W przestrzeni miejskiej nieustannie krąży ogromna liczba sygnałów radiowych — od Wi-Fi w naszych domach i biurach, przez fale radiowe FM i AM, aż po sygnały z urządzeń IoT, nadajników komórkowych czy systemów komunikacji miejskiej. Choć zazwyczaj myślimy o nich wyłącznie jako o nośnikach danych, w rzeczywistości są one również formą energii, która nieustannie „płynie” przez powietrze.
Pojawia się więc naturalne pytanie: ile tej energii tak naprawdę jest wokół nas? Czy fale radiowe niosą jej na tyle dużo, by mogły zasilać urządzenia? A jeśli tak — to jakie i w jakim zakresie?
W tym wpisie przyglądamy się sygnałom Wi-Fi, FM i AM, analizując ich moc, zasięg oraz realną „gęstość energetyczną” w typowym środowisku miejskim. Wszystko po to, by sprawdzić, jak wiele energii naprawdę „lata” wokół nas — i co da się z nią zrobić.
Energia w eterze — wprowadzenie do tematu
Mimo że na co dzień jej nie widzimy, przestrzeń wokół nas jest przesycona falami radiowymi. To niewidzialna „mgła” sygnałów pochodzących z routerów Wi-Fi, stacji radiowych, nadajników komórkowych, bramek RFID, anten telewizyjnych czy miejskich systemów komunikacji. Każdy z tych sygnałów jest tak naprawdę formą energii elektromagnetycznej, która rozchodzi się w powietrzu, odbija od budynków, przenika przez ściany i dociera do naszych urządzeń.
W miastach natężenie tych fal jest szczególnie duże — wynika to z gęstej infrastruktury komunikacyjnej i ogromnej liczby urządzeń korzystających z łączności bezprzewodowej. Wielopiętrowe budynki, sieci biurowe, nadajniki na dachach, tysiące routerów i miliony smartfonów sprawiają, że poziom „energii radiowej” znacznie przewyższa ten obecny na terenach wiejskich.
Co ważne, fale radiowe nie są tworzone specjalnie po to, by zasilać urządzenia — ich głównym celem jest przesył danych. Jednak ich nadmiar można potencjalnie wykorzystać, co staje się kluczowe dla rozwijającego się świata IoT. Zanim jednak ocenimy, co można z tą energią zrobić, warto zrozumieć, jak różne źródła — Wi-Fi, FM i AM — zachowują się w przestrzeni miejskiej i ile energii faktycznie niosą.
Jakie sygnały emitują różne źródła? Wi-Fi, FM i AM w praktyce
Choć wszystkie fale radiowe są formą energii, różne źródła emitują je z zupełnie inną mocą, w innych pasmach i na innych dystansach. To właśnie te różnice sprawiają, że sygnał Wi-Fi ma zupełnie inną „gęstość energetyczną” niż radio FM czy AM.
Wi-Fi (2.4 GHz i 5 GHz)
- Typowy router domowy nadaje z mocą ok. 100 mW (20 dBm).
- Sygnał Wi-Fi działa na krótkim dystansie — zasięg w pomieszczeniu to najczęściej kilkanaście metrów.
- Fale o tak wysokiej częstotliwości szybko tracą energię, zwłaszcza po przejściu przez ściany.
- W praktyce w mieszkaniu czy biurze poziom energii RF z Wi-Fi waha się zwykle między –30 a –70 dBm, czyli jest stosunkowo niski.
Radio FM (87,5 – 108 MHz)
- Stacje radiowe nadają z mocą od kilku do kilkudziesięciu tysięcy watów.
- Pasmo FM ma bardzo dobry zasięg — sygnał radiowy może przy dobrych warunkach dotrzeć na dziesiątki lub nawet setki kilometrów.
- Dzięki niższej częstotliwości fale FM słabiej tłumią się w powietrzu i budynkach.
W rezultacie w mieście sygnał FM jest zazwyczaj dużo „silniejszy” energetycznie niż sygnał Wi-Fi — nawet jeśli router stoi tuż obok.
Radio AM (kilkadziesiąt – kilkaset kHz)
- Stacje AM potrafią nadawać z mocą od kilkuset watów do nawet 1000 kW.
- Niskie częstotliwości oznaczają gigantyczny zasięg — fale AM potrafią odbijać się od jonosfery i przebywać setki kilometrów.
- AM jest jednym z najłatwiejszych do „złapania” sygnałów, jeśli chodzi o energię.
Efekt? W przestrzeni miejskiej fale AM często są najbardziej stabilnym, całodobowym tłem energetycznym, mimo że do codziennej komunikacji używamy znacznie bardziej zaawansowanych technologii.
Każde z tych źródeł emituje sygnał o innych właściwościach, ale wszystkie razem tworzą gęstą sieć fal radiowych, które przenikają miasta 24 godziny na dobę.
Czy da się zmierzyć ilość tej energii? Przykładowe wartości i realne poziomy mocy
Choć fale radiowe są niewidoczne, ich poziomy energii można zmierzyć za pomocą analizatorów widma, mierników pola elektromagnetycznego lub… nawet smartfona (w przypadku Wi-Fi). Najważniejsze jednak jest to, że poziom tej energii — mimo że jest wszędzie — jest bardzo niski. Poniżej znajdziesz orientacyjne wartości, jakie można zmierzyć w typowym środowisku miejskim.
Sygnały Wi-Fi: bardzo blisko, ale słabe energetycznie
- W pobliżu routera (1–2 metry): –30 do –40 dBm
- Kilka pokoi dalej: –50 do –70 dBm
- W sąsiednich mieszkaniach: –80 dBm i słabiej
Co to oznacza?
