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Studio ed ottimizzazione di un sistema wireless alimentato ad energia solare per misurazioni meteorologiche
- 1. STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UN SISTEMA WIRELESS ALIMENTATO AD ENERGIA SOLARE PER MISURAZIONI METEOROLOGICHE Università degli Studi di Trieste Dipartimento di Ingegneria e Architettura Laurea Triennale in Ingegneria dell’Informazione Candidato: Matija Colja Relatore: Prof. Sergio Carrato Correlatori: Ing. Claudio Deltin Ing. Giulia Troiano Anno accademico 2014/2015
- 2. ARGOMENTO e MOTIVAZIONI • posizionamento di sistemi wireless di telemetria in zone prive di rete elettrica • collaborazione con stazione meteorologica ad alimentazione solare
- 3. OBIETTIVI studio caratterizzazione singoli blocchi ottimizzazione costo minimo realizzazione e verifiche pannello solare circuito di carica batteria Telit HE910-G server FTP Internet sensori
- 4. SPECIFICHE DEL SISTEMA • almeno una misurazione ogni ora • trasmissione in tempo reale • invio dati al server tramite protocollo FTP
- 6. AMBIENTE PYTHON • interprete Python 2 MB memoria ROM 2 MB memoria RAM • porta seriale virtuale esecuzione script attività con priorità minima
- 8. SCRIPT PYTHON • verifica stato batteria e connessione • lettura sensori • trasmissione dati • impostazione sveglia • spegnimento modulo
- 9. MISURA CONSUMI • dipendenza da: presenza attività con priorità maggiore casi di errore (assenza rete, server irraggiungibile, …)
- 10. MISURA CONSUMI TRASMISSIONE RIUSCITA 77 misurazioni 𝑄 = 0.83 mAh caso peggiore SERVER IRRAGGIUNGIBILE 29 misurazioni 𝑄 = 2.5 mAh caso peggiore
- 11. PANNELLO SOLARE 𝑃pannello = 𝜂 ⋅ 𝐼solare ⋅ sin 𝛼 ⋅ 𝑆 rendimento irraggiamento solare [W/m2] angolo di incidenza superficie pannello [m2] 𝑃pannello = 𝑃nom ⋅ 𝐼solare ⋅ sin 𝛼 𝐼STC 𝜂 = 𝑃nom 𝐼STC⋅𝑆 Standard Test Conditions
- 12. IRRAGGIAMENTO SOLARE • dati meteorologici forniti dalla Protezione Civile del Friuli Venezia Giulia stazione di Sgonico gennaio 2013 - dicembre 2015 intervalli orari energia solare incidente [kJ/m2]
- 13. CIRCUITO DI CARICA • efficienza regolatore 𝑃reg = 𝜂reg ⋅ 𝑃pannello • scelta regolatore di tensione lineare: bassa efficienza se 𝑉in − 𝑉out grande switching: bassa efficienza per 𝐼out piccola
- 14. CIRCUITO DI CARICA • efficienza regolatore 𝑃reg = 𝜂reg ⋅ 𝑃pannello • scelta regolatore di tensione lineare: bassa efficienza se 𝑉in − 𝑉out grande switching: bassa efficienza per 𝐼out piccola×
- 15. SOLUZIONE COSTO MINIMO ቊ 𝑃nominale = 0.3 W 𝐶batteria = 200 mAh 𝜂reg = 0.7 costo pannello 1 W costo capacità 1000 mAh =
- 16. METODO DI PROVA DEL SISTEMA • realizzazione: 𝑃nominale = 18 W regolatore di tensione switching BQ24650 Texas Instruments 𝐶batteria= 1400 mAh (litio, 3.7 V) • verifica sperimentale potenza fornita dal pannello efficienza regolatore
- 17. POTENZA FORNITA PANNELLO 𝜙pannello ≅ 180° (sud) 𝛽pannello ≅ 60° 18 - 23 gennaio
- 18. PUNTI DI POTENZA MASSIMA regolatore BQ24650: consente di impostare la tensione in ingresso 𝑉𝑖𝑛= 12 V
- 20. NON IDEALITÀ REGOLATORE condizioni di scarso irraggiamento solare
- 21. CONCLUSIONI e SVILUPPI FUTURI • aspetti critici emersi: variabilità consumi: errori, condizioni di impossibilità trasmissione alimentazione: efficienza reale di conversione • svilluppi futuri: ricerca di modelli statistici di irraggiamento per individuare condizioni di sotto-alimentazione