IC thu năng lượng cho đèn trong nhà: Cách cấp nguồn cho IoT từ 50 Lux

2026/10/19

MỘT IC thu năng lượng là điều khiến năng lượng mặt trời trong nhà trở nên thiết thực. Hệ thống chiếu sáng văn phòng và gia đình chỉ cung cấp microwatt cho một tế bào quang điện (PV) nhỏ và bộ chuyển đổi DC-DC tiêu chuẩn có thể tiêu thụ nhiều hơn thế chỉ để duy trì hoạt động. Một máy thu hoạch chuyên dụng bắt đầu từ vài trăm milivolt, theo dõi điểm hoạt động tốt nhất của tế bào và lưu trữ từng microwatt trong pin.

Trong bài viết này bạn sẽ học:

Tại sao ánh sáng trong nhà là nguồn năng lượng rất khác với ánh sáng mặt trời
Vật liệu PV nào phù hợp với điều kiện ánh sáng yếu
Ba vấn đề quản lý năng lượng thu hoạch trong nhà phải giải quyết
Cách IC thu năng lượng ET95640 và ET9PW64 của ETEK xử lý chúng

IC thu hoạch năng lượng là gì?

IC thu năng lượng là chip quản lý năng lượng lấy năng lượng từ các nguồn xung quanh như ánh sáng trong nhà hoặc máy phát nhiệt điện (TEG). Nó khởi động nguội từ điện áp rất thấp, chuyển đổi năng lượng hiệu quả, sạc bộ phận lưu trữ và cung cấp đường ray điều chỉnh cho các cảm biến, MCU và radio.

Tại sao ánh sáng trong nhà khó thu hoạch

Ánh sáng ít hơn hai đến ba bậc

Ánh sáng mặt trời ngoài trời thường đạt 10.000–100.000 lux. Không gian trong nhà thường chỉ cung cấp 50–1.000 lux. Với cùng một diện tích tế bào, năng lượng sẵn có trong nhà có thể thấp hơn hàng trăm, hàng nghìn lần.

Phổ hẹp hơn, đỉnh cao hơn

Ánh sáng mặt trời trải dài từ tia cực tím đến tia hồng ngoại. Các nguồn trong nhà tập trung ở dải khả kiến (khoảng 400–700nm):

Đèn huỳnh quang: các đỉnh sắc nét, ví dụ gần 546nm và 611nm
Đèn LED trắng: đỉnh màu xanh đậm gần 450nm cộng với dải lân quang rộng
Đèn sợi đốt: gần với bức xạ vật đen, với phần lớn năng lượng bị mất dưới dạng tia hồng ngoại

Do đó, tế bào PV nhận được ánh sáng yếu với quang phổ chỉ nhìn thấy được và giai đoạn công suất phía sau nó phải đối phó với cả hai.

Vật liệu PV nào hoạt động tốt nhất trong nhà?

Một photon chỉ tạo ra một cặp electron-lỗ trống nếu năng lượng của nó vượt quá vùng cấm của vật liệu. Ánh sáng nhìn thấy được trong nhà tương ứng với khoảng 1,77–3,10 eV, vì vậy các vật liệu có dải cấm rộng hơn sẽ phù hợp hơn với nó.

Vật liệu	Khoảng cách (eV)	Hiệu quả trong nhà	Ghi chú
Silicon vô định hình (a-Si)	1.7–1.8	Trung bình	Trưởng thành, chi phí thấp
Silicon tinh thể (c-Si)	~1.12	Thấp	Mạnh mẽ ngoài trời; điện áp hở mạch thấp trong nhà
PV hữu cơ (OPV)	1,5–2,0 (có thể điều chỉnh)	Trung bình	Linh hoạt, bán trong suốt; sự ổn định vẫn đang được chứng minh
perovskit	1,5–1,6 (có thể điều chỉnh)	Cao	Bandgap có thể điều chỉnh, xử lý ở nhiệt độ thấp

Các tế bào Perovskite trông đặc biệt hứa hẹn. Pin trong nhà perovskite trong phòng thí nghiệm đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng trên 30% dưới ánh sáng LED (thường được thử nghiệm ở mức gần 1.000 lux), với kết quả được đánh giá ngang hàng dao động từ khoảng 32% đến hơn 40%. A 2025 Nature Review Công Nghệ Sạch khảo sát về quang điện trong nhà và năm 2024 Khoa học Năng lượng & Môi trường báo cáo (44,72% dưới ánh sáng trong nhà) đều ghi lại phạm vi hiệu suất này. Tuy nhiên, ngay cả tế bào tốt nhất cũng chỉ giải quyết được một nửa vấn đề.

