Первый элемент в пути «Main» является панели солнечных батарей. Так как наш источник питания требуется максимальный ток по меньшей мере 22 мА для загрузки выбранной панели солнечных батарей должен быть в состоянии доставить это минимальное значение текущей нагрузки. Тем не менее источник питания необходимо поставлять более новую для зарядки обоих элементов хранения. Чем больше это максимальный ток что солнечные панели способен доставить быстрее подпитки хранения элементов. Таким образом только верхний предел тока определяется размером панели солнечных батарей, который помещается в приложение. Солнечные панели ведут себя как источники тока напряжение Лимитед (Wurfel et al., 2005; Чак, 2006; Panasonic, 1999), напротив для батареи, которые ведут себя как источников напряжения. У них есть один действующих точки или известных как максимальная Power Point (ПКД). Так как этот эксплуатации точка перемещается вдоль кривых солнечные панели в зависимости от падающего солнечного излучения, способом извлечения максимальной мощности можно было отслеживать MPP. Можно думать, что можно было использовать некоторые передовые DC-DC преобразователь, который динамически настраивает рабочий цикл (Koutroulis et al., 2001; Lim et al., 2000). К сожалению в настоящее время существует не коммерческих MPP трекеров для маломощных устройств. Кроме того его внедрением в микроконтроллер возможно будет тратить больше энергии, чем мы зарабатываем, следуя MPP с уровнями низкого напряжения. Таким образом существует лишь два возможных вариантов для эффективно сцепления панели солнечных батарей и Суперконденсаторы; непосредственно или с помощью DC-DC преобразователя. Мы решили использовать DC-DC преобразователь, потому что он шаги вверх солнечные панели напряжения даже тогда, когда небо пасмурно, достигнув уровня соответствующие напряжения для зарядки Суперконденсаторы до максимума каждый день, независимо от напряжения панели солнечных батарей, которая зависит от интенсивности солнечного излучения.
Следующий элемент в пути «Main» является основным буфер. Это является критическим элементом в дизайне. Ключевым дизайн для автономного функционирования является основной буфер ежедневно пополняемой без обвиняя замечательный усталость. В то же время он требует достаточной емкости для удержания груза в течение ночи, что сводит к минимуму использование вторичного буфера. Как это описано в «Прометей» (Цзян et al., 2005), только текущее решение использует Суперконденсаторов. Можно можно было думать об использовании других элементов хранения энергии для первичного буфера, потому что есть другие коммерческие элементы с большей емкостью как батареи. Но тот факт, что они страдают от проблемы старения, т.е., потери способности проявляется в увеличение внутреннего сопротивления, вызванные окисления с последовательными подпитываемым циклов (Buchmann, 2005; MPower, 2006). К примеру литиевой батареи страдает 10% - 20% деградации в емкость и сопротивления после только 300-500 циклов разрядки/зарядки, это среди один и два года Допустим один цикл в день. Однако в настоящее время Суперконденсаторы достигли больших мощностей с конкурентоспособным ценам в связи с текущей высокой емкости батареи. По сравнению с литиевой батареей, Суперконденсаторов может быть глубоко циклическое высокими темпами за 500.000 1.000.000 тактов для такие же изменения в характеристиках (10-20% деградация), это среди 1.500 и 3.000 лет допустим один цикл снова день (Бёрк, 2000 год; Купер, 2006). Кроме того Суперконденсаторы имеют дополнительные преимущества как пульс питания устройств; они имеют плотность высокой мощности, высокая эффективность, короткие подпитываемым раз и долгой, шельфа и цикла жизни. Наоборот основным недостатком Суперконденсаторы является их относительно низкой плотности энергии, по сравнению с батареи (Stor & Bussmann, 2007). Тем не менее они превращают наиболее подходящим решением в рамках такого рода низкой мощности и низкая обязанность цикл приложений, где солнечной энергии имеет для пополнения основной буфер ежедневных и доставки пульсирующие токи для груза.
С другой стороны когда нет никаких солнечной энергии, Суперконденсаторы начнут доставлять текущей нагрузке и их напряжения начнут падать. Поэтому регулятор напряжения необходимо для максимизации энергии из Суперконденсаторов и доставить его к нагрузке, которая требует постоянного напряжения. Этот регулятор должен быть очень эффективно в целях максимально эффективного использования энергии в Суперконденсаторов и таким образом свести к минимуму использование вторичного буфера.
3.2 путь бэкап.
Этот путь энергии должен обеспечивать энергию для груза при сбое путь «Main»; Это, когда нет никаких прямых солнечных лучей и Суперконденсаторы опускается ниже минимума, рабочее напряжение. Как он был назван ранее, путь «Main» была разработана для работы как можно больше времени. Таким образом, ожидается «» путь только принимает участие во время чрезвычайных ситуаций, который минимизирует подпитываемым циклов на вторичный буфер и, следовательно, стресс и деградация на нем.
«Резервная копия» путь характеризуется жилье элемент хранения большой аккумулятор энергии, это вторичный буфер (рис. 1), что обеспечивает источник питания к нагрузке в течение длительного времени без солнечного света. Продолжительность таких периодов black-out по существу зависит от погодных факторов и географического положения. Поэтому оптимальную автономию для вторичного буфера остается неопределенным и один нужно выбрать крупнейший аккумуляторная батарея, которая адаптируется к стоимости и размера приложения. В настоящее время существует много тип батарей на рынке (Ni-Cd, Ni-MH, литий), но известно, что литиевые батареи имеют высокая плотность энергии, низкий саморазряд ставки и низкие «эффекта памяти» (Buchmann, 2005; MPower, 2006). Кроме того они становятся менее дорогим со временем. Хотя они требуют более сложный метод зарядки, мы можем использовать некоторые выделенный зарядное чип потому, что заряда батареи следует включать только под избыток солнечной энергии условий. Это значит, когда основной буфер полностью пополнять и солнечной Группа поддерживает соответствующие напряжения на своих терминалах.
С другой стороны способность вторичный буфер может быть так намного больше, чем основной буфер, один. Таким образом вторичный буфер имеет возможность для питания нагрузки намного больше времени, чем основной буфер, даже если предположить менее эффективный путь. Поэтому «Backup» путь, питание от правой размера солнечные панели, чтобы зарядить его быстро, не такой критической с выбором компонентов, в отличие от «Main» один.
4. Осуществление
Мы реализовали источник неисчерпаемой энергии для снабжения регулируемого напряжения 3,3 v узел беспроводной датчик. Прототип плата содержит солнечные панели, два Суперконденсаторы, литий-ионный аккумулятор и энергетического управления интегрированных схем, которые можно увидеть на рисунке 4.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.