Solar Energy Harvesting: applicazioni a bassa potenza

Negli ultimi anni si sono sempre più utilizzate reti wireless a elevata velocità per scambiare dati su larga scala con centinaia e migliaia di nodi. I nodi di queste reti sono dei sistemi embedded, che devono essere in grado di connettersi utilizzando solo la quantità di energia fornita dalle batterie. Proprio questo è uno tra i maggiori limiti al loro funzionamento, dato che tali batterie sono in grado di alimentare questi sistemi solo per poco tempo e non continuativamente. Per questo, l’obiettivo dei recenti lavori di ricerca sia aziendale che accademico è quello di ridurre la dissipazione di potenza per aumentare la vita operativa dei nodi. In questo senso, sono state studiate architetture a bassissimo consumo di potenza e applicazioni che necessitano di bassissimo duty cycle di alimentazione. Sfortunatamente, queste tecniche non sono adatte per le applicazioni con requisiti più severi, come, ad esempio, quelle che richiedono elaborazioni di dati intensive e trasmissione di dati a una distanza e velocità superiori. Inoltre, più di recente, la ricerca scientifica sta studiando la possibilità di estrarre l’energia necessaria al funzionamento dei nodi della rete di sensori wireless da fonti alternative, ad esempio sotto forma di luce solare, vento o vibrazioni. Questo ha spinto i ricercatori a progettare sistemi di energy harvesting. L’energy harvesting non è una novità, tuttavia, mediante una metodologia efficace di progetto, la realizzazione e l’integrazione di energy harvester efficienti nei moderni sistemi embedded rimane tuttora un argomento molto stimolante. In questo scenario, questo articolo presenta un sistema di harvesting da energia solare progettato per alimentare sistemi embedded wireless a bassa potenza. Saranno analizzate l’efficienza del circuito realizzato per valori realistici di duty cycle e l’intensità luminosa del sensore. L’analisi dimostra che la scelta migliore per la configurazione operativa del sistema di energy harvesting non è unica. In particolare, una configurazione con dispositivi a bassissimo consumo di potenza (ULP) è più efficiente in condizioni di bassa intensità luminosa, mentre architetture ad alta frequenza sono ideali in condizioni di luminosità elevata.