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A tecnologia de coleta de energia captura a energia ambiente de fontes como luz, calor e vibrações, convertendo-a em energia elétrica para dispositivos de baixo consumo de energia. Usado em IoT, sensores e eletrônicos vestíveis, ele permite uma operação autossustentável e sem bateria, reduzindo a manutenção e o impacto ambiental ao aproveitar fontes de energia renováveis e prontamente disponíveis.
Mercado de sistemas de coleta de energiafoi avaliado em US$ 693,50 milhões em 2023 e deverá crescer para US$ 1.103,83 milhões até 2032, com um CAGR projetado de 5,30% durante o período de previsão.
Visão geral do mercado
Crescimento e tendências do mercado: Tendências atuais que impulsionam o crescimento no setor de captação de energia, incluindo projeções para o CAGR até 2028.
Desafios e oportunidades: Desafios tecnológicos e regulatórios; crescente demanda por soluções energéticas sustentáveis e autônomas.
Os sistemas de coleta de energia funcionam capturando e convertendo a energia ambiente de várias fontes em energia elétrica utilizável para alimentar dispositivos de baixo consumo de energia. Esses sistemas são especialmente valiosos para aplicações onde fontes de energia convencionais, como baterias, são impraticáveis, como sensores remotos, eletrônicos vestíveis e dispositivos industriais de IoT. Aqui está uma visão geral de como funcionam os sistemas de captação de energia, os principais tipos e suas aplicações:
Princípio Básico de Captação de Energia
Basicamente, a coleta de energia envolve três etapas principais:
Captura de energia: O sistema captura energia ambiente de fontes como luz, calor ou vibrações mecânicas.
Conversão de Energia: Um transdutor ou conversor transforma a energia captada em energia elétrica.
Armazenamento e gerenciamento de energia: A energia convertida é armazenada (geralmente em capacitores ou baterias) e gerenciada para garantir uma produção estável, mesmo quando a fonte de energia flutua.
Tipos comuns de sistemas de captação de energia
Cada tipo de sistema de coleta de energia é adaptado para capturar um tipo específico de energia ambiente:
Captação de Energia Solar ou Fotovoltaica
Como funciona: As células solares (geralmente células fotovoltaicas) absorvem a luz solar e a convertem diretamente em eletricidade através do efeito fotovoltaico.
Aplicações: Comum em dispositivos IoT externos, sensores remotos e eletrônicos vestíveis expostos à luz solar ou iluminação artificial.
Captação de Energia Térmica
Como funciona: Geradores termoelétricos (TEGs) capturam diferenças de temperatura (gradientes térmicos) entre duas superfícies e convertem esse calor em eletricidade usando o efeito Seebeck.
Aplicações: Ideal para ambientes com calor residual, como máquinas ou motores industriais, onde os gradientes de temperatura podem ser facilmente explorados.
Coleta de energia vibracional ou mecânica
Como funciona: Os materiais piezoelétricos geram eletricidade quando submetidos a tensões mecânicas, vibrações ou movimentos. Também são utilizados coletores eletromagnéticos e eletrostáticos, cada um contando com um princípio diferente para capturar energia cinética.
Aplicações: Útil em ambientes com vibrações ou movimentos constantes, como equipamentos industriais, veículos ou dispositivos vestíveis.
Coleta de energia por radiofrequência (RF)
Como funciona: Os coletores de RF capturam energia de ondas de rádio, incluindo Wi-Fi, sinais de celular e outras fontes de RF, e a convertem em energia CC utilizável.
Aplicações: Comum em dispositivos de baixo consumo de energia em áreas urbanas com muitos sinais de RF, como sensores sem fio, etiquetas RFID e dispositivos domésticos inteligentes.
Coleta de energia por indução eletromagnética
Como funciona: Este método captura energia de um campo magnético variável (indução). É frequentemente usado em sistemas onde há movimento próximo a uma fonte de campo magnético.
Aplicações: Frequentemente usado em aplicações com movimentos repetitivos, como sistemas de monitoramento de pressão de pneus ou dispositivos vestíveis que se movem com o corpo.
Componentes-chave de um sistema de captação de energia
Transdutor: Converte a energia ambiente em eletricidade (por exemplo, células fotovoltaicas, materiais piezoelétricos ou materiais termoelétricos).
Circuito de gerenciamento de energia: Regula a tensão e a corrente, garantindo uma saída estável apesar das condições de entrada variáveis.
Armazenamento de Energia: Armazena a energia colhida para uso posterior (por exemplo, capacitores ou baterias recarregáveis).
Gerenciamento de carga: direciona energia para o dispositivo e gerencia o uso de energia para evitar o esgotamento de energia.
Aplicações de Sistemas de Captação de Energia
Os sistemas de captação de energia são versáteis e suportam diversas aplicações, incluindo:
Sensores remotos e sem fio: Úteis em locais onde a substituição de baterias é um desafio, como sistemas de monitoramento ambiental ou estrutural.
