חברת סול צ’יפ פיתחה סוללה סולארית המבוססת על יישום תאים סולאריים בתעשיית הצ’יפים, המותאמת לצרכים של התקנים ניידים ואלחוטיים ומיועדת להחלפת הסוללות הקיימות באנרגיה נקייה, חסכונית ולא מזהמת. הטכנולוגיה המהפכנית של סול צ’יפ המוגנת בפטנטים, מאפשרת בין היתר הגדלת עצמאות של יישומים זעירים, הארכת משך חיי הסוללה, הפחתת עלויות וזיהום סביבתי וכן הגברת היעילות והאמינות של הסוללה הסולארית.
רמי פרידלנדר, מייסד שותף וטכנולוג בכיר, סול צ’יפ
קוצרים אנרגיה
אחד מפלחי השוק המרתקים באינטרנט של הדברים (IoT) הוא של יחידות קצה אוטונומיות המוצבות בשטח וכוללות חיישנים ויחידות הפעלה (actuators). החיישנים אוספים נתונים על מנת להעלותם לענן, ויחידות ההפעלה (לדוגמא: ברז השקיה אוטומטי בשדה) מיישמים בשטח את ההחלטות של האלגוריתמים הרצים בענן. אחד האתגרים הטכנולוגיים העיקריים בתחום, הוא כיצד לספק אנרגיה ותקשורת ליחידות הקצה הללו, על מנת להפוך אותן לאוטונומיות, ללא צורך בפריסת תשתית, ולמזער את הצורך בתחזוקה שוטפת שלהן ואת הנזק הסביבתי.
רמי פרידלנדר הוא מייסד שותף והטכנולוג הראשי של חברת סול צ’יפ (Sol Chip החיפאית) בוגרת חממת האגטק של קבוצת (Trendlines) שפיתחה טכנולוגיית קצירת אנרגיה (energy harvesting) סולארית מהפכנית לתחום ה-IoT. בתור הטכנולוג הראשי, התמחה פרידלנדר ביישומי IoT בדגש על אספקת אנרגיה ותקשורת לחיישנים ואקטואטורים במגוון רחב של יישומים – חקלאות מדויקת, עיר חכמה, מערכות אבטחה, מעקב אחרי ציוד, “רשת חכמה” (Smart Grid), קמעונאות, בתים חכמים, ועוד.
פרידלנדר מעניק תמונה רחבה על מגוון הטכנולוגיות ומערכת השיקולים המורכבת בבואנו לתכנן פתרון ליחידת קצה של IoT.
מערכת שליטה על סנסור חקלאי אלחוטית Sol-Chip SCC-S433, הכוללת שני שבבים סולאריים
כיצד לגשת לבעיית תכנון מערכת אספקת האנרגיה והתקשורת ליחידת קצה?
“השאלה הראשונה היא מהן התשתיות הקיימות אליהן ניתן להתחבר: האם יש באתר חשמל? ואם כן, מה האמינות והעלויות שלו? האם יש תקשורת קווית? איזו תשתית אלחוטית סלולארית או אחרת קיימת והאם היא מתאימה? במידת האפשר, יש יתרון כמובן לשימוש בתשתיות הקיימות. המקרה הפשוט הוא המקרה בו יש חשמל וחיבור חוטי לסנסור בפרוטוקול מקובל כגון “4-20” או RS-485. כאשר אין חשמל, יש לבחון את האפשרויות של סוללות וקצירת אנרגיה. כאשר אין חיבור תקשורת חוטית, אזי יש לבחון את האפשרויות של תקשורת אלחוטית”.
מהם היתרונות והחסרונות של סוללות?
