愛因斯坦的相對論描述了引力波的物理性質(zhì)。它們帶來能量，非常低的能量值，不像太陽免費發(fā)送給我們的光子(量子)，無需任何額外費用來為我們的房屋供電。太陽本身代表了最重要的無限來源，它使我們能夠使用免費電力或收集太陽能來發(fā)電。新的設計和制造方法使現(xiàn)代太陽能電池板更實惠、更高效?；盍κ占占倭康哪芰?，為現(xiàn)在接近物聯(lián)網(wǎng)的各種小型設備提供動力。

光伏電池 (PV) 是一種能量收集技術，通過稱為“光伏效應”的過程將太陽能轉(zhuǎn)化為有用的電能(歸因于光電效應——光伏和光電可以追溯到相同的概念)。有幾種類型的光伏電池使用半導體與來自太陽的光子相互作用以產(chǎn)生電流。在實踐中，光子激發(fā)材料中的電子，使它們脫離軌道以產(chǎn)生電流。光伏電池由多層材料組成，每一層都有特定的用途。光伏電池中最重要的層是經(jīng)過特殊處理的半導體層。它由兩個不同的層(P 型和 N 型)組成，實際上是將太陽能轉(zhuǎn)化為有用的電能。半導體的兩側是一層導電材料，可以“收集”產(chǎn)生的電力。電池的背面或陰影面可以完全覆蓋，而正面或光照面必須利用太陽的位置來收集盡可能多的光子。僅涂在電池受光面的最后一層是抗反射涂層。由于所有半導體都是自然反射的，因此反射損耗可能很大。僅涂在電池受光面的最后一層是抗反射涂層。由于所有半導體都是自然反射的，因此反射損耗可能很大。僅涂在電池受光面的最后一層是抗反射涂層。由于所有半導體都是自然反射的，因此反射損耗可能很大。

接觸帶電是一種在兩種不同材料直接接觸并隨后分離時在它們上產(chǎn)生表面電荷的過程。在接觸過程中，每種材料都會產(chǎn)生相反極性的電荷。近年來，摩擦電能量收集系統(tǒng)的開發(fā)取得了重大進展，稱為摩擦電納米發(fā)電機(TENG)。這些系統(tǒng)需要最少數(shù)量的組件：至少兩層摩擦電材料、兩層材料之間的物理分離、用于電力收集的電極和一個調(diào)節(jié)電路，以最大限度地提高能量收集效率。

熱能收集包括從環(huán)境中獲取可自由利用的熱量，或轉(zhuǎn)換和利用發(fā)動機、人體和其他來源排放的廢能。熱能直接轉(zhuǎn)換為電能可以通過塞貝克效應實現(xiàn)，其中通過適當設計的熱電裝置感應的熱流產(chǎn)生電壓和電流。熱電器件 (TEG) 的基本組件包括單個結構的 P 和 N 型熱電材料，正如我們在太陽能中看到的那樣，每個結構都串聯(lián)電連接。通過在熱和電方面將許多 PN 對并聯(lián)，可以構建一個典型的 TEG 模塊，該模塊產(chǎn)生與熱梯度(溫差)成比例的電壓。熱電發(fā)電模塊或 TEG 已在許多應用中使用，例如收集由放射性物質(zhì)衰變發(fā)出的熱量的宇宙飛船。用于臨床的可穿戴電子產(chǎn)品的新興領域還提供了通過體熱為設備供電來收集熱電能量的可能性。

從振動中收集能量使用與旋轉(zhuǎn)機器相關的低水平自然資源，例如電動機或人體運動，以產(chǎn)生幾百微瓦或幾毫瓦的功率。用于此目的的壓電換能器是非對稱晶體的一個子類。材料晶胞中的不對稱性建立了晶體變形導致小的電位差的機制。然而，為了細化壓電換能器的特性，有必要充分了解振動物體的頻率分布并確定諧振頻率。對于某些應用，例如電機，可以很容易地確定振動的特性和共振頻率。在其他情況下，為了獲得足夠的理解，有必要用加速度計測量物體的振動(我們將在下一章中看到)并分析通過快速傅里葉變換(FFT)算法獲取的數(shù)據(jù)的頻率特性。然后我們獲得共振頻率。

