能量收集的概念已經出現超過 10 年了，然而在現實環境中，由環境能源供電的系統一直很笨重、復雜和昂貴。不過，有些市場已經成功地采用了能量收集方法，如交通運輸基礎設施、無線醫療設備、輪胎壓力檢測和樓宇自動化市場。尤其是在樓宇自動化系統中，諸如占位傳感器、自動調溫器甚至光控開關等，以前安裝時通常使用的電源或控制配線，現在已經不需要了，取而代之的是，它們采用了局部能量收集系統。

能量收集系統的一個主要應用是樓宇自動化系統中的無線傳感器。為方便說明，我們考慮一下美國能源使用的分布情況。建筑物每年都是能源生產的頭號用戶，約占總能耗的 38%，緊隨其后的是交通運輸和工業領域，各占總能耗的 28%。此外，建筑物可以進一步分成商用建筑和民用建筑，在這 38% 的能耗中，分別分得 17% 和 21%。而民用建筑 21% 的能耗數字還可以進一步劃分，其中取暖、通風和空調 （HVAC） 約占民用建筑總能耗的 3/4。目前預計，從 2003 年到 2030 年，能源使用量將翻一番，依此推算，采用樓宇自動化系統可以節省多達 30% 的能源 ［數據來源：“World Energy， Technology and Climate policy outlook （WETO）”，由歐盟多個研究機構聯合撰寫］。

類似地，一個采用能量收集方法的無線網絡可以將一幢大樓中任何數量的傳感器連接起來，以在非主要區域的大樓或房間中沒人時，調節該區域的溫度或關掉該區域的照明燈，從而降低 HVAC 和電力費用。此外，能量收集電子線路的成本常常低于布設電源線的成本或更換電池所需的日常維護成本，因此用收集的能量供電之方法，顯然有經濟收益。

然而，如果每個節點都需要自己的外部電源，那么很多無線傳感器網絡就失去了優勢。盡管電源管理技術確實在持續發展，已經使電子電路能在給定電源情況下工作更長時間，但這是有限度的，而用收集的能量供電提供了一種補充方法。因此，能量收集通過將局部環境能源轉換成可用的電能，成為一種給無線傳感器節點供電或補充供電的方法。

由于所有無線傳感器節點如今都能依靠幾百 μW 至幾十 mW 的功率運作，因此用非傳統電源給它們供電是可行的。這導致了能量收集的出現，在使用電池不方便、不現實、昂貴或危險的系統中，可用能量收集提供的電力給電池充電、補充或代替電池。顯然，如果能夠把電池的更換周期從 2 年延長至 5 年或 7 年，那么實現的維護成本節省將是很巨大。

一個典型的能量收集配置或無線傳感器節點 （WSN） 由 4 個方框組成，如圖 1 所示。它們是：1） 環境能量源；2） 換能器組件和給下游電子組件供電的電源轉換電路；3） 將該節點連接到現實世界的檢測組件和計算組件 （由微處理器或微控制器組成，負責處理測量數據并將數據儲存到存儲器中）；4） 由短程無線單元組成的通信組件，用于實現與相鄰節點及外部世界的無線通信。

圖 1：一個典型的能量收集系統或無線傳感器節點的主要組成方框圖

環境能源的例子包括：連接到 HVAC 管道等發熱源的熱電發生器 （TEG） 或熱電堆；或者連接到諸如窗玻璃等機械振動源的壓電換能器。在熱源情況下，一個緊湊型熱電器件 （常稱為換能器） 可將小的溫差轉換成電能。而在存在機械振動或應變的情況下，壓電器件可用來將此類機械能轉換成電能。

一旦電能產生出來，就可以由能量收集電路轉換并調整為合適的形式，以給下游電子組件供電。因此，一個微處理器可以喚醒一個傳感器，以獲取讀數或測量值，然后讀數或測量值可由一個模數轉換器進行處理，以通過一個超低功率無線收發器傳送 （典型傳送電流水平為 20~30mA，持續時間為 1~10ms）。

最先進和現成可用的能量收集技術 （例如：振動能量收集和室內光生伏打技術） 在典型工作條件下能產生毫瓦量級的功率。雖然這么低的功率可能看似很有限，但是若干年來收集組件的工作可以說明，無論就能量供應還是就所提供的每能量單位成本而言，這種技術大體上與長壽命的主電池相當。除此之外，運用能量收集的系統一般能在電能耗盡之后重新充電，而這一點主電池供電的系統是做不到的。