“הסוללות המתכלות (primary batteries) הן פתרון נוח בהרבה מקרים. זה הפתרון שמוצאים במכשירים ביתיים רבים, “טיפשים” וחכמים. הסוללות אינן יקרות במיוחד (אלא אם צריך כמות אנרגיה גדולה הדורשת הרבה סוללות). החיסרון העיקרי הוא כמובן הצורך בהחלפת הסוללות והזיהום הסביבתי שהן יוצרות. בעוד החלפת סוללות בשלט הטלוויזיה הביתית הוא פעולה פשוטה יחסית, העסק נהיה מאוד מסובך ויקר ביחידות קצה ביישומי IoT הפרושות במקומות מרוחקים (כגון לאורך קווי גז, או בשדות חקלאיים) כי יקר לשלוח צוות טכני להחלפת הסוללות ולפנות אשפה מזהמת. בהרבה יישומים, היחידות המרוחקות נתונות באריזות אטומות (למשל תקן IP67) נגד מים – דבר המסבך את תהליך ההחלפה, דורש טכנאים מיומנים וציוד מיוחד ועדיין עלול לפגוע באטימה. רוב המערכות הפרושות כיום המשתמשות בסוללות סובלות מבעיות אלה. בעיה נוספת הוא מחיר וגודל הסוללות. במקרה בו רוצים חיי מוצר ארוכים – יש לזכור כי סוללות מאבדות בעצמן את האנרגיה האצורה בהן עם הזמן ומאבדות את היכולת לספק אנרגיה לפולסים של זרם כפי שנדרש מהרבה מאד מערכות, כמו מערכות מבוססות תקשורת. לכן קשה מאוד להגיע ליישומים מבוססי סוללות מתכלות שיעבדו 5 שנים. הבעיה הנוספת המתחדדת לאחרונה קשורה להגנת הסביבה. תקינה חדשה המבקשת להילחם בהשפעה הסביבתית השלילית של סוללות מתכלות המכילות מתכות כבדות מטילה סנקציות על מוצרים ושירותים הדורשים החלפה תדירה של סוללות, וכך היצרן ו\או המשתמש הסופי נאלצים להוסיף למחיר הסוללה גם את המס הכרוך בהשפעה הסביבתית השלילית שלה”.
ומה עם סוללות נטענות?
“סוללות נטענות הן בהרבה מקרים הפתרון הרצוי, אך יש לקחת בחשבון הן את מערכת הטעינה וההגנה על סוללות אלו – נדבך שלם נוסף בתכנון המערכת, והן את הצורך בסוללות נטענות אשר יכולות להתמודד עם פעילות בתנאי סביבה וחיי פעולה ארוכים. השאלה הראשונה היא מה מקור הטעינה של הסוללה. בעוד בטלפון הנייד או במצלמה מקובל לטעון את הסוללה על ידי מטען שמחובר לרשת החשמל אחת לכמה זמן, הרי שבמערכת המורכבת במקום רחוק לגישה ומרותקת למקומה, מקור האנרגיה לטעינת הסוללה יהיה לרוב מבוסס על קצירת אנרגיה – סולארי, קינטי, אלקטרומגנטי, וכיו”ב”.
-
- המערכת בכרם- קרדיט צילום בועז בריגר
-
- המערכת מותקנת בספרד – קרדיט צילום רון לירז
-
- מערכת SCP: סוללה סולארית של סול צ’יפ על בסיס טכנולוגיית LightBattery הכוללת שני שבבים סולאריים
מהם השיקולים בבחירת טכנולוגיה לקצירת אנרגיה?
“לאנרגיה הסולארית יש יתרונות רבים ולכן היא גם הטכנולוגיה הנבחרת במרב האפליקציות, אך היא רלוונטית כמובן רק היכן שיש אור לפחות למספר שעות ביום. זה יכול להתקיים בתוך מבנה (תאורה מהחלונות ו\או תאורה מלאכותית) וכמובן בחוץ. במערכת המתוכננת היטב, הסוללה הנטענת אוגרת את האנרגיה בשעות האור על מנת לספק חשמל גם בלילה וגם בתקופת החורף בארצות שאינן רוויות אור (כמו אירלנד). כמו כן באפליקציות ספציפיות, יש מקום למקורות קצירת אנרגיה ספציפיים. למשל, בחיישני לחץ אויר בתוך צמיגים אפשר לקצור את האנרגיה הקינטית מסיבוב הגלגל, ובאפליקציות המשתמשות בכמות ממש מזערית של אנרגיה, ניתן להשתמש בקצירת אנרגיה אלקטרומגנטית, כגון בתגי RFID פאסיביים ועוד”.
פאנל סולארי זעיר בתוך שבב
מה מיוחד בתא הסולארי של סול צ’יפ?
“סול צ’יפ היא חברת סטארט-אפ חיפאית שהמציאה את טכנולוגיית ™LightBattery – פאנל סולארי זעיר בתוך שבב. ברגע שהפאנל נמצא בתוך שבב, ניתן להרכיבו על מעגל אלקטרוני (PCB) בטכנולוגיות הרכבה רגילות, כמו כל רכיב אחר. זה מאפשר תשומות ייצור זולות ומקנה לפאנל הסולארי אמינות ועמידות בתנאי סביבה קיצוניים – יכולות שאינן קיימות בפאנלים רגילים. יתרון נוסף הוא היכולת של הרכיב לספק בו זמנית מספר מתחי עבודה השימושיים כיום במערכות אלקטרוניות. בעתיד, נשתמש בתהליך שפיתחנו על מנת להוסיף שכבה של פאנל סולארי למערכות על שבב (SoC) וכך אפשר יהיה לפתח מערכות אוטונומיות על שבב – עם מערכת קצירת האנרגיה כבר בפנים”.
במידה ובחרנו במקור אנרגיה סולארית, כיצד ניגשים לתכנון של המערכת האנרגטית ומערכת התקשורת ביחידת הקצה?
“השלב הקריטי הוא אפיון צריכת האנרגיה. מהם צרכני האנרגיה – היחידה עצמה כולל המעבד והרדיו, והחיישנים ויחידות ההפעלה (האקטואטורים) – הפנימיים והחיצוניים. אחרי שמזהים את צרכני האנרגיה, מאפיינים את פרופיל השימוש: זרם הזליגה במערכת, כמה הפעלות ביחידת זמן של כל אחד מהחיישנים\יחידות ההפעלה, כמה פעמים הרדיו מאזין ולכמה זמן, כמה שידורים, וכו’. כיון שמדובר באנרגיה סולארית, יש לדעת כמה אור יש. אם השימוש הוא בתוך מבנה, חיוני לבחון את עצמת ההארה במבנה. אם השימוש בחוץ, חיוני לבחון את מיקום היחידה (מדינה/מדינות או קו רוחב יחסית לקו המשווה). על בסיס מידע זה, ניתן לאפיין את המערכת האנרגטית”.
מה הופך מערכת אנרגיה סולארית לטובה?
“אולי זה יישמע מוזר אבל הרבה לקוחות של סול צ’יפ שמשתמשים כיום בסוללות מתכלות, לא יודעים מהו פרופיל השימוש באנרגיה. כיוון שה-IoT זה תחום חדש יחסית, ישנם הרבה מוצרים בשוק שתוכננו לשימוש בסוללות מתכלות מבלי לתת את הדעת לכמות האנרגיה שהמערכת צריכה. התכנית התבססה על אנליזה גסה, והתקשתה להשיג את יעדיה עד להחלפת הסוללה. כאשר בונים מערכת אנרגיה סולארית אין קיצורי דרך – חייבים אפיון מלא. אמנם מדובר במאמץ ראשוני, אך התמורה היא גבוהה: על ידי תכנון מערכת נכון יתקבל פתרון שאינו דורש תחזוקה כלל 10 שנים ויותר!”
זה מדהים כשמסתכלים על עלות אחזקה כוללת (Total Cost of Ownership)…
“נכון. לדוגמא, בהשוואה למערכת שדורשת החלפת סוללות כל שנתיים, רואים פתאום מוצר הפועל ברציפות במשך למעלה מ-10 שנים ובכך מייתר 4 החלפות סוללה וחיסכון רב!”
הסוד טמון בתחזוקה מינימאלית
אילו עוד שיקולים תוכל לחלוק אתנו בתכנון המערכת?
“אפליקציות שונות דורשות דגשים שונים. המכנה המשותף לרוב הוא, בנוסף לתחזוקה מינימלית שציינתי מקודם, גודל קטן, קלות התקנה ומחיר נמוך. למשל, בתחום החקלאות המדויקת יש כיום פתרונות המכילים פאנלים סולאריים בגודל 30X30 ס”מ, מותקנים על עמוד יצוק בקרקע, עם סוללה נטענת גדולה וקופסת אלקטרוניקה. ברור שזה לא יכול להיות זול – מבחינת החומרה ומבחינת ההתקנה. המחירים של מערכות אלה כיום נעים באזור 500$ עד 1,000$ ליחידת שדה. זאת ועוד, יש לזכור כי הגודל של המערכות מפריע לעבודת השדה הממוכנת. המחיר והגודל הללו מרתיעים חקלאים רבים מלשקול שימוש בטכנולוגיות חקלאות מדויקת, וחבל. במערכות שאנחנו פיתחנו, אנו משלבים בתוך קופסה קטנה של 12X8X4 ס”מ את הכל – פאנל סולארי, אגירת אנרגיה, מעגלי בקרה ורדיו. המחיר יורד לאזור ה100$- לחיישן או ברז וההתקנה יכולה להתבצע על ידי כל אחד ללא צורך ביציקות או פעולות מורכבות אחרות. מערכות אלה מתקבלות בהתלהבות גם במדינות מערביות וגם במזרח הרחוק”.
סול צ’יפ פיתחה את השבב הסולארי, שזכה להמון תשומת לב. מדוע אנו רואים כעת את סול צ’יפ מוציאה מוצרים שלמים?
“מאז זכתה בפרס הראשון בתערוכת IDTechEx ב-2013 בקטגוריית קצירת אנרגיה (Energy Harvesting) זכתה החברה בשלל פרסים ביניהם דרוגה כחברה חדשנית בתחום האנרגיה ב-2016 ע”י FAST. השבב הסולארי שגודלו 1X1 ס”מ הוא בעל תכונות ייחודיות המאפשרות תכנון של יחידות קצה זעירות, זולות, שאינן צריכות תחזוקה במשך 10 שנים ויותר. על מנת למצות את היתרונות הגלומים בשבב פיתחנו הרבה ידע מסביב, הכולל: כיצד לקצור ולאגור את האנרגיה, איזו סוללה נטענת מתאימה לדרישה של העדר תחזוקה ל-10 שנים ויותר, כיצד להגן על הסוללה הנטענת ולמקסם את אורך חייה, כיצד לתכנן את המעגלים האלקטרוניים של הבקרה והרדיו בתנאי אנרגיה סולארית, תכנון לטווחי טמפרטורה ותנאי סביבה קיצוניים ועוד, וכל זאת במחיר חמרה מינימאלי. את הידע הזה יישמנו במוצר הראשון שלנו בתחום החקלאות המדויקת, ואמנם המוצר מציג מעטפת ביצועים ללא תחרות, שכן לא ידוע לנו על יצרן אחר שטיפל בכל הנושאים הללו תחת קורת גג אחת. על בסיס המוצר הראשון יש לנו היום חבילת ידע שנוכל למכור ללקוח המעוניין לפתח את היחידה בעצמו תמורת דמי רישיון”.
האם אפשר לרכוש רק את השבב?
“אפשר לרכוש ערכת הדגמה (evaluation board) של השבב, על מנת להתרשם מביצועי היעילות של השבב כתא הסולארי, אך כאמור זו לא כל התמונה מבחינה הנדסית כי במוצר יש לשלב את הידע הנוסף שהזכרתי לעיל. יש לנו גם את קו מוצרי SCP – שהשקנו בשנה שעברה, הכולל שבבים סולאריים ומערכת טעינה ואגירת אנרגיה, והגנה על הסוללה הנטענת. מוצר זה מופיע במספר גרסאות – עם שבב אחד, שניים, או שלושה שבבים. SCP מיועד ללקוחות המעוניינים לשלב מערכת אנרגיה סולארית לתוך החומרה שלהם”.