Ba vấn đề mà IC thu hoạch năng lượng phải giải quyết

1. Năng lượng thu được rất nhỏ

Một tế bào PV nhỏ trong nhà có thể chỉ cung cấp microwatt đến hàng chục microwatt. Bộ chuyển đổi thông thường thường tiêu thụ hàng trăm microwatt điện tĩnh. Trong trường hợp đó, con chip tiêu thụ nhiều hơn lượng tế bào tạo ra.

Cách tiếp cận của ETEK: mạch khởi động nguội tích hợp hoạt động từ 275mV. ET95640 bắt đầu từ 275mV / 5µW và ET9PW64 từ 275mV / 2µW. Trên ET95640, dòng điện tĩnh phía pin (điển hình TA = 25°C) là 400nA với SYS bị tắt ở chế độ xả (IBAT1) và 350nA với SYS bị tắt sau khi sạc xong (IBAT2); với SYS kích hoạt các con số tăng lên 650nA / 550nA.

2. Điện áp đầu vào tiếp tục di chuyển

Ánh sáng trong nhà dao động từ khoảng 50 lux ở hành lang đến 10.000 lux bên cạnh cửa sổ. Điện áp mạch hở (VOC) của một ô có thể thay đổi hơn 100mV, đạt tới mức 1V trên bốn ô nối tiếp. Một điểm vận hành cố định sẽ lãng phí năng lượng hầu hết thời gian trong ngày.

Cách tiếp cận của ETEK: giai đoạn tăng tốc sẽ sạc pin đồng thời điều chỉnh điện áp đầu vào của máy gặt, do đó nguồn không bao giờ bị sập. Theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) được cung cấp dưới hai hình thức trên toàn dòng: điện áp cố định quy định (ET95640, ET9PW64, ET9504XXX đặt VPV_CELL,REG qua các chân, thường là 0,25–3,2V) và phần VOC thích ứng theo dõi (ET95641 và ET9PW65). Trên các phần thích ứng, MPPT_R[2:0] chọn tỷ lệ VMPPT/VOC là 35%, 50%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% hoặc 90%và IC lấy mẫu VOC định kỳ. Lên đến 110mA có thể được trích xuất từ nguồn.

3. Năng lượng phải được lưu trữ và giải phóng theo yêu cầu

Việc thu hoạch diễn ra chậm và liên tục, nhưng các cảm biến và radio Bluetooth sẽ tiêu thụ năng lượng theo từng đợt. Hệ thống cần lưu trữ an toàn và đường ray đầu ra hiệu quả.

Cách tiếp cận của ETEK (ET95640):

Bảo vệ quá tải và xả quá mức có thể lựa chọn cho các tế bào LiC, Li-ion và LiPo
Cài đặt điện áp pin trong khoảng 2,4V–4,4V
Đầu ra Buck có hiệu suất trên 90% và lên tới 135mA (ET9PW64: lên tới 120mA)
Bộ sạc tuyến tính 5V có chế độ sạc trước/CC/CV khi không có đèn
Chế độ vận chuyển có rò rỉ pin dưới 10nA
Cấu hình bằng GPIO

Sơ lược về dòng IC thu hoạch năng lượng ETEK

Tính năng	ET95640	ET9PW64
Khởi động nguội	275mV / 5µW	275mV / 2µW
Tối đa. dòng điện từ máy gặt	110mA	110mA
Buck hiệu quả	>90%	>90%
Buck hiện tại đầu ra	Lên tới 135mA	Lên đến 120mA
Bộ sạc tuyến tính 5V	Đúng	Đúng
Rò rỉ chế độ vận chuyển	<10 nA	<10 nA
Bưu kiện	QFN24 (4mm × 4mm)	QFN24 (4mm × 4mm)
MPPT	Điện áp cố định (0,25–3,2V)	Điện áp cố định (0,25–3,2V); tối ưu hóa perovskite

Nhóm rộng hơn, theo bộ chọn sản phẩm Trung Quốc của ETEK và các bảng dữ liệu riêng lẻ:

Phần	MPPT	Định vị	Bưu kiện
ET95640	Đã sửa lỗi 0,25–3,2V	Máy gặt đa năng	QFN24 4×4
ET95641	Thích ứng 35%–90% VOC	Anh chị em thích ứng-MPPT của ET95640	QFN24 4×4
ET9PW64	Đã sửa lỗi 0,25–3,2V	Tối ưu hóa cho tấm pin mặt trời perovskite	QFN24 4×4
ET9PW65	Thích ứng 35%–90% VOC	Tối ưu hóa cho perovskite + MPPT thích ứng	QFN24 4×4
ET9504XXX	Đã sửa lỗi 0,25–3,2V	Phần tùy chọn cố định nhỏ gọn	DFN10 3×3

