IoTにおける低電力化とエネルギーハーベスティングの重要性

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各種のセンサーやモータなどの駆動装置、データを処理するプロセッサや通信機器など、IoTにかかるデバイスでは、その動作に必ず電力を必要とする。1つひとつの電力消費は小さい物だが、その数が大きくなれば莫大な電力が必要となります。また、数が増えれば個々のデバイスまでどのように電力を供給するのかも問題となる。そこで今回は、IoTの電力供給の問題について取り上げてみる。

IoT導入の足を引っ張るワイヤリング問題

ワイヤリングのコストはかなり高額だ。ひょっとするとIoT導入の足を引っ張るのはワイヤリングコストなのかもしれない。電力供給問題を考えるにあたり、まず配線の問題が挙げられる。

IoTではさまざまなモノをインターネットにつなげる。モノに取り付けられたIoTデバイスへ有線で電力を供給する場合は、なんらかの電源からIoTデバイスまで電源ケーブルを引かなければならない。また、電力だけでなく、末端のデバイスとゲートウェイ間やゲートウェイとクラウド間でのデータのやり取りを有線でやるとするならば、その配線も必要になる。同じ部屋内や手の届く位置での配線で容易に行えるならば問題ははないが、穴の開けられない壁のある場所や何百メートルも離れているような場所との間で配線をするとなると不可能な場合も出てくる。

データのやり取りに関してはWiFi、Bluetooth、LTE、LPWAなどさまざまな無線技術があるので、それを使えば通信は可能だ。しかし、電力の場合は現状無線での電力供給は実用域には達しておらず、配線をしない場合はバッテリーを使用して電力供給をすることになる。バッテリーでの電力供給の場合、極めて電力消費の少ないデバイスならば小さなバッテリーで何年も使用できるが、多くの通信を行うようなデバイスでは消費電力も大きく、頻繁にバッテリーを交換する必要が出てくるので実用に耐えられない。どうやってデータと給電をワイヤレスで行っていくのかが今後のIoTのキーワードとなる。

電力供給問題を解決するエネルギーハーベスティングとは

このようなIoTデバイスへの電力供給問題を解決するひとつの方法として、エネルギーハーベスティングの技術が注目されている。エネルギーハーベスティングとは、光や熱・振動といった周囲の微小なエネルギーを収穫(ハーベスト)して、電力に変換して使用する技術のことだ。この技術をIoTデバイスへ使うことにより、デバイスの近くで発電できるので長い配線や充電・電池交換などが不要となる。

具体的な例としては、光を使った発電ではソーラーパネルがすでに広く普及している。最近では透明タイプのソーラーパネルも開発され、窓ガラスに取り付けることで視界を遮ることなく発電を行うことも可能になった。より変換効率の高いソーラーパネルも開発されており、室内の照明程度でIoTデバイスの使用に十分な発電量を得られる物も出てきている。熱を使った発電では、体に装着して体温で発電することで小型の機器を動作させる装置が開発され、モータや電子機器が大量に組み込まれた装置から発する熱を利用した発電装置も開発が進んでいる。

振動による発電も、実証実験が各種行われている。2006年から2008年にかけて、東京駅の改札に設けられた床発電システムによる実証実験(人が歩くことで床に伝わる振動エネルギーを、床に組み込んだ圧電素子によって電力に変える実験)が行われ、最大で1日あたり940KWsの発電量が得られたとされた。同様の実験では、高速道路の路面に埋め込んだ圧電素子での発電実験も行われている。また歩行時の振動でスマートフォン向けのバッテリーに充電を行う装置が製品化されている。まだまだ少しずつではあるが、エネルギーハーベスティングの技術は実用化に向かっている。

株式会社シブタニのスイッチストライクエアーという製品がある。この製品には、トイレの施錠金物として、受け部にROHMの無線通信デバイスEnOceanが組み込まれており、どんな場所にもドライバー1本で簡単に設置でき、個室トイレの施錠・解錠情報を電源レス、電池レス・配線レスで無線送信することができる。この製品はトイレの満空情報の収集にも使われている。こうした製品を自分で取り換えて設定すれば、簡単に高齢者の見守りサービスが実現できる。こうしてIoTデバイスへの電力供給問題の解決とともに、エネルギーハーベスティングがより身近な物になっていくことが予想される。

大丸東京店のトイレと飲食の空き状況。 QRコードをスマホで読み込むとリアルタイムの状況が把握できます。 店内のデジタルサイネージでも状況が表示されています。提供はVACAN社