מה הסטטוס של המוצרים שלכם?
טכנולוגית ™LightBattery מתאימה כאמור למגוון אפליקציות IoT. במסגרת קו המוצרים – Sol Chip CommTM אנו משיקים את SCC-S433, הפועל בתדר 433MHz שנבנה עבור אפליקציות חקלאות מדויקת. המוצר יכול להפעיל מספר סנסורים, ומשדר לטווח של עד 1,500 מטר אל מרכזיה ודרכה לתשתית LAN או WiFi או 3G/4G. המכשיר תומך במגוון חיישנים ופועל ללא תחזוקה למעלה מ-10 שנים. מערכות SCC מתקבלות בהתלהבות, והיו בבדיקות אצל לקוחות בשנה האחרונה – בישראל, סין, ארגנטינה, סינגפור, ספרד ועוד. בעקבות הבדיקות המוצלחות קיבלנו הזמנות כמותיות, וכיום אנו מרימים קו ייצור המוני ומספקים את ההזמנות הראשונות. כמו כן, השנה אנו מופיעים לראשונה בתערוכת ההשקיה הגדולה בלאס וגאס בדצמבר הקרוב, שם נשיק באופן רשמי את ה-SCC”.
בתכנון: שווקים גדולים מעבר לים
היכן מתרכזות המכירות שלכם כיום ?
“המשקיעים הסינים בסול-צ’יפ פותחים לנו דלתות, ויש לנו משרד מאד פעיל בסין. עיקר הפעילות הינו בתחום החקלאות המדויקת. משקיעים רבים מגיעים אלינו כמעט כל יום ואנחנו בקשר עם יצרני ציוד חקלאי ועם הממשל בסין. במקביל, יש לנו מכירות יפות בספרד שהיא מעצמה של חקלאות מדויקת, ובארגנטינה”.
מה התכניות של סול צ’יפ להמשך?
“סול צ’יפ היא מובילה עולמית בתחום קצירת אנרגיה סולארית בסביבה דלת הספק. אנו ממשיכים לפתח את טכנולוגיות הליבה שלנו – וכיום בודקים דגמים של הדור הבא של השבב, דור שלישי של פאנל סולארי על שבב, המציג ביצועים משופרים ב-100% ויותר מבחינת יעילות וביצועים בתנאי אור מגוונים. השבבים הללו יגיעו למוצרים שלנו במהלך השנה הקרובה. כמו כן כל העת אנו שוקדים על שיפור מעגלי ניהול האנרגיה. במקביל, אנו מפתחים 4 מוצרים בתחומי IoT נוספים – באפליקציות עיר חכמה, מעקב אחרי ציוד, Smart Grid, ועוד”.
קרדיט תמונות: ארתור דריגנט
ד”ר שני קיסר, מייסדת ומנכ”לית סול צ’יפ
ד”ר שני קיסר, מייסדת ומנכ”לית סול צ’יפ
ד”ר שני קיסר, ד”ר להנדסת חומרים עם רקורד של למעלה מעשור שנים בתעשיית השבבים ופעילה סביבתית. כשהקימה את “סול צ’יפ” בשנת 2009, החליטה לחבר בין הידע והניסיון שלה בחומרים בתעשיית המוליכים למחצה לנושא איכות הסביבה. לדבריה, “אוכלוסיית העולם צומחת בהתמדה ונזקקת לפתרונות של מזון זמין ואיכותי. בהקשר זה, משימת האגטק היא לפתח טכנולוגיות שיאפשרו הגדלת יבולים תוך הורדת התשומות הנדרשות. מענה לצורך זה מגיע מטכנולוגיות חדשות, העוסקות במסלול שעובר המזון בדרכו לצלחת. טכנולוגיה שתייעל את העבודה של החקלאי, תעלה את הרווחיות ותקטין את טביעת הרגל על כדור הארץ ואת הפגיעה הסביבתית. במקרה של סול צ’יפ, התייתרות התלות בסוללות הפוגעות בסביבה היא נדבך חשוב”.
