無線傳感器網絡的光伏供電系統設計

馬忠明 ，文小玲*，王 棟 ，張雙華 ，李小三

1.湖北省視頻圖像與高清投影工程技術研究中心，湖北 武漢 430205；2.武漢工程大學電氣信息學院，湖北 武漢 430205

我國最新的十三五規劃中把推動農業現代化列為八大重點工作之一，而無線傳感器網絡技術在推動我國實現農業現代化的進程中起到不可替代的作用，但是無線傳感器網絡系統常需要部署在野外或環境惡劣的偏遠地區，由于在這些地區鋪裝電網供電線路的難度系數大且成本高，因此能量供應成為制約其生存和推廣使用的主要瓶頸。而太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源，且符合當下倡導的“綠色”和“可持續性”的發展理念，故利用光伏發電為無線傳感器網絡系統提供電能不失為一種很好的選擇。

文獻［1-2］為農業信息跟蹤、環境信息監測等野外環境下的無線傳感器網絡節點設計了太陽能供電電源，并利用鋰電池作為儲能元件。文獻［3］為戶外無人值守的物聯網傳感器節點設計了一種帶不接地防雷保護電路的太陽能供電電源，并使用磷酸鐵鋰電池儲能。磷酸鐵鋰電池在過充、過放、高溫的情況下不會起火爆炸和析氣膨脹，安全系數高。文獻［4］為大棚無線傳感器網絡監控系統設計了一種市電與光伏電池發電、鋰電池儲能的互補供電電源，該系統能根據太陽能與市電的優先級來選擇供電方式，增加了系統的魯棒性。

綜合分析上述供電電源的特點，設計了一種以鋰電池為主級儲能、超級電容器為次級儲能的光伏供電系統，利用超級電容器與鋰電池在功率密度和能量密度上的互補特性，既能在太陽光時變性較強的環境下更好地存儲電能，又能減少鋰電池充放電次數、延長其使用壽命。……