BME280），还有具有集成唤醒和睡眠功能的智能3轴超低功耗加速度计（BMA400），可预刷交织的Beacon固件，包括Eddystone TLM Beacon，支持广播存储电容器电压电平、温度、自上电以来的时间和自上电以来的广告数据包，可兼容BLE Scanner应用程序（iOS或Android），也可支持自定义环境服务Beacon，支持广播温度、湿度和压力，还在B-IDK CMSIS-Pack中提供了软件库和示例，可支持广泛的照明条件（人造光或太阳光，低至180勒克斯）。
该板由太阳能电池供电，默认使用的太阳能电池是Panasonic Amorton AM−1522，其典型工作电压为3 V。该电路由3 V钳位保护，工作域为1.6 V至2.65 V，当低于1.6 V时不允许传输，器件正在收集能量；当电压高于2.65 V时，器件开始运行，并将能量缓冲耗尽至1.6 V。
RSL10太阳能电池多传感器平台可广泛地应用于智能家居／建筑、环境传感（加热／冷却、空气质量）、入侵检测、环境和气候控制、工业4.0／智慧城市、工人安全和跌倒检测、空气质量监测、烟雾探测、移动个人护理、集成／便携式传感器、智能安全头盔（自行车、摩托车）等领域。
多款低功耗器件与开发工具
构建开发平台
RSL10太阳能电池多传感器平台采用多款重要的器件，包括由安森美推出的RSL10无线射频收发器是一款无线电SoC，支持Bluetooth 5.2认证，与SDK 3.7，RSL10可为无线应用带来超低功耗BLE，支持高级无线功能，同时优化系统尺寸和电池寿命。高度集成的无线电SoC采用双核架构和2.4 GHz收发器，可灵活支持BLE和2.4 GHz自定义协议。RSL10的软件开发套件（SDK）可通过利用来自Blinky的方便用于抽象、驱动程序和示例应用程序，来实现超低功耗BLE应用的快速开发，以完成BLE外围设备，以及介于两者之间的所需工具。
其SDK的主要功能包括基于Eclipse的免费onsemi IDE，以及对Keil μVision和IAR Embedded Work Bench的支持，具有完整的BLE协议栈，并带有Android和iOS应用程序的FOTA（无线固件），与支持FreeRTOS。
在智能传感器方面，包括Bosch Sensortec的BMA400三轴加速度传感器是第一款真正的超低功耗加速度传感器。因此，BMA400特别适用于需要持久电池寿命的可穿戴设备。此外，它还是智能家居应用的理想解决方案，例如智能室内气候系统和智能家居安全系统。通过区分危急情况和错误信号，新的加速度传感器可避免错误警报。
来自Bosch Sensortec的BME280则是一款可测量相对湿度、大气压力和环境温度的湿度传感器，是专为尺寸和低功耗是关键设计参数的移动应用和可穿戴设备而开发。该器件结合了高线性度和高精度传感器，非常适合低电流消耗、长期稳定性和高EMC稳固性。该湿度传感器可提供极快的响应时间，因此支持新兴应用的性能要求，例如情境感知和在宽温度范围内提供高精度感测。
来自安森美的NCT203温度传感器则是一款数字温度计和低温／超温报警器，旨在用于需要低功耗和尺寸的热管理系统。NCT203可在1.4 V至2.75 V的电源范围内工作，使其可用于包括低功率设备在内的广泛应用。
安森美的NCP170线性稳压器（LDO）系列CMOS低压差稳压器，是专为需要超低静态电流的便携式电池供电应用而设计。典型值的500 nA超低功耗，可确保较长的电池寿命，动态瞬态升压功能可改善无线通信应用的设备瞬态响应。该器件采用小型1 × 1 mm xDFN4、TSOP5和SOT-563封装。
结语
近年来，太阳能电池的发展速度越来越快，充电的速度越来越快，寿命越来越长，充电温度范围更广，并可减少太阳能电池用量（可低压充电），使其实用性大幅提高。本文介绍的安森美RSL10太阳能电池多传感器平台，搭配太阳能电池，将可为各种传感器与物联网设备提供源源不绝的电力，解决智能建筑、智能家居和工业4.0等应用的设备供电问题，其市场与应用将极具发展空间，值得有兴趣的朋友进一步了解。
审核编辑 ：李倩