Sensori per IOT e Sviluppo Sostenibile
Referente: Coppedè Nicola
Integrazione con l'approvvigionamento energetico

L'integrazione delle energie rinnovabili nella vita quotidiana e l'ottimizzazione dell'uso dell'energia sono fattori chiave per lo sviluppo sostenibile e la mitigazione dei cambiamenti climatici. In particolare, l’integrazione dell’energia rinnovabile diventa strategica nell’ambito della sensoristica messa al servizio delle smart cities.  
Nella smart city del futuro la necessità maggiore è far dialogare continuamente oggetti, infrastrutture e cittadini, e la soluzione migliore per ottenere questo sono le applicazioni di Internet of Things (IoT). L’internet delle cose, con la propria connettività onnipresente e la capacità di raccogliere, trasmettere ed elaborare grandi moli di dati da sistemi sensoristici diffusi a basso consumo di elettricità, consente di prendere decisioni che permettano di migliorare tanti aspetti legati alle città, come la qualità dell’aria, lo stato del traffico veicolare, l’illuminazione, la manutenzione, etc.

Negli ultimi anni le tecnologie outdoor di sensoristica IoT necessitano sempre di più di soluzioni mobili, che possano essere facilmente spostate e adattate continuamente al territorio urbano, indipendenti dalla infrastruttura sulla quale vengono temporaneamente installate. Ne sono un esempio le centraline meteo portatili, i sensori per il monitoraggio della salute del verde urbano o i sistemi di connettività mobile con tecnologia 5G. In questi sistemi, l’autosufficienza energetica diventa una prerogativa essenziale per il loro funzionamento e diventa basilare anche per quei sistemi IoT distribuiti che sono installati su infrastrutture che non hanno facile accesso alla rete elettrica, come ad esempio le postazioni dislocate per il bike sharing o i sistemi di videosorveglianza. In tutti questi casi le tecnologie “green” per la generazione di energia sono ottimali per alimentare i sistemi IoT in modalità “stand alone”.

La ricerca dell’AdR nell’ambito dell’energia si basa sul trovare soluzioni specifiche per alimentare i differenti sistemi di sensori realizzati in Istituto.  Tra queste soluzioni, quella più compatibile con i sistemi IoT outdoor si basa sulla tecnologia del Fotovoltaico (PV).

Da più di 12 anni l’Istituto IMEM si occupa di studiare e sviluppare il fotovoltaico flessibile per l’integrazione su edifici (Building-Integrated Photovoltaics) e prodotti (Product-Integrated Photovoltaics), utilizzando sia il Silicio cristallino che il film sottile.

Le efficienze di conversione fotovoltaica raggiunte dalle celle flessibili di ultima generazione (>22%) consentono di generare su un’area di soli 100 cm2 alcuni Watt di energia elettrica, che sono compatibili con il fabbisogno energetico di moltissimi sistemi IoT.

Tramite dei processi proprietari per l’incapsulamento, si possono produrre mini-moduli PV molto leggeri (5 grammi per ogni Watt prodotto) e ripiegabili con dimensioni personalizzabili tali da integrarsi fisicamente con il sistema e con i parametri elettrici necessari per il funzionamento del sistema sensoristico (potenza, voltaggio e corrente). Interfacciando i moduli con adeguati sistemi di storage (batterie al Litio a film sottile e ultracapacitori), si possono ottenere sistemi IoT perfettamente autosufficienti in grado di funzionare anche di notte.