Sustainable energy harvesting for low power sensor systems : On the road towards a batteryless sensor future

Energy harvesting is often hailed as the great savior of Internet of Things and wireless sensor systems. It will provide all the energy needed to run your thing and a battery is barely needed. How true is this, and where in the world is it this easy? This paper is an investigation of how much energy is actually available from sunlight in the dead of the Scandinavian winter. The paper also measures and evaluates whether vibrational energy harvesting mated to industrial equipment can power a wireless sensor system. With the small amounts of energy available, it is also prudent to investigate what can be done in embedded software to be better matched with a energy harvested power source. The communication protocol $I^2C$ and the power draw of its operation is investigated, and the effect of pull-up resistor value and bitrate is shown to be small, but impactful on long-term system power draw. This paper shows that photovoltaic energy harvesting in central Sweden is feasible, even in the dead of winter. Vibrational energy harvesting is harder to master, and the results are inconclusive whether it possible with a better harvesting setup.
Energiutvinning hyllas ofta som den stora räddaren i nöden för Internet of Things och trådlösa sensorsystem. Det kommer att kunna tillhandahålla all energi som behövs för att driva en enhet och batterier är knappt nödvändiga. Hur sant är detta, och var i världen är det så enkelt? Denna artikel innehåller en fältstudie som undersöker hur mycket energi som faktiskt är tillgänglig från solljus i Norden. Utöver det undersöks också om vibrationer från industriell utrustning kan driva en trådlös sensor. Med de små mängderna energi som är tillgängliga är det också klokt att undersöka vad som kan göras i mjukvara för att vara bättre anpassad för en energiutvinningsbaserad källa. Kommunikationsprotokollet $I^2C$ och dess strömförbrukning undersöks, och effekten av pull-up resistorvärde och kommunikationshastighet visar sig ha en liten, men påvisbar effekt på långsiktig strömförbrukning. Denna rapport visar att energiutvinning från solceller i centrala Sverige kan fungera, även mitt i vintern. Vibrationsenergiutvinning är svårare att bemästra, och resultaten är inte entydiga, och vidare studier behövs för att visa om det är möjligt med en bättre utvinningskonfiguration.