能源真的免费吗？

能量是必不可少的；我们不能没有它。除了物质之外，我们周围的一切都是能量。我们有什么样的能量，为什么？

在我们之前的系列文章中，我们分析了俯冲到我们身上的引力波的存在，以及一系列声音和宇宙射线，即电子和各种粒子，它们在宇宙演化后导航。爱因斯坦的相对论描述了引力波的物理性质。它们带来能量，非常低的能量值，不像太阳免费发送给我们的光子（量子），无需任何额外费用来为我们的房屋供电。太阳本身代表了最重要的无限来源，它使我们能够使用免费电力或收集太阳能来发电。新的设计和制造方法使现代太阳能电池板更实惠、更高效。活力收集收集少量的能量，为现在接近物联网的各种小型设备提供动力（物联网，即所有连接的东西——智能手机是物联网设备的一个例子）。

今天，我们知道宇宙射线是原子的碎片，例如质子（带正电的粒子）、电子（带负电的粒子）和原子核。宇宙射线不断地降落在地球上，而高能“初级”射线与地球上层大气中的原子碰撞而很少到达地面，而“次级”粒子则从这种碰撞中喷出并到达我们身边。但是当这些宇宙射线到达地球时，就无法追踪它们的起源。这是因为当他们穿越多个磁场（银河系、太阳系和地球本身）时，他们的路径发生了变化。科学家们正试图通过观察它们的成分来追踪这些宇宙射线的起源。

新能源的需求一直是热门话题。如今，随着减少对化石燃料来源的依赖的需求日益增长，这一点变得更加重要。能量收集是近期的创新“电源”。

能量存在于我们周围，既可以作为人工源（参见移动射频源），也可以作为自然源，例如以光子或亚原子粒子形式存在的太阳辐射。能量收集是一种用于从环境中收集能量并随后将其转化为电能或电能的技术。这种转换利用了各种能源，包括光、热和振动源。光电、热电、压电和电动技术是众所周知的，通常用于为无线传感器网络 (WSN) 传感节点供电，这些节点将数据传输到物联网内的中央控制器。能量收集技术可用于提高工业系统的可靠性和可用性。在这些工业背景下，可能是机器本身提供了“内在”能源，例如热量和振动。例如，热电发电机 (TEG) 可以利用发动机与环境之间的温差（在某些情况下低至 10°C）来提供为无线传感器供电所需的能量。无论使用何种能量收集技术，传感器都可以为机器健康监测系统提供关键输入，但它也可以是控制系统中易于安装的反馈元件（无需接线）。

用于医疗用途的可穿戴设备是能够检测、存储和传输重要参数（例如，心率、氧饱和度和呼吸频率）的设备。这些参数是实时测量的，并指示何时超过某些关键阈值。能量收集解决方案被设计为电池的辅助电源，或作为可穿戴设备永久使用的独立电源，不受功耗限制。

让我们尝试分析一些来源，或者至少是一些用于能量收集的技术，让我们从最常见的一种开始，太阳能。

审核编辑 黄昊宇