استخراج انرژی یک مفهوم اساسی در مهندسی است. برداشت ضایعات اضافی یا انرژی موجود و بازیابی آن برای کار مفید منطقی است و عمر مفید منابع برق را افزایش می دهد. برای کاربردهای مقیاس بزرگ مانند حمل و نقل، پیاده سازی سخت افزار اضافی برای بازیابی گرمای تلف شده می تواند یک درصد (< 10 درصد) را به کارایی کلی سیستم اضافه کند. در اینجا، مورد تجاری تعداد وسایل نقلیه و منفعت خالص محیطی مثبت از تبدیل گرما به کار به جای انتشار آن در جو است.

برای الکترونیک، به طور مشابه بازده تبدیل کم انرژی (10 درصد) دامنه کاربرد برداشت کننده های انرژی برای استفاده های کم مصرف را مختل کرده است. سهم برق MCUهای بسیار کم مصرف، میزان بزرگی باتری را که با برداشت انرژی می‌تواند جایگزین کند، در حدود 1-1000 µW/cm2 محدود میکند. با این حال، چالش فنی برای بهبود راندمان تبدیل انرژی در برداشت انرژی الکترونیکی می‌تواند عملکرد دستگاه را افزایش داده و با بهبودهای بازده قابل توجهی عمر باتری را افزایش دهد یا جایگزین کند.

تمایز حداکثر توان از حداکثر راندمان ضروری است. اگرچه بهبود راندمان تبدیل توان را برای همان انرژی ورودی افزایش می دهد، اما این شرایط لزوماً با بالاترین توان منطبق نیست. در اینجا چند راه برای بهینه‌سازی برداشت‌کننده‌های انرژی بسیار کم مصرف MCU برای دستیابی به حداکثر کارایی آورده شده است.

کاربردهای مناسب برای برداشت الکترونیکی انرژی های تجدیدپذیر شامل فناوری پوشیدنی و شبکه های حسگر بی سیم خارج از شبکه است. اگرچه راندمان برداشت انرژی در این موارد استفاده خیلی زیاد نیست، معیار مهم مقایسه سهم انرژی این فناوری با باتری در مقابل هزینه آن است. با در نظر گرفتن دستگاه های خود تغذیه، سه حوزه برداشت انرژی خورشیدی عبارتند از: سلول، فضا و کارایی ماژول.

بازده سلولی به یک سلول اشاره دارد که بر اساس بار خورشیدی مورد انتظار آن را مهندسی می کند تا بالاترین وات را روی یک سلول فتوولتائیک معین تولید کند. مهندسان نسبت توان خروجی به واحد سطح را برای افزایش راندمان بهینه می کنند. حوزه سوم کارایی ماژول است که کل سیستم را در محاسبه بازده در نظر می گیرد. موثرترین راه برای بهبود راندمان برداشت انرژی خورشیدی، هدف قرار دادن سطح سلول است. استفاده از مواد فتوولتائیک پیشرفته، کارایی سلول را به حداکثر می رساند. و در حالی که افزایش بازده سیستم گاهی با محدودیت‌های بودجه در تضاد است، مهندسان می‌توانند مواد سلولی کارآمدتر را جهت دستیابی به اختلاف توان بالاتری جهت‌دهی کنند و بازده بهینه را برای شرایط توان معین به دست آورند.

استحکام نهایی یک ماده پیزوالکتریک میزان شتاب آن را محدود می کند. این سطح چگالی توان ماده را مشخص می کند و مرز بالایی را برای توان خروجی تعیین می کند. حداکثر توان خروجی در فرکانس رزونانس ماده رخ می دهد.

در مرحله بعد، برای بهینه سازی راندمان برداشت انرژی، توجه به این نکته ضروری است که هم راندمان و هم توان خروجی به شدت با فرکانس همبستگی دارند. با سطح توان خروجی دیکته شده توسط مواد، فرکانس اساسی طراحی عنصر پیزوالکتریک را هدایت می کند. تنظیم محلول برداشت انرژی پیزوالکتریک با فرکانس رزونانس آن، تداخل موج مخرب انرژی موجود برای بازپس گیری را به حداقل می رساند و توان خروجی را همراه با کارایی به حداکثر می رساند.

اثر Seebeck – تبدیل مستقیم گرما به انرژی الکتریکی – اصل راهنمای برداشت انرژی ترموالکتریک است. ترمودینامیک نشان می دهد که راندمان برداشت انرژی ترموالکتریک در شرایط با اختلاف دمای بالا بالاتر است. این گرادیان پتانسیل محرک برای انتقال انرژی است و یک راه حل با چگالی توان بالا را امکان پذیر می کند. با این حال، به ویژه در برداشت‌کننده‌های انرژی در تماس با انسان، تشخیص تفاوت دما (ΔT) عملی نیست.

اگر ΔT نتواند برداشت انرژی با راندمان بالا را ارائه دهد، تبدیل توان و هدایت حرارتی اهرم های دیگری هستند که می توانند کارایی را افزایش دهند. مواد ضخیم تر انرژی (رسانایی) بیشتری را منتقل می کنند، در حالی که تبدیل کم تلفات به انرژی، ناکارآمدی رایج در تبدیل یک نوع انرژی به شکل دیگر را کاهش می دهد.

برداشت انرژی گامی حیاتی در جهت حذف باتری ها در کاربردهای کم مصرف است. برای اطمینان از یک چشم انداز تجاری قابل دوام، باید کارایی فرآیندهای برداشت را به حداکثر برسانید تا تا حد امکان کار مفید را از منبع انرژی استخراج کنید.

راه‌حل‌های کنونی جمع‌آوری انرژی MCU کم مصرف (ULP) بازدهی حدود 10 درصد را درک می‌کنند. این تبدیل انرژی ناکارآمد باعث می شود که بازپس گیری انرژی برای موارد استفاده ULP در حد ده ها میکرووات بر سانتی متر مربع قابل اجرا باشد. دانش شما در مورد اینکه چگونه هر روش سنتی برداشت انرژی الکترونیکی انرژی را بازیابی می کند به شما کمک می کند تا متوجه شوید که این رویکرد چقدر احتمال دارد که باتری یک برنامه کاربردی را به طور کامل منسوخ کند.