压电能量收集系统市场 – 全球行业规模、份额、趋势、机遇和预测，按技术（光能、振动能、热能、其他）、组件（传感器、电源管理集成电路、存储系统）、地区和竞争情况划分，2018 年至 2028 年

市场概览

2022 年全球压电能量收集系统市场价值为 5.9793 亿美元，预计在预测期内将实现强劲增长，到 2028 年的复合年增长率为 4.75%。压电能量收集是将机械能转换为电能的过程，具体取决于在变形或压缩材料时施加的应力大小、材料晶体的变形类型和变形量，以及材料振动或压缩的频率或速度。其效应是一个可逆过程，其中表现出正压电效应（即由于应力而导致的电荷分离）的材料也表现出逆压电效应（即施加电场时出现应力和应变）。

关键市场驱动因素

对可持续能源的需求不断增长

全球对可持续能源的需求已成为压电能量收集系统市场增长的驱动力。随着世界努力解决环境问题并减少碳足迹的需求，压电能量收集系统已成为一种引人注目的解决方案，可提供清洁、可再生和环保的能源。采用压电能量收集系统的主要驱动因素之一是人们对气候变化的认识不断提高以及迫切需要摆脱化石燃料。随着各国和各行业努力实现雄心勃勃的可持续发展目标并减少温室气体排放，重点已转移到可以帮助减轻能源生产对环境影响的可再生能源技术上。压电能量收集与这一议程完美契合，因为它可以利用机械振动和运动发电，而不会产生有害排放。

此外，对可持续能源的需求不仅限于应对气候变化。它还包括对能源安全和弹性的渴望。压电能量收集系统可以在各种应用中提供局部发电，减少对集中式能源网的依赖，并增强能源弹性，特别是在偏远或离网地区。与此同时，人们越来越认识到可持续能源的经济效益。压电能量收集可以减少对传统能源和电池的依赖，从而节省成本。这些系统在电池更换和维护成本较高的应用中尤其有利，例如在远程监控设备或基础设施传感器中。

此外，全球对可持续实践的承诺已导致监管激励和补贴，以促进可再生能源技术的采用，包括压电能量收集。世界各国政府和组织正在提供财政激励和支持，鼓励将这些系统集成到各种应用中。随着对可持续能源解决方案的需求不断激增，全球压电能量收集系统市场有望实现大幅增长。这些系统不仅提供了环保的替代方案，而且还有助于能源安全、节约经济和提高能源弹性。在一个越来越注重可持续性的世界里，压电能量收集系统在塑造清洁高效能源生产的未来方面发挥着关键作用。

小型化和物联网设备

小型化和蓬勃发展的物联网 (IoT) 格局有望成为推动全球压电能量收集系统市场迈向新高度的强大驱动力。这两种趋势的融合引发了对紧凑、高效和可持续电源的需求激增，而压电能量收集系统已成为完美的选择。物联网设备的迅速普及正在重塑我们与环境互动和收集数据的方式。这些设备包括智能恒温器、可穿戴健身追踪器和工业传感器，正成为我们日常生活和工业中不可或缺的一部分。然而，许多物联网设备的致命弱点在于它们对传统电池的依赖，而传统电池既笨重又有限，而且对环境不友好。这时，压电能量收集技术便可以发挥作用，改变现状。

压电能量收集系统利用机械振动和运动，将其转化为电能。在物联网设备小型化的情况下，这意味着日常动作（例如行走或机器的细微振动）都可以用作电源。这不仅可以延长物联网设备的使用寿命，还可以减少频繁更换电池的需要，降低维护成本并最大限度地减少对环境的影响。此外，小型化不仅仅是让设备变得更小，它还意味着让它们更高效、更能自我维持。压电材料可以集成到物联网设备的结构中，也可以整合到其组件中，从而使其更节能、更环保。这种集成可以实现在适当条件下可以无限期运行的能源自主设备。

随着物联网继续渗透到医疗保健、制造业、农业和智慧城市等各个行业，对压电能量收集系统的需求将呈指数级增长。这些系统符合物联网的核心原则——连接性、可持续性和效率，因此对于物联网革命来说是必不可少的。随着材料和技术的进步，由压电能量收集系统供电的微型物联网设备的未来前景非常光明，它将推动全球市场的增长，并为建立一个更加可持续和互联的世界做出贡献。

