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能量收集技术从光、热和振动等来源捕获环境能量，将其转化为低能耗设备的电能。它用于物联网、传感器和可穿戴电子产品，可实现自我维持、无电池运行，通过利用可再生、现成的能源来减少维护和环境影响。
能量收集系统市场2023 年估值为 6.935 亿美元，预计到 2032 年将增长至 11.0383 亿美元，预测期内复合年增长率为 5.30%。
市场概况
市场增长和趋势：当前趋势推动能量收集行业的增长，包括到 2028 年复合年增长率的预测。
挑战与机遇：技术和监管挑战；对可持续和自主能源解决方案的需求不断增长。
能量收集系统的工作原理是捕获各种来源的环境能量并将其转换为可用的电能来为低能耗设备供电。这些系统对于电池等传统电源不切实际的应用尤其有价值，例如远程传感器、可穿戴电子产品和工业物联网设备。以下概述了能量收集系统的工作原理、主要类型及其应用：
能量收集的基本原理
能量收集的核心涉及三个主要阶段：
能量捕获：系统从光、热或机械振动等来源捕获环境能量。
能量转换：传感器或转换器将捕获的能量转换为电能。
能量存储和管理：转换后的能量被存储（通常在电容器或电池中）并进行管理，以确保稳定的输出，即使在源能量波动时也是如此。
能量收集系统的常见类型
每种类型的能量收集系统都是为捕获特定类型的环境能量而定制的：
太阳能或光伏能量收集
工作原理：太阳能电池（通常是光伏电池）吸收阳光并通过光伏效应将其直接转化为电能。
应用：常见于暴露在阳光或人工照明下的户外物联网设备、远程传感器和可穿戴电子产品。
热能收集
工作原理：热电发电机 (TEG) 捕获两个表面之间的温差（热梯度），并利用塞贝克效应将热量转化为电能。
应用：非常适合具有废热的环境，例如可以轻松利用温度梯度的工业机器或发动机。
振动或机械能量收集
工作原理：压电材料在受到机械应力、振动或运动时会发电。还使用电磁和静电收集器，每种收集器都依靠不同的原理来捕获动能。
应用：适用于持续振动或运动的环境，例如工业设备、车辆或可穿戴设备。
射频 (RF) 能量收集
工作原理：射频采集器从无线电波（包括 Wi-Fi、蜂窝信号和其他射频源）捕获能量，并将其转换为可用的直流电源。
应用：常见于城市地区有大量射频信号的低功耗设备，例如无线传感器、RFID 标签和智能家居设备。
电磁感应能量收集
工作原理：此方法从变化的磁场（感应）中捕获能量。它通常用于磁场源附近有运动的系统。
应用：通常用于重复运动的应用，例如轮胎压力监测系统或随身体移动的可穿戴设备。
能量收集系统的关键组件
换能器：将环境能量转换为电能（例如光伏电池、压电材料或热电材料）。
电源管理电路：调节电压和电流，确保在输入条件变化的情况下稳定输出。
能量存储：存储收集到的能量以供以后使用（例如电容器或可充电电池）。
负载管理：将能量引导至设备并管理电源使用情况以防止能量耗尽。
能量收集系统的应用
能量收集系统用途广泛，支持各种应用，包括：
远程和无线传感器：在更换电池具有挑战性的地方非常有用，例如环境或结构监测系统。
可穿戴电子产品：健身追踪器和医疗监测工具等设备可以利用体热或运动来供电。
工业物联网设备：产生振动或热量的机器可以为传感器或其他监控设备供电。
智能城市和智能家居：智能照明、停车或供水系统中的传感器可以利用收集的能量来减少对外部电源的依赖。
好处和挑战
好处：
减少维护：消除或减少电池更换的需要，这在偏远地区可能是昂贵且具有挑战性的。
可持续性：使低功耗设备能够使用可再生能源运行，从而减少总体环境影响。
延长设备寿命：支持设备连续运行，无需停机更换电池。
挑战：
低功率输出：收集的能量通常很少，因此仅适用于低能量应用。
间歇性能源：太阳能、射频和振动源可能不一致，这会影响设备的可靠性。
存储限制：储能解决方案必须高效且稳定，以确保持续供电，尤其是在能源可用性波动时。
全球增长洞察揭晓全球顶级能量收集系统公司：
- 意法半导体
- 总部： 瑞士日内瓦
- 收入（2023 年）： 161亿美元
- 复合年增长率（CAGR）： 预计 2024 年至 2028 年增长 9%
- 亮点： 意法半导体在推进物联网和微机电系统 (MEMS) 传感器方面发挥了重要作用，专注于节能半导体解决方案。
- 德州仪器
- 总部： 美国德克萨斯州达拉斯
- 收入（2023 年）： 200.3亿美元
- 复合年增长率： 能量收集组件预计增长率为 8.3%
- 亮点： 德州仪器 (TI) 在节能半导体设计方面不断创新，为低功耗设备的开发做出了重大贡献。
- EnOcean有限公司
- 总部： 德国奥伯哈欣格
- 收入（2023 年）： 估计耗资5000万欧元
- 复合年增长率： 无线能量收集解决方案预计增长 12%
- 亮点： EnOcean 专门生产用于楼宇自动化的无线能量收集模块，提供免维护、免电池的传感器到云解决方案。 2023 年 9 月，EnOcean 获得了创新产业的巨额投资，以推动可持续的物联网创新。
- 富士通有限公司
- 总部： 日本东京
- 收入（2023 年）： 3.76万亿日元（约320亿美元）
- 复合年增长率： 可持续技术解决方案的目标增长 7%
- 亮点： 富士通专注于智慧城市和环境解决方案，将能量收集技术集成到其产品中。该公司公布截至 2024 年 3 月 31 日的财年收入为 3.76 万亿日元。
