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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
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ARGOMENTO e MOTIVAZIONI
• posizionamento di sistemi wireless di telemetria in zone prive di rete elettrica
• collaborazione con
stazione meteorologicaad alimentazione solare
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OBIETTIVI
studio
caratterizzazionesingoli blocchi
ottimizzazione
costo minimo
realizzazione e verifiche
pannello solare
circuito di carica
batteria
TelitHE910-G
serverFTP
Internetsensori
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SPECIFICHE DEL SISTEMA
• almeno una misurazione ogni ora
• trasmissione in tempo reale
• invio dati al server tramite protocollo FTP
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PIANIFICAZIONE PROGETTO
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AMBIENTE PYTHON
• interprete Python
2 MB memoria ROM
2 MB memoria RAM
• porta seriale virtuale
esecuzione script
attività con priorità minima
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DIAGRAMMA FUNZIONALE
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SCRIPT PYTHON
• verifica stato batteria e connessione
• lettura sensori
• trasmissione dati
• impostazione sveglia
• spegnimento modulo
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MISURA CONSUMI
• dipendenza da:
presenza attività con priorità maggiore
casi di errore (assenza rete, server irraggiungibile, …)
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MISURA CONSUMI
TRASMISSIONE RIUSCITA
77 misurazioni
𝑄 = 0.83 mAh caso peggiore
SERVER IRRAGGIUNGIBILE
29 misurazioni
𝑄 = 2.5 mAh caso peggiore
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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
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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]
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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
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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×
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SOLUZIONE COSTO MINIMO
ቊ𝑃nominale = 0.3 W𝐶batteria = 200 mAh
𝜂reg = 0.7
costo pannello
1 W
costo capacità
1000 mAh=
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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
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POTENZA FORNITA PANNELLO
𝜙pannello ≅ 180° (sud)
𝛽pannello ≅ 60°
18 - 23 gennaio
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PUNTI DI POTENZA MASSIMA
regolatore BQ24650:
consente di impostare la tensione in ingresso 𝑉𝑖𝑛= 12 V
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MISURA EFFICIENZA REGOLATORE
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NON IDEALITÀ REGOLATORE
condizioni di scarso irraggiamento solare
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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