主要市场挑战

能量输出有限

压电能量收集系统的能量输出有限，这是全球压电能量收集系统市场面临的一个重大障碍。虽然这些系统提供了一种有希望的可再生能源，但其相对较低的能量生产能力带来了挑战和限制，可能会阻碍它们的广泛应用。其中一个最重要的问题是某些应用的能量输出不足。压电能量收集系统主要依靠机械振动和运动来发电。这些振动通常很细微，可能无法为具有更高能量需求的设备或系统提供足够的能量。因此，压电能量收集更适合低功耗和间歇性应用，例如传感器、无线设备和某些物联网应用。

与其他可再生能源（如太阳能或风能）相比，这种限制变得尤为明显，因为太阳能或风能可以产生更多电力。例如，太阳能电池板可以在适当的条件下产生稳定的电力供应，使其更适合大规模或连续的电力需求。除了有限的能量输出外，振动源的多变性也带来了另一个挑战。压电能量收集的效率高度依赖于振动的频率和幅度。在现实世界中，这些因素可能会波动，从而影响发电的一致性和可靠性。例如，在城市环境中，行人或车辆产生的振动可能并不总是与设备的能量需求一致。此外，考虑到能量输出，压电能量收集系统的成本效益可能会受到质疑。在某些情况下，实施和维护这些系统的成本可能超过其收益，尤其是与更成熟、更高效的能源相比时。

克服这些挑战的努力包括研究先进材料和工程技术以提高能源转换效率，以及开发储能解决方案以存储收集的能量以供低振动期间使用。然而，解决有限的能量输出仍然是将压电能量收集的适用性扩展到更广泛的能源密集型应用方面的持续挑战。总之，虽然压电能量收集系统在可持续性和环保方面具有不可否认的优势，但其有限的能量输出仍然是一个重大挑战。克服这一限制对于充分发挥压电能量收集的潜力并将其市场范围扩大到低功耗、间歇性应用之外至关重要。

振动源变化

振动源的变化对全球压电能量收集系统市场的增长构成了显著障碍。压电能量收集系统依赖于将机械振动和运动转换为电能，高度依赖于这些振动的特性。振动源的不一致性和不可预测性会严重影响这些系统的可靠性和效率。其中一个根本挑战是现实环境中振动的不规则性。这些振动的频率、幅度和方向可能有所不同，因此很难设计出能够持续捕获这些能量并将其转换为电能的压电能量收集系统。例如，在城市环境中，人流、车辆运动和其他振动源可能会以不规则的间隔和强度发生，因此很难预测何时以及可以收集多少能量。

由于不同的应用和行业可能具有独特的振动曲线，因此加剧了振动源的可变性。例如，工业机械中经历的振动与运输系统或消费电子产品中遇到的振动不同。这种来源的多样性需要定制解决方案和工程设计，从而增加了压电能量收集系统实施的复杂性和成本。此外，压电能量转换效率高度依赖于共振频率。如果振动与所用压电材料的共振频率不一致，能量转换效率可能不理想，从而导致能量损失。实现与变化多端且不可预测的振动源的共振可能是一项艰巨的任务。

可靠性是另一个关键问题。在需要稳定可靠电源的应用中，例如远程监控设备或某些物联网应用，振动源的变化可能导致电源中断或能量产生不足。这种不可靠性会破坏对关键应用的压电能量收集系统的信任。

应对振动源变化的挑战需要创新的工程解决方案、自适应算法以及开发能够在各种振动条件下有效工作的材料和设计。此外，预测建模和数据分析可以在更好地理解和利用不同的振动源方面发挥作用。总之，振动源的不一致性和不可预测性对压电能量收集系统的广泛应用构成了重大挑战。开发能够应对这些变化的多功能和适应性解决方案对于提高这些系统在广泛应用和行业中的可靠性和有效性至关重要。

材料特性

在全球压电能量收集系统市场中，材料特性是一个重大挑战。压电能量收集系统依赖于能够将机械振动转换为电能的专用材料。虽然这些材料具有使其适合此目的的独特性能，但需要解决与材料特性相关的几个挑战，以促进这些系统的广泛采用。主要挑战之一是找到在效率、耐用性和成本效益之间取得适当平衡的材料。压电材料必须表现出高的压电系数，这决定了它们有效地将机械能转换为电能的能力。实现高效率对于最大限度地利用从振动中收集的能量至关重要。然而，具有优异压电性能的材料可能价格昂贵，并且难以大批量生产。

