CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Disseny i caracterització de circuits MPPT per a captadors d'energia lumínica de baixa potència instal·lats a l'interior d'edificis intel·ligents

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: REVERTER CUBARSÍ, FERRAN

Departament: EEL

Títol: Disseny i caracterització de circuits MPPT per a captadors d'energia lumínica de baixa potència instal·lats a l'interior d'edificis intel·ligents

Data inici oferta: 20-02-2023     Data finalització oferta: 20-10-2023


Estudis d'assignació del projecte:
    DG ENG AERO/SIS TEL
    DG ENG AERO/TELEMÀT
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: EETAC
 
Paraules clau:
Circuits, sensors, instrumentació
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
Descripció:

Els edificis intel·ligents, tals com els aeroports o les
factories de la indústria 4.0, 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.

L'eficiència del captador d'energia es pot optimitzar tot fent
que aquest treballi en el seu punt de màxima potència (en anglès,
'maximum power point', MPP). Donat que aquest MPP varia amb les
condicions ambientals, cal un circuit que faci un seguiment del
mateix; aquest circuit es coneix com a MPP 'tracker' o simplement
MPPT. Ara bé, per tal de justificar la incorporació del MPPT, la
mitjana del seu consum ha de ser molt inferior a la mitjana de la
potència extreta del captador d'energia, i aquesta última ja és
molt baixa en aplicacions interiors. Per exemple, per una
superfície de captació de 10 cm2, la potència extraïble és de
l'ordre de centenars de microwatt i, per tant, la potència
consumida per part del MPPT hauria de ser de desenes de
microwatt.

Tenint present el context anterior, aquest TFG es centra en el
disseny i la caracterització de circuits MPPT per a captadors
d'energia (principalment, de tipus lumínic i tèrmic) instal·lats
en interiors d'edificis i destinats a alimentar nodes sensors. Es
consideraran diferents tècniques de 'tracking', tant de tipus
directe com indirecte, i s'avaluaran els seus avantatges i
inconvenients al ser aplicats a captadors d'energia de dimensions
reduïdes.

Tasques principals:
1.Cerca i lectura de referències.
2.Cerca i selecció de circuits MPPT comercials per a captadors
d'energia de baixa potència.
3.Caracterització experimental de circuits MPPT de tipus directe,
per exemple, basats en la tècnica de 'perturb and observe' (P&O).
4.Caracterització experimental de circuits MPPT de tipus
indirecte, per exemple, basats en la tècnica de 'fractional open
circuit voltatge' (FOCV).
5.Optimització energètica i/o re-disseny dels circuits dels punts
#3 i #4.
6.Aplicació dels circuits MPPT del punt #5 a captadors d'energia
de tipus lumínic i/o tèrmic.
7.Extracció de conclusions.
8.Escriptura de la memòria.
 
Overview (resum en anglès):
In the world we live in today, and especially in recent decades, the use of the Internet has
become a daily activity for a large part of the population. One of the latest applications that
is growing exponentially is the Internet of Things (IoT).
The relentless increase in the use of IoT devices has become an issue to be solved. It is
necessary to feed all these devices which, despite requiring little power to operate, are a
large number and can be found in places that are difficult to access.
The project within which this work is framed consists of powering these IoT devices with
sustainable energy harvesters installed inside smart buildings. These devices can be used
to harvest light, radio frequency, thermal or mechanical energy. In our case, light energy
has been studied
As we will see later, in the P-V characteristic of a photovoltaic cell it is easily recognizable
the maximum power point, that is, the point where we want the cell to work. Therefore,
the objective of this work is to design and characterize MPPT or Maximum Power Point
Tracker circuits that are able to make the light energy harvesters work as close as possible
to their maximum power. One aspect to consider is that photovoltaic cells under artificial
light will provide small power levels, and therefore the consumption of the MPPT circuits
cannot be elevated.
After performing a characterization of commercial photovoltaic cells under different types
of artificial light, the most optimal MPPT technique for this study was found to be Fractional
Open Circuit Voltage (FOCV). Three commercial MPPT circuits have been connected to
photovoltaic cells installed under artificial light. The BQ25570 model, from Texas Instruments,
has been found to be the most efficient MPPT over a wide range of illuminances,
reaching values higher than 90% efficiency. Analog Devices¿ ADP5092 has shown similar
efficiency values at high illuminances but significantly lower efficiency at low illuminances,
with values below 60%. Finally, the MPPT SPV1050, from STMicroelectronics, has been
clearly less efficient than the others.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC