Diseño e implementación de un sistema de recolección de energía para nodos sensores a partir de energía fotovoltaica y termoeléctrica

Abstract

La presente tesis consiste en el diseño e implementación de un sistema de recolección de energía termoeléctrica y fotovoltaica, que permitirá evaluar y comparar la energía adquirida por las fuentes de energía disponibles en el medio ambiente. Asimismo, permite evaluar y comparar cuatro algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia. La implementación de este sistema tiene como finalidad poder incrementar el tiempo de vida de nodos sensores los cuales son únicamente alimentados por baterías. Este sistema constará de un transductor, un bloque de optimización de la energía recolectada, que comprende de un circuito convertidor Boost y un bloque de seguimiento del punto máxima transferencia de potencia (MPPT), y un supercapacitor para almacenar la energía recolectada. Para el desarrollo del sistema propuesto, primero se procede con la caracterización de los transductores de energía (generador termoeléctrico y celda solar), y que serán sometidos a condiciones ambientales reales. Luego se realiza el diseño del convertidor Boost con los algoritmos para aprovechar la máxima energía posible y finalmente, una evaluación del sistema completo con los diferentes algoritmos de MPPT. Los algoritmos implementados son: algoritmo de Perturbación y Observación (P&O), Conductancia Incremental (INC), Tensión de Circuito Abierto (OCV) y el de Corriente de Cortocircuito (SCC).

This thesis consists in the design and implementation of an energy harvesting system that will allow to evaluate and compare the energy acquired by the energy sources available in the environment. It also allows to evaluate and compare four maximum power point tracking (MPPT) algorithms. The implementation of this system is intended to increase the lifetime of sensor nodes which are only powered by batteries. This system will consist of a transducer, a block for optimizing the harvested energy, which is comprised of a Boost converter circuit and a MPPT block, and a super capacitor to store the energy collected. For the development of the proposed system, we first proceed with the characterization of the energy transducers (solar cell and thermoelectric generator), which will be subjected to different climatic variations. Then the design of the Boost converter circuit with the algorithms to take advantage of the maximum possible energy and finally an evaluation of the complete system with the different MPPT algorithms. The implemented algorithms are: Perturbation and Observation algorithm (P&O), Incremental Conductance (INC), Open circuit voltage (OCV) and Short circuit current (SCC).