Design of a solar energy harvesting system for supplying energy to an autonomous wireless sensor node

• Salazar Cardona, Mónica María ^[1] ; Marulanda Tobón, Alejandro ^[1]
  1. [1] Universidad EAFIT

     Universidad EAFIT

     Colombia

     
• Localización: Ingeniería Solidaria, ISSN-e 2357-6014, Vol. 17, Nº. 2, 2021
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Diseño de un sistema energy harvesting con energía solar para proveer energía a un nodo sensor autónomo
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    Introducción: Este artículo es el producto de la investigación “Generación de una Plataforma electrónica modular para la conformación de una WSN” desarrollada en el 2019 en la Universidad EAFIT. Problema: Las redes inalámbricas de sensores (WSNs) son implementadas como tecnología de la información y comunicación (TIC) para automatizar procesos. Sin embargo, su uso es considerado como poco eficiente debido al alto costo de implementación, debido al cambio de las baterías en los nodos, una vez estas se agotan.

    Objetivo: El objetivo de esta investigación es desarrollar sistemas que utilicen energía solar de forma eficiente, para garantizar el desempeño de las redes inalámbricas de sensores a bajos costos.

    Metodología: En este artículo se presenta el diseño y la implementación de un sistema solar compuesto de un convertidor reductor, un control de rastreo del punto de la máxima potencia (MPPT), y un nodo sensor inalámbrico. En este sistema, se realizan medidas de voltaje a la salida del convertidor reductor y se estima la autonomía de energía alcanzada en el nodo sensor.

    Resultados: Se obtuvo una autonomía del nodo sensor alimentado con el sistema solar propuesto, para una comunicación inalámbrica donde se envían paquetes de datos cada 20 min.Conclusiones: En este artículo se presenta un sistema solar con la implementación de un control MPPT.

    Originalidad: Mediante esta investigación se propone por primera vez la formulación de los parámetros del control MPPT, en términos de los límites de operación identificados para el ciclo de trabajo del convertidor.

    Limitaciones: La disponibilidad de dispositivos requeridos para la implementación del diseño propuesto.

  • English

    Introduction: This paper is the product of the research “Generation of a modular electronic platform for the conformation of a WSN” developed in the EAFIT University in 2019.

    Problem: Wireless Sensor Networks (WSNs) are used as a technology of information and communication (TIC) to automate processes. Its implementation is considered non-efficient, because of their high cost concerning to the batteries replacement that the nodes conforming the WSN, require.

    Objective: The objective of the research is to develop more efficient solar energy harvesting systems that can guarantee an average performance of the wireless sensor node at a low cost.

    Methodology: Here we present the design and the implementation of a solar energy harvesting system that integrates a buck converter, a maximum power point tracking (MPPT) control, and a wireless sensor node. Besides, we do measures of voltage at the output of the buck converter and estimation of energy autonomy in the wireless sensor node.

    Results: Autonomous operation with the solar energy harvesting system was rich for the node sending packages each 20 min.

    Conclusion: This article presented a solar energy harvesting system with the implementation of an MPPT control.

    Originality: Through this research, parameters of the MPPT control are formulated for the first time for the solar energy harvesting system design, based on the duty cycle limits.

    Limitations: The availability of the devices used in the implementation of the proposed design.