Eletrônicos vestíveis: dispositivos como rastreadores de condicionamento físico e ferramentas de monitoramento médico podem usar o calor corporal ou o movimento para obter energia.
Dispositivos IoT industriais: máquinas que geram vibrações ou calor podem alimentar sensores ou outros dispositivos de monitoramento.
Cidades Inteligentes e Casas Inteligentes: Sensores em sistemas inteligentes de iluminação, estacionamento ou água podem usar a energia coletada para reduzir a dependência de energia externa.
Benefícios e Desafios
Benefícios:
Manutenção reduzida: elimina ou reduz a necessidade de substituições de baterias, o que pode ser caro e desafiador em locais remotos.
Sustentabilidade: permite que dispositivos de baixo consumo funcionem com energia renovável, reduzindo o impacto ambiental geral.
Vida útil prolongada do dispositivo: suporta operação contínua de dispositivos sem tempo de inatividade para substituição da bateria.
Desafios:
Baixa produção de energia: A energia colhida é muitas vezes mínima, tornando-a adequada apenas para aplicações de baixa energia.
Fontes de energia intermitentes: As fontes solares, de RF e de vibração podem ser inconsistentes, o que pode afetar a confiabilidade do dispositivo.
Limitações de armazenamento: As soluções de armazenamento de energia devem ser eficientes e estáveis para garantir energia contínua, especialmente quando a disponibilidade de energia flutua.
Global Growth Insights revela as principais empresas globais de sistemas de coleta de energia:
- STMicroeletrônica
- Sede: Genebra, Suíça
- Receita (2023): US$ 16,1 bilhões
- Taxa Composta de Crescimento Anual (CAGR): Projetada em 9% de 2024 a 2028
- Destaques: A STMicroelectronics tem sido fundamental no avanço dos sensores de IoT e de sistemas microeletromecânicos (MEMS), com foco em soluções de semicondutores com eficiência energética.
- Instrumentos Texas
- Sede: Dallas, Texas, EUA
- Receita (2023): US$ 20,03 bilhões
- CAGR: Taxa de crescimento projetada de 8,3% para componentes de captação de energia
- Destaques: A Texas Instruments continua a inovar no design de semicondutores com eficiência energética, contribuindo significativamente para o desenvolvimento de dispositivos de baixo consumo de energia.
- EnOcean GmbH
- Sede: Oberhaching, Alemanha
- Receita (2023): Estimado em 50 milhões de euros
- CAGR: Crescimento projetado de 12% em soluções de captação de energia sem fio
- Destaques: A EnOcean é especializada em módulos de coleta de energia sem fio para automação predial, oferecendo soluções de sensor para nuvem sem manutenção e sem bateria. Em setembro de 2023, a EnOcean garantiu um investimento significativo da Innovation Industries para impulsionar a inovação sustentável da IoT.
- Fujitsu Limitada
- Sede: Tóquio, Japão
- Receita (2023): ¥ 3,76 trilhões (aproximadamente US$ 32 bilhões)
- CAGR: Almejando um crescimento de 7% em soluções tecnológicas sustentáveis
- Destaques: A Fujitsu concentra-se em cidades inteligentes e soluções ambientais, integrando tecnologias de recolha de energia nas suas ofertas. A empresa relatou uma receita de ¥ 3,76 trilhões no ano fiscal encerrado em 31 de março de 2024.
- Cypress Semiconductor (agora parte da Infineon Technologies)
- Sede: Munique, Alemanha
- Receita (2023): 15 mil milhões de euros (Infineon Technologies)
- CAGR: Crescimento de 9% em soluções de energia IoT
- Destaques: Após sua aquisição pela Infineon Technologies, a Cypress Semiconductor aprimorou seu portfólio em soluções de energia focadas em IoT, aproveitando sinergias para impulsionar a inovação.
- ABB Ltda.
- Sede: Zurique, Suíça
- Receita (2023): US$ 30 bilhões
- CAGR: Crescimento de 6% em automação e eficiência energética
- Destaques: A ABB integra aplicações de coleta de energia na automação industrial, enfatizando soluções energéticas sustentáveis e eficientes.
- Maxim Integrated (agora parte da Analog Devices)
- Sede: Norwood, Massachusetts, EUA
- Receita (2023): US$ 12 bilhões (dispositivos analógicos)
- CAGR: Crescimento projetado de 8% em soluções de gerenciamento de energia
- Destaques: A aquisição da Maxim Integrated pela Analog Devices expandiu suas capacidades em gerenciamento de energia e tecnologias de coleta de energia.
- Laird Sistemas Térmicos
- Sede: Durham, Carolina do Norte, EUA
- Receita (2023): US$ 500 milhões
- CAGR: Crescimento de 5% em soluções de gerenciamento térmico
- Destaques: A Laird se concentra em soluções de gerenciamento térmico, incluindo módulos termoelétricos que podem ser utilizados em aplicações de coleta de energia.