- 30 dBm to około 1 mikrowata.
To bardzo mało — wystarczające do zasilenia miniaturowego układu, ale nie telefonu czy czujnika, który działa ciągle.
Radio FM: dużo energii, stabilny poziom
Typowy sygnał FM odbierany w mieście mieści się w zakresie:
- 10 do –50 dBm, w zależności od odległości od nadajnika.
10 dBm to już 0,1 mW, a więc stukrotnie więcej energii niż silny sygnał Wi-Fi.
To właśnie dlatego technologie harvestingowe często celują w niższe częstotliwości radiowe.
Radio AM: najmniej danych, najwięcej energii
W przestrzeni miejskiej poziomy sygnału AM to zwykle:
- 20 do –60 dBm, przy czym sygnał AM jest bardziej „plastyczny” i mniej tłumiony przez zabudowę.
To sprawia, że mimo archaicznej technologii, AM bywa jednym z najbardziej perspektywicznych źródeł energii do pozyskiwania z eteru.
A jak te wartości wypadają na tle realnych potrzeb energetycznych?
Dla porównania:
- typowy czujnik IoT do pomiaru temperatury potrzebuje 10–50 mikrowatów,
- beacon Bluetooth w trybie oszczędnym — ok. 20–100 mikrowatów,
- smartfon w stanie czuwania — miliwatów, czyli tysiące razy więcej niż daje RF.
Wniosek?
Tak — da się odzyskać z powietrza energię, ale tylko do zasilenia bardzo małych i rzadko komunikujących się urządzeń.
Co możemy zrobić z tą energią?
Skoro wiemy już, że fale radiowe niosą niewielkie, ale mierzalne ilości energii, czas odpowiedzieć na najważniejsze pytanie: do czego faktycznie można ją wykorzystać?
Dobra wiadomość jest taka, że istnieją realne zastosowania. Zła — że nie są to te, o których często marzymy.
Co można zasilać realnie? (TAK)
- Miniaturowe czujniki IoT – Urządzenia pobierające kilka–kilkadziesiąt mikrowatów mogą pracować w cyklu: zbierz dane → wyślij pakiet → uśpij się.
RF harvesting świetnie nadaje się do czujników mierzących:- temperaturę,
- wilgotność,
- obecność ruchu,
- drgania,
- jakość powietrza.
- Etykiety i tagi RFID – To jeden z najbardziej znanych przykładów. Tag RFID „budzi się” dzięki energii z czytnika — nie potrzebuje żadnej baterii.
- Małe beacony i moduły lokalizacyjne – Ultraoszczędne beacony Bluetooth (np. działające w dużych odstępach czasowych) mogą korzystać częściowo z RF harvesting, aby wydłużyć czas działania lub obniżyć potrzebę ładowania.
- Elektronika o bardzo niskim poborze prądu – Proste układy, liczniki impulsów czy moduły aktywujące się tylko sporadycznie — to idealni kandydaci.
Przyszłość: czy miasta staną się „radiowymi farmami energii”?
Gdy spojrzymy na przestrzeń miejską jako na gigantyczną sieć nadajników Wi-Fi, FM, AM, 5G i tysięcy urządzeń IoT, można odnieść wrażenie, że miasta faktycznie przypominają niewidzialne „pola” energii elektromagnetycznej. Wbrew pozorom, nie jest to wizja science fiction — to trend technologiczny, który w najbliższych latach będzie się dynamicznie rozwijał.
Miasta przyszłości będą miały coraz gęstsze środowisko RF
Wraz z rosnącą liczbą:
- routerów,
- stacji bazowych,
- inteligentnych latarni,
- systemów monitoringu,
- czujników miejskich,
- urządzeń smart home,
Poziom „szumu radiowego” będzie stale rosnąć. To oznacza, że dostępność energii RF również będzie większa — a to sprzyja wykorzystaniu jej jako mikroźródła zasilania.
Ultraoszczędna elektronika zmienia zasady gry
Postęp w dziedzinie ultra-low-power sprawia, że nowoczesne czujniki do działania potrzebują już nie miliwatów, ale pojedynczych mikrowatów. To poziom, który da się realnie uzyskać z fal FM czy AM, a nawet — sporadycznie — z Wi-Fi.
Im mniej energii potrzebują urządzenia, tym bardziej opłacalny i praktyczny staje się harvesting.
Integracja z infrastrukturą miejską
W przyszłości możliwe będą:
- bezbateriowe czujniki jakości powietrza,
- systemy monitorowania infrastruktury (mosty, rury, torowiska),
- tagi lokalizacyjne aktywujące się tylko dzięki energii RF,
- rozproszone czujniki wspierające inteligentne zarządzanie ruchem i energią.
Dzięki temu miasta staną się bardziej autonomiczne i tańsze w utrzymaniu.
Ekologiczny kierunek: mniej baterii, mniej odpadów
W świecie, gdzie miliardy urządzeń IoT generują miliardy baterii do utylizacji, nawet częściowe zastąpienie ich harvestingiem oznacza ogromne korzyści środowiskowe.
To jeden z powodów, dla których energia radiowa traktowana jest jako element przyszłych ekologicznych rozwiązań IoT i Industry 5.0.
Miasta przyszłości nie staną się miejscem, w którym smartfony będą ładować się „z powietrza”. Ale mogą stać się środowiskiem, w którym miliony mikro-urządzeń będą działać autonomicznie dzięki energii, która już dziś krąży wokół nas.
To niewidzialne, ale bardzo realne źródło mocy, które może odegrać kluczową rolę w tworzeniu inteligentnych, zrównoważonych i samowystarczalnych systemów miejskich.