CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Estudi de la viabilitat de la captació d'energia lumínica en edificis intel·ligents

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: REVERTER CUBARSÍ, FERRAN

Departament: EEL

Títol: Estudi de la viabilitat de la captació d'energia lumínica en edificis intel·ligents

Data inici oferta: 14-12-2022     Data finalització oferta: 14-07-2023


Estudis d'assignació del projecte:
    DG ENG AERO/SIS TEL
    DG ENG AERO/TELEMÀT
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: EETAC
 
Segon director/a (UPC): GASULLA FORNER, MANUEL
 
Paraules clau:
Circuits, sensors, instrumentació, energia fotovoltaica, interiors, cel·la
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
Descripció:

Els edificis intel·ligents, tals com els aeroports, disposen de
tot un conjunt de sensors que monitoritzen contínuament l'estat
de les persones i de les seves instal·lacions, amb l'objectiu de
millorar paràmetres com la seguretat, el benestar i la
sostenibilitat. Per tal de dotar de més intel·ligència tals
edificis, i d'aquí millorar encara més la seva sostenibilitat, es
busca que aquests sensors s'auto-alimentin a partir de l'energia
residual disponible en el mateix edifici. Aquesta energia es
presenta, per exemple, en forma lumínica, tèrmica i electro-
magnètica. Aquest TFG es centra en el cas lumínic, és a dir: en
l'alimentació de nodes sensors a partir de la captació d'energia
lumínica present a l'interior dels edificis. A diferència de la
captació d'energia en exteriors, a l'interior dels edificis el
grau d'energia lumínica disponible és molt inferior (fins a un
factor de 100 vegades més petit) i, per tant, cal un estudi de la
seva viabilitat. Aquest estudi ha de permetre identificar quina
potència elèctrica hi ha disponible per a una determinada
superfície de captació, o quina superfície de captació és
necessària per alimentar un node sensor amb una potència
consumida determinada.

Tasques principals:

1.Cerca de referències.
2.Estudi i caracterització espectral dels diferents tipus de llum
artificial presents en interiors d'edificis, i també de la llum
natural interior en funció de la distància respecte l'entrada
principal de llum.
3.Selecció i caracterització espectral de cel·les solars
comercials de diferents tecnologies i diferents àrees.
4.Caracterització experimental, en condicions controlades de
laboratori, de les cel·les del punt 3 quan aquestes estan
subjectes a la llum del punt 2. Identificació de l'aparellament
òptim entre font de llum i tipus de cel·la.
5.Ídem 4 però en condicions reals.
6.Estudi de la viabilitat en termes de potència.
7.Extracció de conclusions.
8.Escriptura de la memòria.
 
Overview (resum en anglès):
Over the past few years, the number of Internet of Things (IoT) devices and their usage has grown exponentially. Consequently, in the coming years, billions of new IoT devices will be installed inside buildings. Currently, these new IoT nodes are powered by batteries or the building electrical installation. However, this solution is not scalable due to the limited lifetime and size of batteries, as well as the need for continuous maintenance. Additionally, directly connecting to electricity restricts the flexibility of the node's placement. To address these challenges and enhance infrastructure productivity, alternative solutions have emerged.

The most innovative initiative is the development of energy harvesters, which can be used as viable alternatives or work in conjunction with batteries. Various sources of environmental energy can power autonomous sensors, such as optical energy (photovoltaic cells), radiofrequency energy (antennas), thermal energy (thermal generators), and mechanical energy (piezoelectric elements and electromagnetic generators). The focus of this study is to harvest the required amount of energy for powering IoT sensors using indoor photovoltaic (IPV) cells.

The use of photovoltaic cells in indoor environments presents limitations compared to their use in outdoor environments. In outdoor applications, the power density is significantly higher, typically around 10 mW/cm2 under standard test conditions. However, in indoor applications, the power density is much lower, ranging from 100 to 1000 times less, due to the lower light intensity from artificial lighting or indirect sunlight. Despite its limitations, the field of IPV cells remains the primary power source considered for indoor IoT architectures.

This document presents the study of artificial lighting conditions inside buildings to define a range of illuminances, which will be employed to characterize IPV cells of different technologies under various environmental conditions. These different IPV cells and lighting technologies are reviewed for a better understanding of the study. The design of an automated system is needed to automate the characterization process, and thus to evaluate the behavior of the IPV cells. Allowing drawing conclusions about the most suitable IPV cell for each scenario, taking into account different maximum power point tracking (MPPT) techniques.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC