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屋内照明用エナジーハーベスティング IC: 50 ルクスから IoT に電力を供給する方法
2026/10/19 
アン エナジーハーベスティングIC 屋内太陽光発電を実用化するものです。オフィスや家庭の照明は小型の太陽光発電 (PV) セルにわずかマイクロワットしか供給せず、標準の DC-DC コンバータは点灯し続けるだけでそれ以上の電力を消費する可能性があります。専用のハーベスタは数百ミリボルトから始まり、セルの最適動作点を追跡し、すべてのマイクロワットをバッテリーに蓄えます。
この記事では次のことを学びます:
- 室内光が太陽光とは大きく異なるエネルギー源である理由
- どの PV 材料が低照度条件に適しているか
- 屋内収穫で解決しなければならない電力管理の 3 つの問題
- ETEK の ET95640 および ET9PW64 エナジーハーベスティング IC がそれらにどのように対処するか
エナジーハーベストICとは何ですか?
エナジー ハーベスティング IC は、室内光や熱電発電機 (TEG) などの周囲源からエネルギーを抽出する電源管理チップです。非常に低い電圧からコールドスタートし、エネルギーを効率的に変換し、蓄電素子を充電し、センサー、MCU、無線機に調整されたレールを供給します。
屋内の光を取り入れるのが難しい理由
光が 2 ～ 3 桁少ない
屋外の太陽光は通常 10,000 ～ 100,000 ルクスに達します。屋内空間は通常 50 ～ 1,000 ルクスしか提供しません。同じセル面積であれば、屋内で利用できるエネルギーは数百分の1、あるいは数千分の1になる可能性があります。
より狭く、よりピーキーなスペクトル
太陽光は紫外線から赤外線まであります。屋内の光源は可視帯域 (約 400 ～ 700nm) に集中しています。
- 蛍光灯: 鋭いピーク、たとえば 546nm および 611nm 付近
- 白色LED: 450nm付近の強い青色ピークと広い蛍光体バンド
- 白熱灯: 黒体放射に近く、ほとんどのエネルギーが赤外線として失われる
したがって、太陽電池は可視スペクトルのみの弱い光を受け取り、その背後にある電力段は両方に対応する必要があります。
どの PV 材料が屋内で最も効果的ですか?
光子は、そのエネルギーが材料のバンドギャップを超えた場合にのみ、電子と正孔のペアを生成します。屋内の可視光は約 1.77 ～ 3.10 eV に相当するため、バンドギャップの広い材料の方がよく適合します。
| 材料 | バンドギャップ(eV) | 室内効率 | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| アモルファスシリコン（a-Si） | 1.7–1.8 | 中くらい | 成熟した、低コスト |
| 結晶シリコン (c-Si) | ~1.12 | 低い | 屋外に強い。屋内での低い開放電圧 |
| オーガニックPV（OPV） | 1.5 ～ 2.0 (調整可能) | 中くらい | 柔軟で半透明。安定性はまだ実証中 |
| ペロブスカイト | 1.5 ～ 1.6 (調整可能) | 高い | 調整可能なバンドギャップ、低温処理 |
ペロブスカイト細胞は特に有望に見えます。実験室用ペロブスカイト屋内セルは、LED照明（通常1,000ルクス付近でテスト）下で30%をはるかに超える電力変換効率を達成しており、ピアレビューの結果は約32%から40%以上の範囲にあります。 2025年 Nature レビュー クリーンテクノロジー 屋内太陽光発電と 2024 年の調査 エネルギーと環境科学 レポート (室内光下で 44.72%) はどちらもこのパフォーマンス範囲を文書化しています。しかし、最良のセルであっても、問題の半分しか解決できません。
エナジーハーベストICが解決すべき3つの問題
1. 収穫される電力はわずかです
小型の屋内 PV セルは、マイクロワットから数十マイクロワットしか供給できません。従来のコンバータは、多くの場合、数百マイクロワットの静止電力を消費します。この場合、チップはセルが生成する量よりも多くを消費します。
ETEK のアプローチ: 内蔵コールドスタート回路は、 275mV。 ET95640は275mV / 5μWから始まり、ET9PW64は275mV / 2μWから始まります。 ET95640 では、バッテリ側の静止電流 (代表値、TA = 25°C) は 400nA 放電モード (IBAT1) で SYS を無効にし、 350nA 充電完了後に SYS を無効にします (IBAT2)。 SYS を有効にすると、数値は 650nA / 550nA に上昇します。
2. 入力電圧が変化し続ける
室内の明るさは、廊下で約50ルクスから窓際で10,000ルクスまであります。セルの開路電圧 (VOC) は 100mV 以上変動する可能性があり、直列の 4 つのセルでは 1V に近づきます。動作点が固定されていると、1 日のほとんどの時間エネルギーが無駄になります。
ETEK のアプローチ: ブーストステージはハーベスターの入力電圧を調整しながらバッテリーを充電するため、ソースが崩壊することはありません。最大電力点追跡 (MPPT) は、ファミリー全体で 2 つの形式で提供されます。 定電圧 レギュレーション (ET95640、ET9PW64、ET9504XXX はピン経由で VPV_CELL,REG を設定、通常 0.25 ～ 3.2V) 適応型VOCフラクション トラッキング (ET95641 および ET9PW65)。適応部分では、MPPT_R[2:0] は次の VMPPT/VOC 比を選択します。 35%、50%、65%、70%、75%、80%、85% または 90%、IC は定期的に VOC をサンプリングします。ソースから最大 110mA を取り出すことができます。
3. エネルギーは必要に応じて貯蔵および放出する必要がある
収穫はゆっくりと継続的に行われますが、センサーと Bluetooth 無線により電力が一気に消費されます。システムには安全なストレージと効率的な出力レールが必要です。
ETEK のアプローチ (ET95640):
- LiC、Li-ion、LiPo セルの選択可能な過充電および過放電保護
- バッテリー電圧設定は2.4V～4.4V以内
- 効率90%以上、最大135mAの降圧出力（ET9PW64：最大120mA）
- 光が利用できない場合のプリチャージ/CC/CV モードを備えた 5V リニア充電器
- バッテリ漏れが 10nA 未満の出荷モード
- GPIOによる設定
ETEK エナジーハーベスト IC ファミリの概要
| 特徴 | ET95640 | ET9PW64 |
|---|---|---|
| コールドスタート | 275mV / 5μW | 275mV / 2μW |
| 最大。ハーベスターからの電流 | 110mA | 110mA |
| 降圧効率 | >90% | >90% |
| 降圧出力電流 | 最大135mA | 最大120mA |
| 5Vリニア充電器 | はい | はい |
| 出荷モードのリーク | <10nA | <10nA |
| パッケージ | QFN24(4mm×4mm) | QFN24(4mm×4mm) |
| MPPT | 固定電圧 (0.25 ～ 3.2V) | 固定電圧 (0.25 ～ 3.2V)。ペロブスカイト最適化 |
ETEK の中国製品セレクターと個々のデータシートによると、より広いファミリー:
| 一部 | MPPT | 位置決め | パッケージ |
|---|---|---|---|
| ET95640 | 0.25～3.2V固定 | 汎用ハーベスタ | QFN24 4×4 |
| ET95641 | VOC の 35% ～ 90% に適応 | ET95640 のアダプティブ MPPT 兄弟 | QFN24 4×4 |
| ET9PW64 | 0.25～3.2V固定 | ペロブスカイトソーラーパネル用に最適化 | QFN24 4×4 |
| ET9PW65 | VOC の 35% ～ 90% に適応 | ペロブスカイト用に最適化 + 適応 MPPT | QFN24 4×4 |
| ET9504XXX | 0.25～3.2V固定 | コンパクトな固定オプション部品 | DFN10 3×3 |
代表的な用途
- スマートホーム: ワイヤレスセンサー、サーモスタット、スマートドアロック
- ビルディングオートメーション: 光センサー、占有検知、HVAC監視
- ウェアラブル: スマートウォッチやヘルスバンドの補助充電
- IoT ノード: メンテナンス不要のワイヤレスセンシングとデータロギング
- 電子ラベル: 電子棚ラベル (ESL)、物流追跡
- 消費者向けデバイス: リモコン、ワイヤレスキーボード
システムレベルのビューについては、以前の記事を参照してください。 ETEK の低電力 IoT 向けエナジーハーベスティング ソリューション.
よくある質問
屋内太陽電池では標準の DC-DC コンバータを使用できないのはなぜですか?
ほとんどの標準コンバータは、より高い起動電圧を必要とし、屋内セルが供給できるよりも多くの静止電力を消費します。 ET95640 などの専用のエナジーハーベスト IC は 275mV でコールドスタートし、消費電力はわずか数百ナノアンペアなので、ハーベストされたエネルギーはコンバータで失われることなくバッテリーに到達します。
環境発電 IC が動作するための最小光レベルはどれくらいですか?
ICだけでなく、太陽電池のサイズや材質にも依存します。データシートでは、電気的な観点からコールドスタートを指定しています。 275mVおよび2～5μW ソースから。 ETEK アプリケーションの記事では、次のコールド スタートについても説明しています。 275mV / 50ルクス以下 ET95640/ET95641 ファミリの a-Si、OPV、ペロブスカイトセル用。ルクスの数値は、一般的なセルに関連付けられたアプリケーションのガイダンスです。保証された開始条件はデータシートの電気的制限のままです。
ET95640 は熱電発電機からエネルギーを収集できますか?
はい。 ET95640 は、太陽電池や熱電発電機 (TEG) などの高インピーダンス DC 電源用に設計されています。安定化されたブースト入力によりソースの崩壊が防止され、内蔵のバッテリ管理と降圧出力により負荷に効率的に電力が供給されます。
どの ETEK エナジーハーベスティング IC を選択すればよいですか?
5μWのコールドスタートと固定MPPTを備えた最大135mAの降圧出力には、ET95640を選択してください。ソースが弱い場合（2µW コールドスタート）、または電源が必要な場合は、ET9PW64 を選択してください。 ペロブスカイト最適化 固定MPPT部分。セルの MPP が光によって移動し、適応型 35% ～ 90% の VOC 追跡が必要な場合は、ET95641 または ET9PW65 をお勧めします (パネルがペロブスカイトの場合は ET9PW65)。 ET9504XXX またはバッテリー/SYS オプションのカスタム組み合わせの場合は、太陽電池、バッテリーの種類、負荷プロファイルを ETEK と共有してください。
結論: 室内照明を信頼できる電源にする
屋内照明は、IoT デバイスが展開されているほぼどこでも利用できますが、供給できるのはマイクロワットのみです。適切なエナジー ハーベスティング IC は、275mV で開始し、移動する電力点を追跡し、ナノアンペア レベルの損失でストレージを管理することで、その電力を信頼できる電力に変換します。
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