耐用性是另一个关键因素。压电能量收集系统通常用于暴露于环境因素（包括温度变化、湿度和机械应力）的应用中。所用材料必须能够承受这些条件，并且不会随着时间的推移而出现明显退化。开发既具有高压电性又耐用的材料仍然是一项挑战，特别是对于在恶劣环境中长期应用而言。材料特性的另一个方面是选择适合特定应用的材料。不同的材料可能更适合某些振动频率或振幅。挑战在于将材料特性与振动源的特性相匹配，以确保最佳的能量转换效率。这需要深入了解压电材料领域，并能够根据特定应用要求定制材料。此外，这些材料的可用性和采购也可能是一个挑战。随着能量收集应用的增长，市场对高质量压电材料的需求正在增加，这可能导致供应链限制和价格波动。此外，虽然研究继续推进压电材料的发展，但考虑到减少能源生产对环境的影响的总体目标，寻找可持续且环保的材料变得越来越重要。

主要市场趋势

物联网 (IoT) 和无线传感器网络的兴起

物联网 (IoT) 和无线传感器网络的兴起是推动全球压电能量收集系统市场迈向新高度的强大驱动力。这一趋势正在改变各个行业的联网设备和传感器的格局，而压电能量收集系统在满足这些设备的电力需求方面发挥着关键作用。物联网和无线传感器网络的普及推动了市场的发展，低功耗设备普及：物联网设备和无线传感器通常设计为低功耗和节能，以延长其使用寿命。压电能量收集系统完美地满足了这一要求，为这些设备提供了可持续和可靠的能源。

更换电池和减少维护：在许多物联网和传感器应用中，频繁更换电池在后勤上具有挑战性且成本高昂，尤其是对于远程或无法访问的设备。压电能量收集减少或消除了更换电池的需要，从而降低了运营成本和维护工作量。延长设备寿命：由压电能量收集系统供电的物联网设备和传感器可以长时间不间断运行。这种长寿命在需要持续数据收集和通信的应用中尤其有价值。

环境传感：物联网和无线传感器网络在环境监测方面发挥着重要作用，例如空气质量测量、气象站和污染控制。压电能量收集使这些设备能够在偏远或环境敏感区域自主运行，从而提高数据收集的质量和准确性。智能建筑和基础设施：在智能建筑应用中，压电能量收集可以集成到结构中，为物联网传感器供电，用于占用检测、温度监测和能源管理。同样，在基础设施应用中，压电材料可以从桥梁和道路的结构振动中捕获能量，从而提高智能城市计划的效率。可穿戴设备：可穿戴技术市场正在蓬勃发展，许多可穿戴设备都集成了物联网功能。压电能量收集可用于为这些可穿戴设备供电，通过利用穿戴者的运动能量，减少频繁充电的需要。

工业物联网 (IIoT)：在工业环境中，无线传感器网络用于状态监测、预测性维护和流程优化。压电能量收集可以为这些传感器提供自给式电源，确保连续收集数据而无需停机。环境可持续性：由压电能量收集供电的物联网设备通过减少对一次性电池的依赖和最大限度地减少电子垃圾，为环境可持续性做出了贡献。研究与开发：压电能量收集技术的研发工作受到物联网和传感器网络领域日益增长的需求的推动。这导致了材料和系统设计的创新，进一步提高了能量收集效率。总之，物联网和无线传感器网络的兴起正在彻底改变各个行业，而压电能量收集系统正处于这一转变的最前沿。这些系统为庞大的低功耗设备网络提供可靠且可持续的解决方案，使其更高效、更具成本效益且更环保。随着物联网的不断扩展，全球压电能量收集系统市场有望实现大幅增长。

压电材料的进步

压电材料的进步有望成为全球压电能量收集系统市场增长的主要驱动力。这些材料是压电能量收集的核心，持续的研究和开发工作正在不断提高它们的效率、耐用性和多功能性。以下是压电材料的进步如何塑造市场，提高效率：先进压电材料的主要优势之一是其提高了能量转换效率。研究人员正在开发具有更高压电系数的材料，这意味着它们可以有效地将机械振动和运动转换为电能。更高的效率使压电能量收集系统能够从相同的输入中产生更多的电能，从而使其更加实用和具有成本效益。