- Dispositivos analógicos
- Sede: Norwood, Massachusetts, EUA
- Receita (2023): US$ 12 bilhões
- CAGR: Crescimento projetado de 8% em soluções analógicas e de sinais mistos
- Destaques: A Analog Devices oferece uma gama de produtos em coleta de energia, incluindo ICs e sensores de gerenciamento de energia.
- Eletrônica Würth
- Sede: Waldenburg, Alemanha
- Receita (2023): 1 bilhão de euros
- CAGR: Crescimento de 7% em componentes eletrônicos e eletromecânicos
- Destaques: A Würth Elektronik fornece componentes adequados para aplicações de coleta de energia, como indutores e soluções de transferência de energia sem fio.
- Tecnologia de Microchip
- Sede: Chandler, Arizona, EUA
- Receita (2023): US$ 6,8 bilhões
- CAGR: Crescimento de 6,5% em soluções de microcontroladores e semicondutores analógicos
- Destaques: A Microchip oferece microcontroladores e produtos analógicos que suportam aplicações de coleta de energia, com foco em projetos de baixo consumo de energia.
- Fabricação Murata
- Sede: Quioto, Japão
- Receita (2023): ¥ 1,6 trilhão (aproximadamente US$ 14 bilhões)
- CAGR: Crescimento de 5% em componentes eletrônicos
- Destaques: A Murata desenvolve componentes como coletores de energia piezoelétricos e supercapacitores para armazenamento de energia.
- Corporação Powercast
- Sede: Pittsburgh, Pensilvânia, EUA
- Receita (2023): US$ 10 milhões
- CAGR: Crescimento projetado de 15% em soluções de energia sem fio
- Destaques: A Powercast é especializada em tecnologia de energia sem fio baseada em RF, permitindo a coleta remota de energia para diversas aplicações.
- Adamant Namiki Precision Jewel Co., Ltd.
- Sede: Tóquio, Japão
- Receita (2023): Estimado em US$ 100 milhões
- CAGR: Projetado para um crescimento de 7% em componentes de precisão e soluções de energia
- Destaques: Conhecida pelos seus componentes de alta precisão, a Adamant Namiki está investindo em dispositivos miniatura de captação de energia para aplicações em dispositivos médicos e wearables.
- Lord MicroStrain (Parker Hannifin Corporation)
- Sede: Williston, Vermont, EUA
- Receita (2023): Parte da receita de US$ 16 bilhões da Parker Hannifin
- CAGR: Crescimento projetado de 8% no segmento de sensores e controles
- Destaques: A LORD MicroStrain, adquirida pela Parker Hannifin, desenvolve sensores sem fio e coletores de microenergia para monitoramento remoto em aplicações industriais e aeroespaciais.
- Corporação Cymbet
- Sede: Elk River, Minnesota, EUA
- Receita (2023): Estimado em US$ 15 milhões
- CAGR: Crescimento de 10% na tecnologia de baterias de estado sólido
- Destaques: A Cymbet é especializada em baterias de estado sólido e soluções de armazenamento de energia, que são componentes críticos para sistemas de coleta de energia confiáveis e livres de manutenção em dispositivos IoT.
- Laboratórios de Silício
- Sede: Austin, Texas, EUA
- Receita (2023): US$ 1 bilhão
- CAGR: Crescimento projetado de 7% em IoT e conectividade sem fio
- Destaques: Silicon Labs concentra-se em microcontroladores de baixo consumo de energia e tecnologias sem fio, permitindo soluções com eficiência energética adequadas para aplicações de coleta de energia em automação residencial e industrial inteligente.
- Tecnologia Mide (Hutchinson Corporation)
- Sede: Medford, Massachusetts, EUA
- Receita (2023): Parte da receita de US$ 4 bilhões da Hutchinson
- CAGR: Crescimento de 8% em materiais e sensores inteligentes
- Destaques: A Mide Technology, uma divisão da Hutchinson, é reconhecida por seus sistemas piezoelétricos de coleta de energia usados em monitoramento de condições e redes de sensores sem fio.
- Micropelt GmbH
- Sede: Friburgo, Alemanha
- Receita (2023): Estimado em US$ 5 milhões
- CAGR: Crescimento projetado de 12% em componentes termelétricos
- Destaques: A Micropelt desenvolve coletores de energia termoelétrica, projetados para capturar o calor residual e convertê-lo em eletricidade utilizável para pequenos dispositivos eletrônicos e sensores.
Conclusão
O mercado de captação de energia está evoluindo rapidamente, impulsionado pelos avanços na IoT, nos dispositivos autônomos e nas necessidades de sustentabilidade. Essas empresas líderes representam um espectro diversificado de inovações em microeletrônica, energia sem fio, soluções termoelétricas e armazenamento de energia em estado sólido. Com os avanços tecnológicos contínuos e a crescente procura de soluções energéticas eficientes e de baixa manutenção, o futuro da recolha de energia parece promissor. Juntas, estas empresas deverão moldar um mercado que capacite dispositivos autossustentáveis e contribua para um ecossistema energético mais sustentável.