STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UN SISTEMA WIRELESS

ALIMENTATO AD ENERGIA SOLARE PER MISURAZIONI METEOROLOGICHE

Università degli Studi di TriesteDipartimento di Ingegneria e Architettura

Laurea Triennale in Ingegneria dell’Informazione

Candidato:Matija Colja

Relatore:Prof. Sergio Carrato

Correlatori:Ing. Claudio DeltinIng. Giulia Troiano

Anno accademico 2014/2015

ARGOMENTO e MOTIVAZIONI

• posizionamento di sistemi wireless di telemetria in zone prive di rete elettrica

• collaborazione con

stazione meteorologicaad alimentazione solare

OBIETTIVI

studio

caratterizzazionesingoli blocchi

ottimizzazione

costo minimo

realizzazione e verifiche

pannello solare

circuito di carica

batteria

TelitHE910-G

serverFTP

Internetsensori

SPECIFICHE DEL SISTEMA

• almeno una misurazione ogni ora

• trasmissione in tempo reale

• invio dati al server tramite protocollo FTP

PIANIFICAZIONE PROGETTO

AMBIENTE PYTHON

• interprete Python

2 MB memoria ROM

2 MB memoria RAM

• porta seriale virtuale

esecuzione script

attività con priorità minima

DIAGRAMMA FUNZIONALE

SCRIPT PYTHON

• verifica stato batteria e connessione

• lettura sensori

• trasmissione dati

• impostazione sveglia

• spegnimento modulo

MISURA CONSUMI

• dipendenza da:

presenza attività con priorità maggiore

casi di errore (assenza rete, server irraggiungibile, …)

MISURA CONSUMI

TRASMISSIONE RIUSCITA

77 misurazioni

𝑄 = 0.83 mAh caso peggiore

SERVER IRRAGGIUNGIBILE

29 misurazioni

𝑄 = 2.5 mAh caso peggiore

PANNELLO SOLARE

𝑃pannello = 𝜂 ⋅ 𝐼solare ⋅ sin 𝛼 ⋅ 𝑆

rendimento irraggiamentosolare

[W/m2]

angolo di incidenza

superficie pannello

[m2]

𝑃pannello = 𝑃nom ⋅𝐼solare ⋅ sin 𝛼

𝐼STC

𝜂 =𝑃nom

𝐼STC⋅𝑆

StandardTestConditions

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]

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

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×

SOLUZIONE COSTO MINIMO

ቊ𝑃nominale = 0.3 W𝐶batteria = 200 mAh

𝜂reg = 0.7

costo pannello

1 W

costo capacità

1000 mAh=

METODO DI PROVA DEL SISTEMA

• realizzazione:

𝑃nominale = 18W

regolatore di tensione switching BQ24650 Texas Instruments

𝐶batteria= 1400 mAh (litio, 3.7 V)

• verifica sperimentale

potenza fornita dal pannello

efficienza regolatore

POTENZA FORNITA PANNELLO

𝜙pannello ≅ 180° (sud)

𝛽pannello ≅ 60°

18 - 23 gennaio

PUNTI DI POTENZA MASSIMA

regolatore BQ24650:

consente di impostare la tensione in ingresso 𝑉𝑖𝑛= 12 V

MISURA EFFICIENZA REGOLATORE

NON IDEALITÀ REGOLATORE

condizioni di scarso irraggiamento solare

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