鉅大LARGE | 點擊量：621次 | 2021年09月10日
光伏電池在能量存儲中的應用
超低功率解決方法可用于眾多的無線系統(tǒng)，包括交通運輸基礎設施、醫(yī)療設備、輪胎壓力檢測、工業(yè)檢測、樓宇自動化和貴重物品追蹤。此類系統(tǒng)通常在其服役生涯的大部分時間里都處于待機睡眠模式，僅需極低的μW級功率。當被喚醒時，傳感器將測量諸如壓力、溫度或機械偏轉等參數并以無線的方式把這些數據傳送至一個遠程控制系統(tǒng)。整個測量、處理和傳送時間通常只有幾十ms，但在此短暫期間內有可能要幾百mW的功率。由于這些應用的占空比很低，因此必須收集的平均功率也會相對較低。電源可能就是一節(jié)電池而已。然而，電池將不得不以某種方式進行再充電，最終還得更換。在許多此類應用中，實際更換電池的成本之高使其缺乏可行性。這使得環(huán)境能量源成為了一種更具吸引力的替代方法。
新興的毫微功率無線傳感器應用
就樓宇自動化而言，諸如占有傳感器、溫度自動調節(jié)器和光控開關等系統(tǒng)能夠免除通常所需的電源或控制線路，而代之以一個機械或能量收集系統(tǒng)。除了可以免除首先進行線路安裝(或在無線應用中定期更換電池)的要之外，這種替代方法還能減低有線系統(tǒng)往往存在的例行維護成本。
類似地，運用能量收集技術的無線網絡能夠將一幢建筑物內任何數目的傳感器鏈接到一起，以通過在建筑物內無人居住時關斷非緊要區(qū)域的供電來降低采暖、通風和空調(HVAC)以及照明成本。
典型的能量收集配置或無線傳感器節(jié)點由4個模塊組成(見圖1)。它們是：1、一個環(huán)境能量源，比如：太陽能電池;2、一個用于給節(jié)點的其余部分供電的功率轉換組件;3、一個將節(jié)點鏈接到現實世界的感測組件以及一個計算組件(由微處理器或微控制器組成，負責處理測量數據并將這些數據存貯到存儲器中);4、一個由短程無線單元組成的通信組件，用于實現與相鄰節(jié)點及外部世界的無線通信。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
環(huán)境能量源的實例包括連接到某個發(fā)熱源(例如：HVAC管道)的熱電發(fā)生器(TEG)或熱電堆，抑或是連接至某個機械振動源(如：窗玻璃)及太陽能電池的壓電換能器。在存在發(fā)熱源的情況下，緊湊的熱電器件(常被稱為換能器)能夠將很小的溫差轉換為電能。而當存在機械振動或應變時，則壓電器件能夠用來把很小的振動或應變差轉換為電能。最后，在存在光源的場合中，光伏電池在峰值日照條件下每平方厘米的面積能出現50W以上的電功率，而在室內照明條件下則可出現高達100μW的電功率。
一旦電能出現出來，就可以由一個能量收集電路進行轉換并調整為合適的形式，用于給下游電子組件供電。因此，一個微處理器可以喚醒一個傳感器，以獲取讀數或測量值，然后讀數或測量值可利用一個模數轉換器加以處理，以通過一個超低功率無線收發(fā)器進行傳輸。
該鏈路中的每個電路模塊迄今都受到一些特殊的限制，從而影響了它們在商業(yè)中的應用。低成本和低功率傳感器及微控制器面市已有一段時間，而超低功率收發(fā)器只是到最近才可實現與微控制器的集成(以供應非常低功率的無線連接)。不過，該鏈路中所欠缺的一直是能量收集IC。
現有的能量收集器/管理器模塊實現方法往往采用性能相對較低的分立型結構，通常包括30個或更多的組件。此類設計具有低轉換效率和高靜態(tài)電流。這兩個缺陷均導致要使用較大和更加昂貴的電池及太陽能電池，因而損害了最終系統(tǒng)的性能。假如不采用這些較大的儲能元件，低轉換效率將新增系統(tǒng)上電所需的時間，這反過來又將延長從獲取一個傳感器讀數至傳輸該數據的時間間隔。功率轉換電路中的高靜態(tài)電流會嚴重限制所能收集并輸送至應用負載的可用能量。而且，同時實現低靜態(tài)電流運作和高功率轉換效率還必需擁有高深的模擬開關模式電源專門知識這很少能夠輕易獲得。
缺失的一環(huán)一直是能夠采集和管理來自極低功率電源之剩余能量的高集成度DC/DC轉換器。
能量收集的個案分析
我們以一個基于能量收集的工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)為例進行研究，比如：埋置于偏僻荒野之中的地下輸油管，它要持續(xù)監(jiān)測其流速、溫度和壓力(沿管道每50米為一段)。每個節(jié)點均具有內置于管道壁中的溫度、壓力和流量傳感器。必須每5秒鐘進行一次測量并報告測量結果。由于輸油管線長達數百英里，因此鋪設供電和信息線路將非常昂貴，且必須供應不間斷的維護，有可能要進行代價高昂的修理。另外，定期更換電池也將是一項很花錢的工作，這是因為電池的數目十分龐大，而且偏僻地域的道路往往崎嶇難行。我們所要的是一種能夠持續(xù)出現足夠功率的電源它隨時可用并可自我保持。最常見和易于使用的能量源之一可能是一個與諸如電池或超級電容器等儲能元件協同運作的小型太陽能電池，用于在夜間及惡劣天氣條件下供應持續(xù)供電。
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