CN202260502U - 一种无线传感节点的户内光伏供电装置 - Google Patents

一种无线传感节点的户内光伏供电装置 Download PDF

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李媛媛
陶梦月
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Abstract

本实用新型涉及一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：包括小型光伏电池，小型光伏电池分别连接MPP跟踪模块、MPP调节模块和超级电容模块，超级电容模块连接低电压报警模块和MPP跟踪模块，MPP跟踪模块连接MPP调节模块，MPP调节模块连接DC-DC转换器，DC-DC转换器连接超级电容模块和无线传感节点。本实用新型的优点是使用最大功率点跟踪（MPPT）技术，能够提高光伏电池输出能量的利用率，另外，使用具有使用寿命长、充放电电路简单、充放电效率高、真正实现免维护、无污染等优势的超级电容作为储能装置，并能收集无线传感节点处于低功耗时期不需要的能量，充分利用系统的能量。

Description

一种无线传感节点的户内光伏供电装置
技术领域
本实用新型涉及一种使用最大功率点跟踪（英文简称为MPPT）和超级电容储能的无线传感节点的户内光伏供电装置，属于无线传感网络技术领域。
背景技术
随着科学技术的进步，无线传感网络在越来越多的领域显示出其优越的应用价值，受到各个领域的高度重视。无线传感节点是无线传感网络的核心，常采用容量有限的一次电池供电，极大限制其应用的时效性，电能耗尽时需要及时更换，且更换后的电池会造成环境污染。因此，有必要改进无线传感节点的供电装置，使其使用周期更长，更绿色环保。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够对无线传感节点进行光伏供电的装置。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：包括小型光伏电池，小型光伏电池分别连接最大功率点（英语简称MPP）跟踪模块、MPP调节模块和超级电容模块，超级电容模块连接MPP跟踪模块，MPP跟踪模块连接MPP调节模块，MPP调节模块连接DC-DC转换器， DC-DC转换器连接超级电容模块和无线传感节点。
优选地，所述超级电容模块连接低电压报警模块。
优选地，所述MPP跟踪模块包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路连接低功耗单片机，单片机连接驱动电路。
优选的，所述MPP调节模块包括依次连接的一个二极管和一个电容以及一个降压变换（BUCK）电路，二极管的导通方向指向降压变换（BUCK）电路，电容是并联在二极管和降压变换（BUCK）电路间的。
优选地，所述超级电容模块包括超级电容单体，超级电容单体连接两个方向相反的二极管，它们的导通方向都指向超级电容单体，其中超级电容单体已进行了预充电,使系统可以立即开始工作。
与现有技术相比，本实用新型的优点是使用最大功率点跟踪（MPPT）技术，能够提高光伏电池输出能量的利用率，另外，使用具有使用寿命长、充放电电路简单、充放电效率高、真正实现免维护、无污染等优势的超级电容作为储能装置，并能收集无线传感节点处于低功耗时期不需要的能量，充分利用系统的能量。本实用新型所采用的元器件均是低功耗的。这样就可以减小所需光伏电池的面积和体积，同时减少系统维护和环境污染。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种无线传感节点的户内光伏供电装置电路框图；
图2为MPP跟踪模块的电路框图；
图3为MPPT算法的流程框图；
图4为MPP调节模块的电路框图；
图5为超级电容模块的电路框图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本实用新型提供了一种无线传感节点的户内光伏供电装置，由小型光伏电池、MPP跟踪模块、MPP调节模块、超级电容模块、DC-DC转换器和低电报警模块组成。如图1所示，小型光伏电池分别连接MPP跟踪模块、MPP调节模块和超级电容模块， 超级电容模块连接低电压报警模块和MPP跟踪模块，MPP跟踪模块连接MPP调节模块，MPP调节模块连接DC-DC转换器，DC-DC转换器连接超级电容模块和无线传感节点。
所述小型光伏电池将光能转换成电能，MPP跟踪模块通过控制MPP调节模块实现小型光伏电池的最大功率点输出，提高光伏电池的能量转换效率，其输出电能为无线传感节点供电，同时为超级电容充电，超级电容为MPP跟踪模块供电，当无线传感节点处于低耗电时期，DC-DC转换器输出的电能也存储在超级电容中，充分利用系统中的能量。即使在小型光伏电池的能量很低时，通过超级电容储存的能量，系统照样也可以正常工作一段时间。DC-DC转换器把电压转换到合适值，达到无线传感节点的电压要求。当低电压报警模块检测到超级电容的输出电压低于阈值时，报警提醒。针对本系统的设计，一般选用36cm2左右，标称功率为300mW左右的小型光伏电池就可以满足要求。 
如图2所示，为MPP跟踪模块的结构框图，该MPP跟踪模块包括电压采样电路、电流采样电路、低功耗单片机和驱动电路。电压采样电路和电流采样电路连接小型光伏电池，驱动电路连接MPP调节模块的降压变换（BUCK）电路。电压采样电路和电流采样电路分别采样光伏电池阵列输出的电压与电流，通过模数转换（A/D）通道传输至单片机，执行MPPT算法。
如图3所示，为MPPT算法的流程框图，该算法首先将首次采样的电流电压相乘得到功率值作为初始值，然后对电压进行扰动变化，再次采样光伏电池阵列的输出电压与电流，若当前时刻的功率值与上一时刻的功率值相等，则保持电压不变，否则比较大小，如果当前时刻的功率值大于上一时刻的功率值，则继续原来的扰动方向，否则进行反向电压扰动，这些过程输出不同的PWM信号，通过驱动电路控制MPP调节电路的降压变换（BUCK）电路，实现小型光伏电池的最大功率跟踪。
如图4所示，为MPP调节模块的电路框图，所述MPP调节模块包括：一个二极管和一个电容以及一个降压变换（BUCK）电路。其中二极管与小型光伏电池连接，防止当降压变换（BUCK）电路的电压高于小型光伏电池的电压，进行反充。降压变换（BUCK）电路与DC-DC转换器连接，因为系统的电压低于小型光伏电池的标称电压，所以选用降压变换（BUCK）电路。
如图5所示，为超级电容模块的电路框图，所述超级电容模块包括：两个方向相反的且导通方向都指向超级电容的二极管和超级电容单体。两个二极管分别与小型光伏电池和DC-DC转换器连接，它们的作用都是防反充。其中超级电容单体已进行了预充电,使系统可以立即开始工作。

Claims (5)

1.一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：包括小型光伏电池，小型光伏电池分别连接最大功率点跟踪模块、最大功率点调节模块和超级电容模块，超级电容模块连接最大功率点跟踪模块，最大功率点跟踪模块连接最大功率点调节模块，最大功率点调节模块连接DC-DC转换器， DC-DC转换器还连接超级电容模块和无线传感节点。
2.  如权利要求1所述的一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：所述超级电容模块连接低电压报警模块。
3.  如权利要求1所述的一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：所述最大功率点跟踪模块包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路连接低功耗单片机，单片机连接驱动电路。
4. 如权利要求1所述的一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：所述最大功率点调节模块包括依次连接的一个二极管和一个电容以及一个降压变换电路，二极管的导通方向指向降压变换电路，电容是并联在二极管和降压变换电路间的。
5.  如权利要求1所述的一种无线传感节点的户内光伏供电装置，其特征在于：所述超级电容模块包括超级电容单体，超级电容单体连接两个方向相反的二极管，它们的导通方向都指向超级电容单体，其中超级电容单体已进行了预充电，使系统可以立即开始工作。
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