Circuitos coletores de energia solar para sistemas embarcados de baixo consumo

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013.A possibilidade de coletar energia do meio ambiente proporcionou aos sistemasembarcados uma nova perspectiva para o gerenciamento de energia.Aplicações de baixo consumo, no entanto, requerem circuitos coletores específicos,os quais possam maximizar a extração de energia de forma eficiente.Esta dissertação apresenta uma análise da eficiência de circuitos coletores deenergia solar para plataformas sensoriais de baixo consumo. Dois circuitosforam projetados com o intuito de operar um painel solar o mais próximopossível de seu ponto de máxima potência transferida. O primeiro circuitoutiliza a técnica de acoplamento direto, por meio de uma correlação ideal entreo painel solar e a bateria. O segundo circuito faz uso de uma técnica derastreamento do ponto de máxima potência, implementada por um circuitointegrado comercial. O trabalho discute o projeto dos dois circuitos, bemcomo compara a eficiência dos mesmos para diferentes condições ambientais.Ambos os circuitos possuem um circuito integrado monitor de bateria, oqual é responsável por informar à plataforma sensorial o estado de carga dabateria. Isto proporciona ao sistema embarcado uma maior eficácia no gerenciamentodas tarefas a serem executadas pelo processador e periféricos. Osresultados mostram que o circuito de acoplamento direto foi mais eficiente doque o circuito rastreador do ponto de máxima potência, quando testados comuma plataforma sensorial de baixo consumo de energia. Uma análise matemáticada energia consumida por ambos os sistemas confirma este resultado.Por fim, os resultados dos testes nortearam os estudos para uma proposta decircuito MPPT voltado à aplicações de baixo consumo de energia. O circuitoproposto possui uma técnica de controle em software, utilizando o métodoFractional Open Circuit Voltage. <br>Abstract : Energy harvesting has provided to embedded systems a new perspective onenergy management. Low power applications require specific harvesting circuits,which maximize the energy extraction in an efficient way. This dissertationpresents an efficiency analysis of solar energy harvesting circuits forsensor platforms. Two circuits were designed in order to operate a solar panelas close as possible to its maximum power point. The first circuit is basedon direct coupling technique, matching the solar panel to the batteries. Thesecond one is based on a maximum power point tracker, implemented by anintegrated circuit. This work discusses both circuit designs as well as comparescircuits efficiency over different environmental conditions. Both circuitsare provided with a battery monitoring IC, which is responsible for informingthe sensing platform regarding the batteries charge state. This improves theembedded system?s capability of managing the tasks to be executed by theprocessor and peripherals. Results have shown that the direct coupled circuitwas more efficient than the MPPT circuit when tested with a low power sensorplatform. A mathematical analysis on energy consumption has confirmedthe results. Finally, the results have oriented a research on MPPT circuitswhich led to a MPPT technique dedicated for low power applications. Theproposed MPPT control is implemented on software, based on the FractionalOpen Circuit Voltage technique