- 赛普拉斯半导体（现属于英飞凌科技）
- 总部： 德国慕尼黑
- 收入（2023 年）： 150 亿欧元（英飞凌科技）
- 复合年增长率： 物联网能源解决方案增长 9%
- 亮点： 被英飞凌科技收购后，赛普拉斯半导体增强了其以物联网为重点的能源解决方案产品组合，利用协同效应推动创新。
- ABB有限公司
- 总部： 瑞士苏黎世
- 收入（2023 年）： 300亿美元
- 复合年增长率： 自动化和能源效率增长 6%
- 亮点： ABB 将能量收集应用集成到工业自动化中，强调可持续和高效的能源解决方案。
- Maxim Integrated（现为 Analog Devices 的一部分）
- 总部： 诺伍德, 马萨诸塞州, 美国
- 收入（2023 年）： 120 亿美元（ADI）
- 复合年增长率： 电源管理解决方案预计增长 8%
- 亮点： Analog Devices 收购 Maxim Integrated 扩大了其在电源管理和能量收集技术方面的能力。
- 莱尔德热系统
- 总部： 达勒姆, 北卡罗来纳州, 美国
- 收入（2023 年）： 5亿美元
- 复合年增长率： 热管理解决方案增长 5%
- 亮点： 莱尔德专注于热管理解决方案，包括可用于能量收集应用的热电模块。
- 模拟器件公司
- 总部： 诺伍德, 马萨诸塞州, 美国
- 收入（2023 年）： 120亿美元
- 复合年增长率： 模拟和混合信号解决方案预计增长 8%
- 亮点： Analog Devices 提供一系列能量收集产品，包括电源管理 IC 和传感器。
- 伍尔特电子
- 总部： 德国瓦尔登堡
- 收入（2023 年）： 10亿欧元
- 复合年增长率： 电子及机电元件增长7%
- 亮点： Würth Elektronik 提供适合能量收集应用的组件，例如电感器和无线功率传输解决方案。
- 微芯科技
- 总部： 钱德勒, 亚利桑那州, 美国
- 收入（2023 年）： 68 亿美元
- 复合年增长率： 微控制器和模拟半导体解决方案增长 6.5%
- 亮点： Microchip 提供支持能量收集应用的微控制器和模拟产品，重点关注低功耗设计。
- 村田制作所
- 总部： 日本京都
- 收入（2023 年）： 1.6万亿日元（约140亿美元）
- 复合年增长率： 电子元件增长5%
- 亮点： 村田开发了压电能量收集器和用于能量存储的超级电容器等组件。
- 力卡公司
- 总部： 匹兹堡, 宾夕法尼亚州, 美国
- 收入（2023 年）： 1000万美元
- 复合年增长率： 无线充电解决方案预计增长 15%
- 亮点： Powercast 专注于基于射频的无线电源技术，可为各种应用实现远程能量收集。
- 安达满纳米奇精密宝石有限公司
- 总部： 日本东京
- 收入（2023 年）： 预计1亿美元
- 复合年增长率： 精密部件和能源解决方案预计增长 7%
- 亮点： 安达满纳米奇以其高精度组件而闻名，目前正在投资用于医疗设备和可穿戴设备应用的微型能量收集设备。
- Lord MicroStrain（派克汉尼汾公司）
- 总部： 威利斯顿, 佛蒙特州, 美国
- 收入（2023 年）： Parker Hannifin 160 亿美元收入的一部分
- 复合年增长率： 传感器和控制领域预计增长 8%
- 亮点： Lord MicroStrain 被 Parker Hannifin 收购，开发用于工业和航空航天应用远程监控的无线传感器和微能量采集器。
- Cymbet公司
- 总部： 埃尔克河，明尼苏达州，美国
- 收入（2023 年）： 预计1500万美元
- 复合年增长率： 固态电池技术增长10%
- 亮点： Cymbet 专注于固态电池和储能解决方案，它们是物联网设备中可靠、免维护的能量收集系统的关键组件。
- 硅实验室
- 总部： 奥斯汀, 德克萨斯州, 美国
- 收入（2023 年）： 10亿美元
- 复合年增长率： 物联网和无线连接预计增长 7%
- 亮点： Silicon Labs 专注于低功耗微控制器和无线技术，提供适合智能家居和工业自动化中能量收集应用的节能解决方案。
- 米德科技（哈金森公司）
- 总部： 美国马萨诸塞州梅德福
- 收入（2023 年）： Hutchinson 40 亿美元收入的一部分
- 复合年增长率： 智能材料和传感器增长 8%
- 亮点： Mide Technology 是 Hutchinson 的一个部门，因其用于状态监测和无线传感器网络的压电能量收集系统而受到认可。
- 麦克佩尔特有限公司
- 总部： 德国弗莱堡
- 收入（2023 年）： 预计500万美元
- 复合年增长率： 热电元件预计增长 12%
- 亮点： Micropelt 开发热电能量收集器，旨在捕获废热并将其转化为小型电子设备和传感器可用的电力。
结论
在物联网、自主设备和可持续发展需求的推动下，能量收集市场正在迅速发展。这些领先公司代表了微电子、无线电力、热电解决方案和固态能源存储领域的多元化创新。随着技术的不断进步以及对高效、低维护能源解决方案的需求不断增加，能量收集的未来看起来充满希望。这些公司将共同塑造一个市场，为自我维持的设备提供支持，并为更可持续的能源生态系统做出贡献。