扩展频率范围：先进的压电材料可以在更广泛的频率范围内工作，从而使它们能够从更广泛的振动源中捕获能量。这种适应性对于各种应用都至关重要，从工业机械中的低频振动到消费电子产品中的高频振动。耐用性和可靠性：耐用性是一个关键因素，尤其是在压电能量收集系统暴露于恶劣环境的应用中。材料的进步带来了更坚固耐用的选择，可以承受温度变化、湿度和机械应力而不会出现显著的性能下降。这提高了这些系统的可靠性和使用寿命。

小型化：随着设备越来越小型化和紧凑化的趋势持续，压电材料也在不断发展以满足这些需求。先进的材料可以针对小型化应用进行定制，从而将能量收集功能集成到更小、更高效的设备中，例如可穿戴设备和物联网传感器。定制和剪裁：研究人员正在开发可以根据特定应用进行定制和剪裁的压电材料。这种灵活性允许对材料进行优化，以匹配不同行业和用例的振动特性和要求。

可持续性：材料的进步也注重可持续性。正在开发环保和无铅压电材料，以符合环境法规和可持续发展目标。经济高效的解决方案：虽然高性能材料必不可少，但研究人员也在探索具有成本效益的解决方案，以使压电能量收集系统更容易获得。这涉及在性能和可负担性之间找到适当的平衡。集成：先进的压电材料可以更无缝地集成到各种结构和设备中，从而增强其实用性和多功能性。这种集成能力为基础设施、建筑物甚至服装中的能量收集开辟了新的机会。

总之，压电材料的进步处于全球压电能量收集系统市场创新的前沿。这些材料是提高能量收集系统的效率、可靠性和可持续性、扩大其在不同行业的适用性以及推动市场增长的关键。随着该领域研究的不断深入，我们可以期待未来会有更多令人兴奋的发展和应用。

细分洞察

技术洞察

光能收集将主导市场，压电能量收集系统市场分为光能收集和电磁能收集。2019 年，光能收集技术占据了能量收集系统市场的最大份额。光能收集的增长还归因于越来越多的公司参与生产用于楼宇自动化、消费电子产品和安全应用的太阳能产品。而电磁收集是通过流体流动和电磁感应将流动能量转化为电能。开发了一种用于估算能量收集器产生电压的有限元模型。

区域洞察

预计北美将在预测期内占据市场主导地位。由于该地区持续快速的技术进步，北美已成为建筑和家庭自动化投资的最关键市场，这些市场采用可再生能源并推动对能量收集系统的需求。

该地区的大部分收入来自美国。由于政府打算让国家成为一个能源独立的国家，并且工业和交通运输部门蓬勃发展，预计该行业将经历显着扩张。

与其他市场相比，北美市场正在经历工业物联网的高水平采用，从而推动了对能量收集系统的需求。

政府减少过时和公共建筑能源排放的计划也促进了这一增长。例如，由于美国总务管理局与 IBM 签署了一项协议，联邦政府能源密集度最高的 50 栋建筑将安装先进的智能建筑技术。

此外，智慧城市项目的启动改变了当地的市场环境。除了举办活动以促进参与在全国范围内创建智慧城市的城市、企业和大学之间的合作和知识共享外，这项工作还包括各种补助金和资助计划。

最新发展

• 2022 年 9 月，E-Peas SA 和 Energous Corporation 宣布推出一款新的无线能量收集评估套件，该套件专为智能建筑/智能家居、工业物联网医疗以及零售和仓库资产追踪器的能量收集应用而开发。该套件包括该公司的 1W WattUp PowerBridge 发射器，提供无线解决方案，使设备制造商能够在一系列连接的设备上实现无线电源和能量收集，以及来自 e-peas 的两块评估板：AEM30940 RF 评估板和 EP112 能量收集优化天线评估板。

主要市场参与者

• Powercast Corporation
• 德州仪器公司
• 富士通有限公司
• ABB 有限公司
• 霍尼韦尔国际公司
• STMicroelectronics NV
• EnOcean GmbH
• Voltree Power Inc.
• Bionic Power Inc.
• Energy Partners.