Lo sviluppo di sistemi ad alimentazione perpetua, in grado di evitare la frequente sostituzione e/o ricarica delle batterie, è uno degli obiettivi di ricerca più importanti nella progettazione di sistemi embedded distribuiti e delle reti wireless di sensori. Nonostante i progressi tecnologici nella progettazione di dispositivi low-power, che possono contribuire a prolungare la durata delle batterie, la ridotta capacità degli accumulatori di energia (batterie, supercapacitor, ecc.) limita severamente l’autonomia di sistemi quali le Wireless Sensor Networks (WSN). Recentemente circuiti che convertono fonti energetiche ambientali,come l'energia solare o termica, in energia elettrica si stanno diffondendo nella comunità dei progettisti di sistemi embedded e solitamente assumono il nome di energy scavenger o energy harvester. In particolare scavengerche utilizzano piccole celle solari sono stati proposti per alimentare perpetuamente le reti di sensori. Rispetto ai tradizionali sistemi fotovoltaici su larga scala (decine o centinaia di kW), che riescono agevolmente a operare nel punto di massima potenza delle celle (maximum power point - MPP), i circuiti di gestione dell’energia elettrica generata da pannelli fotovoltaici di piccole dimensioni devono affrontare problemi aggiuntivi: (a) una ridotta quantità di energia dovuta alla dimensione delle celle; (b) la realizzazione di circuiti efficienti in grado di operare nel punto di massima potenza (MPP) di norma richiede un’alta percentuale dell’energia fornita dalla cella stessa (riducendo in pratica la potenza disponibile al sistema);(c) è presente un’interazione sostanziale fra circuiti di conversione e immagazzinamento dell’energia e i dispositivi alimentati. La progettazione deve quindi essere supportata da simulazioni, in particolare quando l’efficienza della conversione deve essere ottimizzata per basse intensità di radiazione solare. La definizione di un flusso di progettazione chiaro è perciò fondamentale per lo sviluppo di soluzioni circuitali con buone prestazioni. Simulazioni circuitali dell’intero sistema elettronico di gestione dell’energia generata dai pannelli fotovoltaici sono tipicamente disponibili per sistemi fotovoltaici a larga scala, ma si rendono fondamentali e necessarie per l’efficienza di reti di sensori wireless e sistemi low-power. Per ottenere simulazioni affidabili, è opportuno sviluppare modelli compatti e accurati e la validazione di un modello delle caratteristiche I-V non lineari dei moduli PV diventano cruciali per la progettazione dei sistemi di energy harvesting efficienti.

Solar harvesting per reti di sensori wireless / Bertacchini, Alessandro; Dondi, Denis; Larcher, Luca; Pavan, Paolo; D., Brunelli; L., Benini. - STAMPA. - 1/2008:(2008), pp. 33-35.

Solar harvesting per reti di sensori wireless

BERTACCHINI, Alessandro;DONDI, Denis;LARCHER, Luca;PAVAN, Paolo;
2008

Abstract

Lo sviluppo di sistemi ad alimentazione perpetua, in grado di evitare la frequente sostituzione e/o ricarica delle batterie, è uno degli obiettivi di ricerca più importanti nella progettazione di sistemi embedded distribuiti e delle reti wireless di sensori. Nonostante i progressi tecnologici nella progettazione di dispositivi low-power, che possono contribuire a prolungare la durata delle batterie, la ridotta capacità degli accumulatori di energia (batterie, supercapacitor, ecc.) limita severamente l’autonomia di sistemi quali le Wireless Sensor Networks (WSN). Recentemente circuiti che convertono fonti energetiche ambientali,come l'energia solare o termica, in energia elettrica si stanno diffondendo nella comunità dei progettisti di sistemi embedded e solitamente assumono il nome di energy scavenger o energy harvester. In particolare scavengerche utilizzano piccole celle solari sono stati proposti per alimentare perpetuamente le reti di sensori. Rispetto ai tradizionali sistemi fotovoltaici su larga scala (decine o centinaia di kW), che riescono agevolmente a operare nel punto di massima potenza delle celle (maximum power point - MPP), i circuiti di gestione dell’energia elettrica generata da pannelli fotovoltaici di piccole dimensioni devono affrontare problemi aggiuntivi: (a) una ridotta quantità di energia dovuta alla dimensione delle celle; (b) la realizzazione di circuiti efficienti in grado di operare nel punto di massima potenza (MPP) di norma richiede un’alta percentuale dell’energia fornita dalla cella stessa (riducendo in pratica la potenza disponibile al sistema);(c) è presente un’interazione sostanziale fra circuiti di conversione e immagazzinamento dell’energia e i dispositivi alimentati. La progettazione deve quindi essere supportata da simulazioni, in particolare quando l’efficienza della conversione deve essere ottimizzata per basse intensità di radiazione solare. La definizione di un flusso di progettazione chiaro è perciò fondamentale per lo sviluppo di soluzioni circuitali con buone prestazioni. Simulazioni circuitali dell’intero sistema elettronico di gestione dell’energia generata dai pannelli fotovoltaici sono tipicamente disponibili per sistemi fotovoltaici a larga scala, ma si rendono fondamentali e necessarie per l’efficienza di reti di sensori wireless e sistemi low-power. Per ottenere simulazioni affidabili, è opportuno sviluppare modelli compatti e accurati e la validazione di un modello delle caratteristiche I-V non lineari dei moduli PV diventano cruciali per la progettazione dei sistemi di energy harvesting efficienti.
Bertacchini, Alessandro; Dondi, Denis; Larcher, Luca; Pavan, Paolo; D., Brunelli; L., Benini
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