Ứng dụng điển hình

Nhà thông minh: cảm biến không dây, bộ điều nhiệt, khóa cửa thông minh
Tự động hóa tòa nhà: cảm biến ánh sáng, phát hiện chiếm chỗ, giám sát HVAC
Thiết bị đeo: sạc phụ cho đồng hồ thông minh và vòng đeo tay theo dõi sức khỏe
Các nút IoT: cảm biến không dây và ghi dữ liệu không cần bảo trì
Nhãn điện tử: nhãn kệ điện tử (ESL), theo dõi hậu cần
Thiết bị tiêu dùng: điều khiển từ xa, bàn phím không dây

Để có chế độ xem ở cấp hệ thống, hãy xem bài viết trước đây của chúng tôi về Giải pháp thu hoạch năng lượng của ETEK cho IoT tiêu thụ điện năng thấp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao tôi không thể sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC tiêu chuẩn với pin mặt trời trong nhà?

Hầu hết các bộ chuyển đổi tiêu chuẩn cần điện áp khởi động cao hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng tĩnh hơn mức mà pin trong nhà có thể cung cấp. IC thu năng lượng chuyên dụng như ET95640 khởi động nguội ở 275mV và chỉ tiêu thụ hàng trăm nanoamp, do đó năng lượng thu được sẽ đến pin thay vì bị thất thoát trong bộ chuyển đổi.

Mức ánh sáng tối thiểu để IC thu năng lượng hoạt động là bao nhiêu?

Nó phụ thuộc vào kích thước và vật liệu của tế bào quang điện chứ không chỉ phụ thuộc vào IC. Bảng dữ liệu chỉ định khởi động nguội về mặt điện: 275mV và 2–5µW từ nguồn. Một bài viết về ứng dụng ETEK cũng mô tả khởi động nguội tại 275mV / dưới 50 lux cho các tế bào a-Si, OPV và perovskite thuộc họ ET95640/ET95641. Con số lux là hướng dẫn ứng dụng gắn liền với các ô điển hình; các điều kiện khởi động được đảm bảo vẫn là giới hạn điện trong biểu dữ liệu.

ET95640 có thể thu năng lượng từ máy phát nhiệt điện không?

Đúng. ET95640 được thiết kế cho các nguồn DC có trở kháng cao, bao gồm tế bào quang điện và máy phát nhiệt điện (TEG). Đầu vào tăng cường được điều chỉnh của nó ngăn chặn nguồn bị sập, trong khi tính năng quản lý pin tích hợp và đầu ra nguồn cung cấp cho tải một cách hiệu quả.

Tôi nên chọn IC thu năng lượng ETEK nào?

Chọn ET95640 để có dòng điện tối đa 135mA với khởi động nguội 5µW và MPPT cố định. Chọn ET9PW64 khi nguồn yếu hơn (khởi động nguội 2µW) hoặc khi bạn cần tối ưu hóa perovskite phần MPPT cố định. Ưu tiên ET95641 hoặc ET9PW65 khi MPP của tế bào di chuyển theo ánh sáng và bạn cần theo dõi VOC 35%–90% thích ứng (ET9PW65 nếu bảng điều khiển là perovskite). Đối với ET9504XXX hoặc kết hợp tùy chỉnh các tùy chọn pin/SYS, hãy chia sẻ tế bào quang điện, loại pin và hồ sơ tải của bạn với ETEK.

Kết luận: Biến ánh sáng trong nhà thành nguồn năng lượng đáng tin cậy

Ánh sáng trong nhà có sẵn ở hầu hết mọi nơi mà thiết bị IoT được triển khai, nhưng nó chỉ cung cấp microwatt. IC thu năng lượng phù hợp sẽ biến nguồn năng lượng đó thành nguồn điện đáng tin cậy bằng cách bắt đầu từ 275mV, theo dõi điểm nguồn chuyển động và quản lý bộ lưu trữ với mức tổn thất ở cấp độ nanoamp.

👉 Khám phá Dòng sản phẩm thu hoạch năng lượng ETEK và tải xuống Bảng dữ liệu ET95640

✉️ Yêu cầu mẫu: https://www.etekmicro.com/sample