無線射頻 (RF) 能量收集可延長便攜式設備的電池壽命。電磁波來自多種來源，例如衛(wèi)星站、GSM/5G 和 Wi-Fi 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。射頻能量收集系統(tǒng)可以捕獲電磁能量并將其轉(zhuǎn)換為可用于為負載供電的直流電壓。主要布局由天線和整流器電路組成，可讓您將射頻功率或交流電(AC 或 AC)轉(zhuǎn)換為直流電信號。阻抗匹配網(wǎng)絡 (IMN) 確保射頻源和負載之間的最大功率傳輸。收集射頻能量只是利用太陽能、振動和風能等其他來源可以完成的工作的一個例子。收集射頻能量使用捕獲傳輸?shù)碾姶挪ú⑵浯鎯σ怨┮院笫褂玫南敕āＬ炀€的效率主要取決于其阻抗和調(diào)節(jié)電路的阻抗。如果兩個阻抗不匹配，則不可能從自由空間接收所有可用功率。阻抗匹配定義天線阻抗是調(diào)理電路(倍壓電路)阻抗的復共軛。該領域?qū)＜业倪m應和調(diào)節(jié)電路使能量收集變得高效。在這種類型的應用中已經(jīng)采用了各種天線，從簡單的偶極子到更復雜的設計，例如螺旋配置。雖然后者提供了良好的偏振性能，它通常僅限于寬度為幾百兆赫茲的寬帶設計。目前，由于每個天線元件需要復雜的供電機制，多頻窄帶設計通常受到限制。市場上有很多 900 MHz 天線，只需注意適配器類型(SMA、BNC 等)選擇一種即可。沒有什么能阻止您直接在 PCB(印刷電路板)中構建天線。天線必須有一個接地平面以優(yōu)化效率。接地平面的大小會影響天線的增益、諧振頻率和阻抗。只需選擇一個注意適配器類型(SMA、BNC 等)。沒有什么能阻止您直接在 PCB(印刷電路板)中構建天線。天線必須有一個接地平面以優(yōu)化效率。接地平面的大小會影響天線的增益、諧振頻率和阻抗。只需選擇一個注意適配器類型(SMA、BNC 等)。沒有什么能阻止您直接在 PCB(印刷電路板)中構建天線。天線必須有一個接地平面以優(yōu)化效率。接地平面的大小會影響天線的增益、諧振頻率和阻抗。

談到太陽能存儲，首先想到的是越來越多地使用電池與光伏系統(tǒng)相結合，無論是小規(guī)模還是大規(guī)模使用。然而，可以儲存的不僅僅是電力。當前能源轉(zhuǎn)型中一個同樣重要的因素是捕獲和儲存太陽能熱能的能力。這個目標并不容易實現(xiàn)，尤其是當您需要一個可以長時間儲存熱量的系統(tǒng)時。近年來，這一挑戰(zhàn)導致了新研究方向的發(fā)展，完全旨在根據(jù)要求創(chuàng)建太陽能蓄電池。有效收集和儲存太陽熱能是利用到達地球表面的豐富太陽輻射的重要步驟。最現(xiàn)代的系統(tǒng)使用具有高光學濃度的昂貴材料，這會導致大量熱損失。該設備將分子能物理與潛熱儲存相結合，為太陽能的 24/7 收集和儲存提供集成解決方案?；旌戏妒绞褂冒滋斓臒崃慷ㄎ?，在小范圍內(nèi)提供 73% 的收集效率，在大范圍內(nèi)提供約 90% 的收集效率。與最新一代系統(tǒng)不同，在夜間，混合動力系統(tǒng)積累的能量以 80% 的效率和比白天更高的溫度回收。與依靠光伏技術直接發(fā)電的太陽能電池板和電池不同，這種混合設備從太陽中捕獲熱量并將其存儲為熱能。經(jīng)典的硅光伏系統(tǒng)當然可以算是成熟的技術，這可以進一步提高，但接近性能的理論極限。目前，雙面太陽能電池板是一個值得關注的有趣設備，因為它們不僅從太陽中捕獲能量，而且還間接地從反照率中捕獲能量，即從巖石、瀝青等反射的光?？稍偕茉吹娜秉c之一風能和太陽能等，正是它們的間歇性，因此需要能夠安全、經(jīng)濟地儲存大量電力的電池。

集成系統(tǒng)還減少了熱損失，因為不需要通過管道傳輸存儲的能量。低成本、高效率的太陽能存儲技術已成為一個非常重要的關注課題，許多好的想法正在涌現(xiàn)。人工智能可以對可再生資源產(chǎn)生若干積極影響。例如，通過智能電網(wǎng)，可以調(diào)節(jié)和優(yōu)化電網(wǎng)流量，以最大限度地減少與太陽能和風能間歇性相關的問題，并減少使用熱電廠補償電網(wǎng)失衡的需要。