Efektyvaus aplinkos energijos panaudojimo mažos galios sistemose tyrimas

Abstract

Sparčiai plintant IoT technologijoms, didėja ir baterijas naudojančių nešiojamųjų prietaisų rinka. Šio darbo tikslas yra ištirti alternatyvius kasdienėje aplinkoje sutinkamus energijos šaltinius, kurie galėtų, esant tam tikroms sąlygoms, pakeisti baterijas ilgaamžiais, aplinkai saugiais ir tvariais sprendimais. Tokio tipo tyrimai nėra nauji mokslinėje bendruomenėje, tačiau šis išsiskiria savo lankstumu, vertinant jo pritaikymo galimybes. Atlikdami šį tyrimą išanalizavome dažniausiai literatūroje randamus aplinkos energijos kaupimo būdus ir nusprendėme detaliau ištirti kinetinės ir radijo bangų energijos keitimo elektrine metodus dėl jų struktūrinių panašumų: abi sistemos reikalauja su aplinkos dažniais suderinto virpesių šaltinio, turi šiems dažniams pritaikytą virpesių lyginimo grandinę ir dėl aplinkos sąlygų nepastovumo reikalauja efektyvaus energijos kaupimo ir perdavimo metodo. Pasinaudoję šiais panašumais suprojektavome sistemą, kuri gali būti naudojama tiek kinetinei, tiek radijo bangų energijai kaupti. Taip pat atlikome eksperimentinius tyrimus siekdami išsiaiškinti abiejų technologijų sistemos energijos perdavimo efektyvumą ir sukaupiamą galią. Rezultatai parodė, kad sistemos efektyvumas labai priklauso nuo aplinkoje esančių virpesių dažnių ir galios, tačiau esant optimalioms sąlygoms, sistema gali sukaupti pakankamai energijos, kad galėtų palaikyti pastovų WSN veikimą.

As the IoT technology evolves, the market for battery powered devices also increases. The goal of this paper is to research alternative energy sources, that could potentially change batteries as the new long term, environmentally safe and sustainable power sources. This type of research is not new in the academic field but this work has a wider scope of use cases. In this paper we evaluated various energy harvesting methods and decided to focus on kinetic and radio frequency energy harvesting because of their similarities: both methods need generators tuned to their resonant frequencies, need a voltage rectifier and require efficient energy storage due to inconsistent environmental conditions. Using these similarities we developed a system that can be used for both types of energy harvesting and storage. On top of that, we experimentally investigated both technologies evaluate the efficiency and capabilities of our system. The results show that the system is very sensitive to the surrounding frequencies, but, given good conditions, it can generate enough energy to continuously power a wireless sensor.