Battery-free IoT 與 Ambient IoT 技術崛起，重新定義智慧城市與感測網路的能源模式

Sammi Chiu
1小时前
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在智慧城市、智慧建築與工業物聯網快速發展的今天，感測器與連網裝置的數量正以前所未有的速度增加。從智慧照明、空氣品質監測到物流追蹤與設備預測維護，各式 IoT 裝置正在逐步滲透人類生活的每一個角落。然而，在這場數位化浪潮背後，一個看似不起眼卻至關重要的問題逐漸浮現：能源供應與電池維護。

目前多數 IoT 裝置仍依賴電池供電，而當裝置規模從數百增加到數萬甚至數百萬時，電池更換與維護將成為巨大的營運成本與環境負擔。因此，一種新的技術路線逐漸受到關注——Battery-free IoT（無電池物聯網）。

這項技術的核心概念很簡單：讓 IoT 裝置不再依賴電池，而是直接從環境中獲取能源運作。 Battery-free IoT 是什麼？

Battery-free IoT 指的是不使用傳統電池供電的 IoT 裝置，而是透過「能量採集（Energy Harvesting）」技術，從周圍環境取得電力。

常見的環境能源來源包括：

室內光（Indoor light）
無線電波（RF energy）
溫差（Thermoelectric）
機械振動（Piezoelectric）

這些能源被轉換為電力後，通常會儲存在微型電容或超級電容中，再供應 IoT 裝置進行感測與資料傳輸。近年來，這類技術也被稱為 Ambient IoT（環境式物聯網）。3GPP 在 Release 19 中已將 Ambient IoT 納入研究與標準化討論，顯示全球通訊產業正開始為這類裝置建立通訊架構與技術規範。

IoT 的電池困境，為何無電池技術受到高度關注?

在大型 IoT 系統中，電池往往是最難管理的部分。

一般 IoT 感測器電池壽命約 2–5 年。如果系統包含數萬個節點，企業將面臨三個主要問題：

1 維護成本高更換電池需要人工巡檢與設備停機。

2 系統可靠度下降電池老化可能導致感測節點離線。

3 環境污染問題大量廢棄電池會帶來環境負擔。

因此，許多研究與產業分析認為，若 IoT 裝置能透過環境能量運作，將能大幅降低整體維運成本。

室內光伏：IoT 能源的重要突破

在各種能量採集技術中，室內光伏（Indoor Photovoltaics）被認為是最具潛力的 IoT 能源來源之一。

在辦公室、商場、工廠與倉儲中心等環境中，照明通常長時間存在，因此室內光可以提供穩定能源來源。研究指出，室內光伏技術已被廣泛研究用於 self-powered IoT devices（自供電 IoT 裝置）。

近年來，鈣鈦礦（Perovskite）材料也受到高度關注。這類新型光電材料具有：

高光吸收效率
可調整能隙
薄膜製程
柔性裝置潛力

因此，許多研究開始探索 perovskite indoor photovoltaics 與 IoT 裝置整合的可能性。 Ambient IoT：下一代物聯網架構

除了能源技術外，通訊標準也正在跟上這項趨勢。

3GPP 已在 Release 19 中研究 Ambient IoT 架構，目標是支援極低功耗裝置，例如：

能量採集裝置
微型儲能設備
回散射（Backscatter）通訊

在相關技術目標中，一些裝置類型的峰值功耗被描述為可低至 微瓦（µW）等級。

這意味著未來 IoT 裝置的能源需求將大幅降低，使 Battery-free IoT 成為可能。

未來應用場景

圖 / Researchers at Australia’s national science agency, CISRO

Battery-free IoT 最可能率先落地的場景包括：

智慧建築

溫度感測
空氣品質監測
人流感測

工業物聯網

機械設備監測
預測性維護

智慧城市

停車感測
垃圾管理
環境監測

物流與醫療

冷鏈監測
資產追蹤

一個正在成形的新 IoT 時代

Battery-free IoT 的意義並不只是「少一顆電池」，而是重新定義 IoT 裝置的能源模式。

當感測器能夠直接從環境中取得能源時，IoT 系統將有機會從需要頻繁維護的設備，轉變為幾乎自動運作的智慧基礎設施，隨著 Ambient IoT 標準逐步推進，以及室內光伏與新型光電材料的發展，無電池 IoT 系統正逐步從研究概念走向實際應用。未來的智慧城市，也許將由無數個自供電的微型感測器組成，而這些裝置將默默地運作多年，甚至不需要更換一次電池。

參考文獻: